2205雙相不銹鋼與Q345R鋼焊接性研究.pdf

1、2205雙相不銹鋼是一種兼具良好的力學(xué)性能和耐蝕性能的鋼種,目前,2205雙相不銹鋼與Q345R高強(qiáng)度低合金鋼的焊接尚未成熟,尤其是對接頭的組織和性能變化機(jī)理還缺乏深入研究。本文采用焊條電弧焊和鎢極氬弧焊兩種焊接方法,2209、309和309Mo三種焊接材料合金,共六種焊接工藝對8mm厚2205雙相不銹鋼板與Q345R高強(qiáng)度低合金鋼板進(jìn)行了對接焊接試驗。在此基礎(chǔ)上對接頭的顯微組織、力學(xué)性能、耐蝕性能和微納米力學(xué)性能進(jìn)行了研究,以期為雙相

2、不銹鋼和其他鋼種之間的異種鋼焊接提供科學(xué)依據(jù)。
　　采用ANSYS有限元分析軟件研究了焊接過程中特征區(qū)域的熱循環(huán)過程,觀察了焊后接頭各區(qū)域的顯微組織,測試了接頭的拉伸性能、彎曲性能、顯微硬度和耐蝕性,同時研究了時效過程中接頭各區(qū)域的顯微組織和顯微硬度的變化,測試了接頭微區(qū)的微納米力學(xué)性能。
　　通過本文的試驗研究和理論分析,得出了以下主要結(jié)論:
　　有限元分析表明,打底層焊縫的Q345R側(cè)熔合區(qū)250℃以上的加熱時間最

3、長,為1225s,蓋面層最短,為1066s,中間層焊縫的熔合區(qū)加熱停留時間為1148s。同時,鎢極氬弧焊打底焊Q345R側(cè)熔合區(qū)700℃以上停留時間為311s,高于焊條電弧焊蓋面層Q345R側(cè)熔合區(qū)700℃以上的停留時間211s。
　　2205雙相不銹鋼母材、2205雙相不銹鋼側(cè)熱影響區(qū)和接頭焊縫區(qū)均為奧氏體相和鐵素體相組成的雙相組織,組織比例和形貌受熱循環(huán)和合金元素的共同影響,焊縫區(qū)-Q345R母材的界面存在“碳遷移”區(qū)域,“碳

4、遷移”程度也受到熱循環(huán)和合金元素的共同影響。焊縫區(qū)鐵素體含量受到鉻當(dāng)量與鎳當(dāng)量比值([Creq]/[Nieq])的制約,鐵素體含量與[Creq]/[Nieq]成正比關(guān)系,由于焊條電弧焊700℃以上高溫停留時間低于鎢極氬弧焊,故焊條電弧焊焊縫區(qū)的鐵素體含量高于鎢極氬弧焊焊縫的鐵素體含量;焊條電弧焊時,由于焊材E2209比E309和E309Mo含有更多的Ni元素,E2209焊材焊接時Q345R側(cè)熔合區(qū)的組織更為細(xì)小;“碳遷移”程度與焊材中M

5、o元素的含量成反比關(guān)系,與加熱時間成正比關(guān)系。
　　焊接接頭的拉伸、彎曲性能均能滿足使用要求。接頭擁有高于Q345R母材的抗拉強(qiáng)度,斷裂位置在Q345R母材,斷口特征為韌窩。同時,接頭的面彎和背彎均未出現(xiàn)裂紋,表明接頭擁有良好的塑性。接頭從Q345R母材-焊縫-2205雙相不銹鋼母材,硬度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,在Q345R母材-焊縫區(qū)的界面,接頭顯微硬度存在“降低-上升-降低”的波動,且加熱時間越長,波動越大。E2209焊縫的耐蝕性

6、接近2205雙相不銹鋼母材。在濃度為3.5％的NaCl溶液中,E2209焊縫金屬的自腐蝕電位為-0.519V,高于2205雙相不銹鋼母材-0.521V,同時E2209焊縫的晶間腐蝕速率為0.4082g.m-2.h-1,略高于2205雙相不銹鋼母材的晶間腐蝕速率0.4006g.m-2.h-1。晶間腐蝕產(chǎn)物研究結(jié)果表明,腐蝕剩余組織為鐵素體組織。
　　對接接頭高溫時效過程中,2205雙相不銹鋼母材與焊縫中的鐵素體相不斷向奧氏體相轉(zhuǎn)變,

7、還伴隨著σ相的析出,接頭的顯微硬度發(fā)生了顯著變化,σ相的析出受到時效溫度、時效時間和合金元素的共同制約。在700℃時效時,鐵素體隨時間延長逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相;在900℃時效時,組織為三相共存狀態(tài),即奧氏體相、鐵素體相和σ相,時效后焊縫區(qū)的σ相與焊縫金屬的Mo元素含量成正比關(guān)系,且σ相是Fe和Cr的金屬間化合物,其中Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為33.5%;900℃時效后焊縫區(qū)和2205雙相不銹鋼母材區(qū)的顯微硬度的提高幅度大于700℃時效;900℃時

8、效時,同種焊材下,焊條電弧焊焊縫的顯微硬度提高幅度大于鎢極氬弧焊焊縫,同種焊接方法下,E2209焊縫硬度提高幅度大于E309和E309Mo;Q345R母材的顯微硬度低于焊縫區(qū),隨著時效時間的延長,呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。
　　有限元模擬結(jié)果表明材料的Meyer指數(shù)與其加工硬化指數(shù)存在正比關(guān)系;鎢極氬弧焊焊縫的平均Meyer指數(shù)最小,其次是焊條電弧焊焊縫,最后為2205雙相不銹鋼母材,即鎢極氬弧焊焊縫塑性最好,2205雙相不銹鋼母材