雙相不銹鋼的焊接HAZ按承受的焊接熱循環(huán)峰值溫度的高低通常分為高溫區(qū)(HTHAZ)和低溫區(qū)(LTHAZ)，前者位于鐵素體溶解度曲線至固相線這一溫度范圍（對(duì)大多數(shù)商業(yè)牌號(hào)為1250℃～熔點(diǎn)），幾乎為單相鐵素體組織，后者基本處于兩相的平衡區(qū)。

 雙相不銹鋼焊接時(shí)焊接HAZ所受到的峰值溫度從焊縫熔合線的固相線溫度到室溫是連續(xù)變化的，焊接HAZ的組織也是由與之相對(duì)應(yīng)的連續(xù)漸變的顯微組織梯度所組成，尤其在單相鐵素體的高溫段HTHAZ寬度極窄的情況下，要研究其重要的組織轉(zhuǎn)變特征和作出性能評(píng)定是相當(dāng)困難的，因此，往往采用焊接熱模擬試驗(yàn)。在模擬的試樣上再現(xiàn)焊接HAZ某處的焊接熱循環(huán)，復(fù)制該處的組織以及進(jìn)行一些性能試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行研究。采用一次焊接熱模擬試驗(yàn)來(lái)再現(xiàn)單道焊接的焊接HAZ的組織，采用二次焊接熱模擬試驗(yàn)以期再現(xiàn)多層焊接的焊接HAZ組織。圖1-2示出00Cr25Mo3NiN型雙相不銹鋼的焊接熱模擬循環(huán)曲線，曲線1為手工單道電弧焊熱循環(huán)曲線，模擬的焊接HAZ簡(jiǎn)稱為HAZ1，曲線1+2（曲線2）模擬多層焊接HAZ的組織，簡(jiǎn)稱HAZ2。經(jīng)檢驗(yàn)，HAZ2的組織與多層焊HAZ的組織吻合[25]。

 影響焊接熱影響區(qū)組織轉(zhuǎn)變的因素主要有三個(gè)：

一、母材的鉻、鎳當(dāng)量關(guān)系

 鋼的P值越大，焊接HAZ的α鐵素體量越高。有文獻(xiàn)指出：B＜7時(shí)，焊接HAZ為理想的α+γ兩相組織。

 近年來(lái)至德鋼業(yè)對(duì)P值又作了進(jìn)一步的修訂，以Q值表示，并作出Q值與焊縫和焊接HAZ的奧氏體數(shù)量的線解圖。從圖中Q值可以預(yù)測(cè)焊縫金屬的奧氏體數(shù)量，奧氏體量為50%時(shí)，誤差約為12%。

二、母材的相比例和氮元素的作用

 焊接HAZ的組織和性能也與母材的相比例直接有關(guān)，而母材的相比例與鉻鎳當(dāng)量之間是有關(guān)聯(lián)的。

 當(dāng)母材的α/γ≈70/30時(shí)，孔蝕率高，焊接HAZ內(nèi)奧氏體量少且有純鐵素體晶界，鐵素體晶內(nèi)還會(huì)析出較多的氮化物（特別在表層與焊縫毗鄰的HTHAZ內(nèi)），這都導(dǎo)致焊接HAZ的韌性和耐腐蝕性下降。當(dāng)母材的α/γ≈60/40時(shí)，HAZ1還不能確保無(wú)純鐵素體晶界，也就是說(shuō)在單道焊時(shí)焊接HAZ組織還不理想，其性能低于母材。當(dāng)母材的α/γ≈50/50時(shí)，焊接HAZ組織為理想的雙相組織，母材和焊接HAZ的性能優(yōu)良，可滿足焊接結(jié)構(gòu)用材的要求。當(dāng)母材的α/γ≈40/60時(shí)，雖焊接HAZ的孔蝕率低，但韌性略有下降，母材的韌性也略有下降，孔蝕率也略有提高，熱加工性能也將下降。此外，值得注意的是，當(dāng)含氮雙相不銹鋼相比例失調(diào)，即在焊接HAZ出現(xiàn)單相鐵素體或奧氏體相極少時(shí)，由于氮在鐵素體相中溶解度很低，導(dǎo)致大量的氮化物析出，性能也急劇下降。因此，生產(chǎn)雙相不銹鋼時(shí)，除保證化學(xué)成分外，還應(yīng)對(duì)相比例進(jìn)行控制，即控制鎳、鉻當(dāng)量。

