采用熱模擬試驗(yàn)機(jī)Gleeble-3800模擬了S32003雙相不銹鋼不同焊接線能量下的焊接熱循環(huán)，研究了模擬焊接熱影響區(qū)的組織與性能。結(jié)果表明：隨著焊接線能量的增加，焊接熱影響區(qū)的鐵素體體積分?jǐn)?shù)逐漸由88.7%減少到了58.7%，鐵素體和奧氏體兩相組織越來(lái)越粗大，焊接熱影響區(qū)的沖擊功先增大后減??；隨著測(cè)試溫度的降低，熱影響區(qū)的沖擊功逐漸降低，低溫沖擊韌性隨著線能量增加下降得更為顯著。

雙相不銹鋼由于具有鐵素體和奧氏體兩相結(jié)構(gòu)，二者的相含量約各占50%，因此具有優(yōu)良耐腐蝕性和較高的力學(xué)性能，近年來(lái)在石油化工和海洋工程等制造領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣。S32003是近年發(fā)展起來(lái)的新型經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼之一，其耐蝕性優(yōu)于奧氏體不銹鋼316L，可以替代316L用于石化、儲(chǔ)罐和核電站海水系統(tǒng)等領(lǐng)域。在這些裝備制造過(guò)程中，最廣泛運(yùn)用的加工手段即為焊接，焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)常常是材料的焊接熱影響區(qū)。近年來(lái)，圍繞雙相不銹鋼的焊接特性、焊接方法和工藝等方面展開(kāi)了大量研究，同時(shí)采用熱模擬技術(shù)預(yù)測(cè)材料的性能和指導(dǎo)生產(chǎn)工藝日益成為了一種常規(guī)手段。國(guó)內(nèi)對(duì)其焊接性能研究很少，本文通過(guò)采用不同線能量的焊接熱模擬試驗(yàn)研究了新型的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼S32003焊接熱影響區(qū)的顯微組織和沖擊韌性，為該材料的應(yīng)用和推廣提供指導(dǎo)。

1試驗(yàn)材料及方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為工業(yè)生產(chǎn)的9 mm厚的固溶退火后的酸洗板，化學(xué)成分如表1所示?？v截面的顯微組織由黑色的鐵素體組織和白色的奧氏體組織組成，鐵素體比例為51.5%，如圖1所示。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

Gleeble-3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)（美國(guó)DSI公司）；Leica DM4000M光學(xué)顯微鏡（德國(guó)徠卡公司）；ZeissEVO18型掃描電鏡（德國(guó)蔡司公司）；ZBC-450B型沖擊試驗(yàn)機(jī)（深圳新三思材料檢測(cè)有限公司）。

1.3試驗(yàn)方法

焊接熱模擬試驗(yàn)在熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，焊接熱循環(huán)的具體參數(shù)見(jiàn)表2，每種熱循環(huán)工藝做16個(gè)試樣，其中15個(gè)試樣開(kāi)槽后用來(lái)測(cè)試沖擊功，1個(gè)試樣用來(lái)觀察顯微組織。模擬試樣尺寸為5 mm×10 mm×55 mm，模擬后熱影響顯示區(qū)域?yàn)?/span>2.5～3 mm，如圖2所示，沿著模擬區(qū)域中心線開(kāi)V型槽進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)在材料試驗(yàn)系統(tǒng)上按GB/T 229—2007規(guī)范進(jìn)行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)電腦自動(dòng)采集，試驗(yàn)溫度為20、0、－20、－40、－60℃。S32003雙相不銹鋼母材及熱模擬樣品的金相組織侵蝕方法采用鐵氰化鉀堿性試液(20 g KOH＋15 g K 3 Fe(CN)6＋100 mL H 2 O)在溫度60～70℃下進(jìn)行化學(xué)浸蝕，時(shí)間約為2 min。采用光學(xué)金相顯微鏡對(duì)組織進(jìn)行觀察，采用IA32金相軟件對(duì)金相組織進(jìn)行鐵素體含量的測(cè)量，至少測(cè)量5個(gè)視場(chǎng)然后取平均值。使用掃描電鏡觀察沖擊斷口形貌。

