双相不锈钢问世以来,其焊接问题始终是一个重要课题。早期开发的双相不锈钢 06Cr25Ni5Mo1.5等,有较高的碳含量(0.08%~0.10%)和较高的铁素体含量(约70%),焊接热影响区(HAZ)几乎是单相铁素体组织,必然使其力学性能和耐腐蚀性能变差,从而限制了双相不锈钢作为焊接结构件的使用。之后发展了超低碳、含氮的一些双相不锈钢022Cr22Ni5Mo3N、022Cr25Ni7Mo4WCuN等,具有a相、γ相各占一半最佳两相比例,并提高了填充材料的镍含量,使焊缝和焊接HAZ保持有足够的奥氏体含量,改善了焊接接头的塑性和耐蚀性,使焊接结构件的应用有了很大的发展。
超级双相不锈钢与普通双相不锈钢的区别在于含有较低的碳、较高的钼和氮。两类钢焊接HAZ组织转变的主要差别为:
(1)根据图9.84中几种双相不锈钢所处的位置可以看出,超级双相不锈钢SAF 2507的α溶解度曲线与凝固线的距离较普通双相不锈钢SAF 2205窄,超级双相不锈钢单相α区的HTHAZ也要比普通双相不锈钢窄,产生单相α区的峰值温度也要高。在热循环加热阶段的数秒时间内,高温区的y相仍可完全溶入α相中。但在冷却阶段,高温区α→γ转变却是不平衡的,γ相大幅减少。
(2)由于超级双相不锈钢的α相溶解度曲线的温度比普通双相不锈钢高,在较高温度即发生a→γ转变,冷却速率对其相平衡影响远小于对普通双相不锈钢的影响。
(3)超级双相不锈钢HTHAZ的y相减少是不可避免的,但仍会析出一部分γ相。如果γ相的量能布满α相晶界,消除了α/α晶界,而形成a/y相界时,这种组织的焊接接头性能是良好的。相比例达到50/50的双相不锈钢的HTHAZ的组织中虽然发生y相含量的下降,但仍有15%~30%的y相析出,其两相组织是“健全”的,不出现a/α晶界。一些含氮双相不锈钢和超级双相不锈钢都具备了这样的条件。
(4)在线能量相同时,超级双相不锈钢比普通双相不锈钢的晶粒长大倾向小。在常用的冷却速率下,超级双相不锈钢一般不会有金属间化合物析出(图9.80)。