文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
SAF2205双相不锈钢与异种金属的焊接性研究
姓名:李燕
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:王少刚
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
双相不锈钢具有良好的耐局部腐蚀和综合力学性能,使其广泛应用于石油化工、海洋平台
等许多国民经济重要领域。在这些工程结构中将不可避免地存在双相不锈钢与碳钢、奥氏体不
锈钢等异种金属的焊接问题。然而,由于异种金属的化学成分和物理、化学性能等存在较大差
异,在焊接时不同程度地存在接头残余应力和碳元素迁移等问题,使得异种材料的焊接比同种
材料的焊接要困难得多。如果工艺控制不当,在焊接过程中存在焊缝稀释率大,且易在接头焊
缝中产生裂纹等焊接缺陷,严重降低接头的使用性能。基于此,本文对 SAF2205 双相不锈钢分
别与 304 奥氏体不锈钢、Q235A 碳钢异种金属的焊接工艺及焊接性进行研究。
针对 SAF2205 双相不锈钢与异种金属的焊接性特点,文中分别采用钨极氩弧焊(GTAW)
和焊条电弧焊(SMAW)方法,选用含高 Cr、Ni 量的 ER2209 焊丝、ER309 焊丝及 E2209 焊条
作为填充材料进行异种金属的焊接,以使获得接头焊缝具有最佳双相比例(铁素体的含量约 50%)
为原则,并结合对获得接头的性能测试,从大量的工艺试验结果中,确定接头组织与性能满足
要求的最佳焊接工艺及参数。
利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及 X 射线衍射仪(XRD)
对异种焊接接头的不同区域进行组织观察、成分分析及相结构分析。结果表明,在 304-WM 界
面处存在一个过渡层,细小、针状的铁素体组织不连续地分布在奥氏体基体上。对该界面进行
分析,并未发现元素偏聚和有害组织的存在。而在 Q235A-WM 界面处,由于碳原子的扩散,
在熔合线附近的 Q235A 母材一侧存在一层“脱碳层”,Cr、Ni 等合金元素在该区域呈一定浓度
梯度分布,不过并未发现有 Cr 的碳化物或者马氏体等有害组织析出。采用网格法对焊缝和热
影响区的双相比进行测定,其比例均在所要求的范围内,能够满足接头对其显微组织的要求。
异种金属焊接接头的力学性能测试结果表明,焊接接头均属于高强匹配,完全能够满足实
际工程结构对其强度要求。进一步采用化学浸泡法和电化学腐蚀方法对 2205 双相不锈钢与 304
奥氏体不锈钢焊接接头进行耐点蚀性能测试,结果表明,采用 ER2209 焊丝进行钨极氩弧焊所
获得接头具有最佳的耐点蚀性能。
总之,在本文中试验条件下,采用所选择的焊接工艺均可在一定程度上实现 2205 双相不锈
钢与 304 奥氏体不锈钢、Q235A 碳钢异种金属的可靠连接。
关键词:双相不锈钢,异种金属,微观组织,力学性能,耐腐蚀性
I
SAF2205 双相不锈钢与异种金属的焊接性研究
ABSTRACT
Duplex stainless steels present an bination of good mechanical properties and
localized corrosion resistance, and they are essfully used in the many vital departments of
national economy,such as petrochemical industries and offshore engineering. Under the circumstance,
the welding of dissimilar metals between duplex stainless steels and carbon steels, austenitic stainless
steels is usually inevitable in the engineering structure. However, the joining of dissimilar metals is
generally more challenging than that of similar metals, which is due to several factors such as the
differences in positions, physical and chemical properties, and it results in different
residual stresses situation across the different region