2試驗(yàn)結(jié)果及討論

圖3為不同焊接線能量下S32003模擬焊接熱影響區(qū)的金相組織，線能量由1 kJ/cm增加到40 kJ/cm，鐵素體體積分?jǐn)?shù)由88.7%減少到了58.7%，奧氏體相先由較低線能量時(shí)的細(xì)針狀向樹(shù)枝狀和不規(guī)則塊狀逐漸轉(zhuǎn)變，然后變?yōu)榇执蟮挠鹈珷?。?dāng)焊接線能量為40 kJ/cm時(shí)，鐵素體和奧氏體兩相組織明顯長(zhǎng)大。由圖4[9]可以看出，母材組織加熱到最高溫度1 300℃時(shí)，原組織已經(jīng)接近全部轉(zhuǎn)化為鐵素體組織，隨著溫度的降低由鐵素體中逐漸析出奧氏體。由圖5可知，采用1 kJ/cm和5 kJ/cm的較低線能量時(shí)，每一溫度下停留的時(shí)間較短，冷卻速度較快，奧氏體相析出不充分，焊接熱影響區(qū)的鐵素體含量較高；隨后隨著線能量的增加，冷卻速度減慢，奧氏體相析出時(shí)間延長(zhǎng)，鐵素體含量逐漸減少，奧氏體相逐漸增加，不同線能量下鐵素體含量變化如圖5所示。

不同測(cè)試溫度下沖擊功與線能量的關(guān)系如圖6所示。線能量由1 kJ/cm增加到25 kJ/cm時(shí)，隨著焊接線能量的增大，材料的模擬焊接熱影響區(qū)沖擊功逐漸變大；線能量進(jìn)一步增大到40 kJ時(shí)，沖擊功急劇下降，特別是低溫沖擊韌性變得更差。正常情況下，焊接熱影響區(qū)的韌性主要有兩個(gè)影響因素：兩相組織的粗細(xì)和奧氏體相所占的比例，奧氏體相含量升高將有益于沖擊韌性，組織粗大將惡化韌性。由圖3可以發(fā)現(xiàn)，線能量由1 kJ/cm增加到25 kJ/cm時(shí)，組織逐漸變得粗大，但組織中的奧氏體相含量逐漸增加，這時(shí)奧氏體相在組織的比例對(duì)沖擊韌性的貢獻(xiàn)較大，模擬焊接熱影響區(qū)沖擊功逐漸變大，線能量為25 kJ/cm時(shí)，在－60℃的沖擊功都達(dá)到了40 J；當(dāng)線能量為40 kJ/cm時(shí)，粗大組織導(dǎo)致模擬焊接熱影響區(qū)沖擊功降低，特別是低溫沖擊韌性變得更差，－40℃時(shí)沖擊功只有10 J。

線能量為40 kJ/cm時(shí)，從－40℃到20℃模擬焊接熱影響區(qū)沖擊韌性的斷口形貌如圖7所示。從宏觀形貌來(lái)看，20℃時(shí)斷口以韌性區(qū)為主；0℃和－20℃時(shí)斷口由韌性區(qū)和脆性區(qū)兩個(gè)區(qū)域組成，脆性區(qū)的面積比例大于韌性區(qū)；隨著測(cè)試溫度的降低，脆性區(qū)面積逐漸增大，－40℃時(shí)斷口呈現(xiàn)完全的脆性斷裂。從微觀形貌來(lái)看，20℃時(shí)斷口上韌窩細(xì)小而且較均勻，呈網(wǎng)格狀分布，為微孔聚集型的韌性斷裂；0℃和－20℃時(shí)微觀斷口呈現(xiàn)韌窩和解理臺(tái)階混合型的斷口特征，斷裂形式為準(zhǔn)解理斷裂；－40℃時(shí)解理臺(tái)階是斷口形貌的主要特征，為典型的脆性斷裂，斷裂形式為解理斷裂。

3結(jié)論

（1）隨著焊接線能量的增大，鐵素體含量逐漸降低，鐵素體和奧氏體兩相組織越來(lái)越粗大。

（2）模擬焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性隨著焊接線能量的增大先增加后減小。

（3）隨著測(cè)試溫度的降低，模擬焊接熱影響區(qū)的沖擊功有所降低；線能量采用25 kJ/cm時(shí)，沖擊韌性在－60℃時(shí)仍然較好。