 母材的相比例與B值有一定的內(nèi)在聯(lián)系，即B值越低，奧氏體量越高，但同一B值的鋼材在固溶處理制度不同時(shí)，其兩相比例還有差異。例如采用不同固溶溫度處理的具有不同原始相比例的00Cr18Ni5Mo3Si2(0.06%N)雙相不銹鋼材料，經(jīng)焊接熱循環(huán)作用后其組織有如下的差別：α/γ≈55/45（950℃固溶）比值小的試驗(yàn)料加熱時(shí)，奧氏體相轉(zhuǎn)變成鐵素體相的速度變慢，鐵素體晶粒長(zhǎng)大亦較少，冷卻時(shí)再轉(zhuǎn)變成奧氏體相的數(shù)量也較多；α/γ≈70/30（1050℃固溶）比值大的試驗(yàn)料加熱時(shí)，奧氏體相很快消失，鐵素體晶粒長(zhǎng)大也嚴(yán)重，冷卻時(shí)再轉(zhuǎn)變成奧氏體相的數(shù)量也少；純鐵素體晶界有晶間腐蝕傾向，冷卻時(shí)再次轉(zhuǎn)變的奧氏體如果包圍了鐵素體晶界，則無(wú)晶間腐蝕傾向。

 綜上所述，通過(guò)控制雙相不銹鋼的鉻、鎳當(dāng)量值和加入適量的氮元素來(lái)控制兩相比例是有效的，同時(shí)針對(duì)各個(gè)爐次的具體成分選擇固溶溫度對(duì)相比例進(jìn)行微調(diào)也是可行的。這些對(duì)改善和提高雙相不銹鋼焊接HAZ的性能都是關(guān)鍵性問(wèn)題。

三、 焊接參數(shù)的影響

 雙相不銹鋼的焊接HAZ所承受的焊接熱循環(huán)溫度范圍包括從室溫直至近焊縫區(qū)的熔點(diǎn)溫度，而且冷卻和加熱速度與熱輸入（又稱線能量或弧能）、構(gòu)件尺寸和與焊縫的距離位置密切關(guān)聯(lián)，至于多層焊接，由于重復(fù)加熱和冷卻，情況更是復(fù)雜，其速度還受層間溫度的影響。

 為了保持理想的兩相組織和滿意的性能，雙相不銹鋼要求遵守一定的焊接工藝規(guī)程，選擇合適的焊接參數(shù)。過(guò)高的鐵素體量會(huì)造成焊件脆化，而過(guò)低的鐵素體量又能引起應(yīng)力腐蝕破裂。為了避免過(guò)高的鐵素體量，不能采用過(guò)快的冷卻速度，因線能量與冷卻速度有一定關(guān)系，也就是說(shuō)不能采用過(guò)低的線能量。當(dāng)然，也要避免采用過(guò)慢的冷卻速度即過(guò)高的線能量，它會(huì)導(dǎo)致焊接HAZ粗晶和金屬間相的析出。近年來(lái)又常采用1200～800℃或800～500℃溫度區(qū)間的冷卻時(shí)間來(lái)表示，前者接近于奧氏體形成的溫度范圍。

 綜上所述，雙相不銹鋼焊接HAZ的特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：

 1.  雙相不銹鋼焊接HAZ的問(wèn)題主要集中在高溫區(qū)。該區(qū)在焊接熱循環(huán)作用下，組織發(fā)生了較大的變化。熱循環(huán)的加熱段雖然只有數(shù)秒鐘，高溫區(qū)的奧氏體相仍能溶解于鐵素體中，轉(zhuǎn)變完全。在熱循環(huán)的冷卻段，高溫區(qū)的鐵素體相向奧氏體相的轉(zhuǎn)變卻是不平衡的，奧氏體相大幅度下降。這種組織的焊接接頭防礙了雙相不銹鋼的應(yīng)用和推廣。第一代的雙相不銹鋼往往就是這種情況。

 2. HTHAZ的奧氏體相減少是不可避免的，但析出部分奧氏體相卻是可能的。當(dāng)奧氏體相的數(shù)量能布滿鐵素體相晶界，消除了α-α晶界，形成了α-γ晶界時(shí)，這樣的組織的焊接接頭性能是滿意的。相比例達(dá)到50/50的雙相不銹鋼，HTHAZ的組織雖然發(fā)生奧氏體量數(shù)量下降，但仍能有15%～30%γ相析出，其兩相組織是“健全”的，沒(méi)有純鐵素體晶界。當(dāng)然，要使鋼材獲得穩(wěn)定且一定比例的兩相組織是有一定難度的，但為了滿足焊接的需要卻是必須。第二代雙相不銹鋼中的不少牌號(hào)，尤其是含氮雙相不銹鋼和第三代超級(jí)雙相不銹鋼都具備了這樣的條件。

 3. 焊接工藝中的焊接線能量和多層焊（可使焊接HAZ二次受熱）對(duì)焊接HAZ組織影響較大。相對(duì)而言，線能量影響的程度有限，而多層焊對(duì)組織的改善卻是明顯的。采用多層焊時(shí)一般均要對(duì)線能量進(jìn)行限制。