第１２卷 第１０期 ２０１２住 中 国水运 ＶｏＩ．１２ ０ｃｔｏｂｅｒ Ｎｏ．１０ ２０１２ １０月 Ｃｈ ｉ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ２２０５双相不锈钢的焊接性能研究综述（二） 游 江，王晋宝，邓青华，程万利，余明辉 （浙江海洋学院船舶与建筑工程学院，浙江舟山３１６０００） 摘要：文中系统地综述了２２０５双相不锈钢焊接腐蚀性能、残余应力、疲劳裂纹扩展和２２０５双相不锈钢开发应 用的研究情况。结果表明：２２０５双相不锈钢具有优良的综合性能，如耐腐蚀性、高抗疲劳强度、低温高韧性、耐 孔蚀性和对应力腐蚀裂纹不敏感等。 关键词：双相不锈钢；焊接；复合焊接；性能 中图分类号：ＴＧ４５７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－７９７３（２０１２）１０－０２６８—０３ ２２０５双相不锈钢是由奥氏体和铁素体两相组织构成的， 兼有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的双重特征，决定了其具 有优良的综合性能，如高强度、高抗疲劳强度、低温高韧性、 腐蚀性能。结果表明：增加保护气体中氮气的含量，接头中 奥氏体不断增多，铁素体相的晶粒尺寸随之减小。随着腐蚀 液中盐酸含量的不断增加，试样发生了点蚀现象，随保护器 氮气的增加，试样的腐蚀速率下降，接头的耐腐蚀性能增强。 文献【３】采用慢应变速率拉伸试验（ＳＳＲＴ）、扫描电镜（ＳＥＭ） 断口分析以及金相显微组织分析等方法对ＴＰ４０５铁素体不 耐孔蚀性、对应力腐蚀裂纹不敏感等。因此，２２０５双相不 锈钢具有很好的工程应用价值和潜力。近年来，围绕２２０５ 双相不锈钢焊接性能以及其复合焊接性能的研究成为工程领 域的热点，因此关注其焊接性能将为工程中的：２２０５双相不 锈钢的应用提供很重要的理论依据。本文就２２０５双相不锈 锈钢及２２０５双相不锈钢在酸性介质中应力腐蚀开裂 （ＰＳＣＣ）行为进行了研究，并评定了铁素体不锈钢与双相 不锈钢在酸性介质中应力腐蚀开裂的敏感性，为在酸性介质 中选择容器用钢提供依据。结果表明：拉伸试样全部断裂在 焊缝或热影响区，试样断口形貌呈准解理断裂和韧性断裂。 ２２０５双相不锈钢的应力腐蚀敏感性比ＴＰ４０５铁素体不锈 钢低。文献 研究了２２０５双相不锈钢在手工电弧焊 （ＳＭＡＷ）和钨极氩弧焊（ＧＴＡＷ）两种焊接方法下所得焊 缝的微观组织及用化学浸泡法所测得的焊缝耐蚀性。结果表 钢焊接腐蚀性能、残余应力、疲劳裂纹扩展和：２２０５双相不 锈钢开发应用的研究开展了系统的综述。 一、２２０５双相不锈钢焊接耐腐蚀性能研究 在进行双相不锈钢焊接时，如果工艺控制不当，焊缝金 属将有。等有害相析出，将严重影响其耐腐蚀性能。虽然目 前对双相不锈钢及焊接接头的耐腐蚀性能已有一定研究，但 还不够深入，为了确保焊接结构安全运行，有必要对接头焊 缝的耐腐蚀性能进行研究。 文献…在对采用钨极氩弧焊（ＴＩＧ）及焊条电弧焊 （ＳＭＡＷ）两种不同工艺混合所获得的ＳＡＦ２２０５／１６ＭｎＲ 复合板焊接接头的组织与性能研究的基础上，分别采用点蚀 法（即失重法）及电化学腐蚀法对接头焊缝的耐腐蚀性能进 行评价，并与不锈钢的耐腐蚀性能进行了对比。结果表明： 在６％ＦｅＣ１３＋Ｈ２ｏ和６％ＦｅＣ１３＋１ ５％ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ腐蚀条件下， ＳＭＡＷ接头和ＴＩＧ接头焊缝的点腐蚀速率都较小，且相差 明：在两种焊接工艺下，焊缝中两相比例都能达到标准（Ｑ 相在４０％－６０％、ｖ相在６０％一４Ｏ％），但ＧＴＡＷ焊缝中 奥氏体比ＳＭＡＷ焊缝中多，且ＧＴＡＷ奥氏体组织在铁素体 基体中的分布比较均匀，形态比ＳＭＡＷ更好，相比例也更接 近母材。在相同氯离子浓度下ＧＴＡＷ焊缝比ＳＭＡＷ焊缝的 耐蚀性要好一些。同时，两种焊接工艺下的焊缝耐蚀性都随 着氯离子浓度的增加而降低，且氯离子浓度越高其耐蚀性差 距越大。文献Ｉ５］研究了２２０５双相不锈钢在８００。Ｃ间的析出 物特性及晶间腐蚀敏感性。确定了优化的ＤＬ—ＥＰＲ测试条件。 结果表明：２２０５ＤＳＳ在８００。Ｃ下敏化后会析出（）－相，且（）Ｉ 不多；ＴＩＧ接头的表面腐蚀较均匀，几乎是沿着奥氏体晶粒 边界发生腐蚀，而在ＳＭＡＷ接头表面尽管局部区域出现了聚 集腐蚀的现象，但腐蚀坑的尺寸较小，两种接头的耐点腐蚀 性能均良好。接头过渡层焊缝抗电化学腐蚀性能的强弱顺序 相的含量随敏化时间延长而增多，其晶间腐蚀敏感性也随之 增加。确定的ＤＬ—ＥＰＲ评价２２０５ ＤＳＳ晶间腐蚀敏感性的 最优化条件为：溶液温度为３０。Ｃ，样品表面用水砂纸打磨 １０００号，扫描速率为１．６６ｍＶ／ｓ，溶液介质为２．Ｏｍｏｌ／Ｌ Ｈ２ＳＯ４＋１．０ｍｏｌ／Ｌ ＨＣＬ，而且ＤＬ—ＥＰＲ测试后的腐蚀形貌 验证了ＤＬ—ＥＰＲ的可靠性。文献 对２２０５双相不锈钢焊接 依次为不锈钢、ＴＩＧ接头、ＳＭＡＷ接头，两种接头过渡层焊 缝的自腐蚀电位都与ＳＡＦ２２０５母材的较为接近，在腐蚀介 质中一般不会构成腐蚀电池或腐蚀电流极弱，两种工艺获得 接头均能满足实际需要的抗电化学腐蚀性能要求。文献ｌ２】实 验采用母材为ＳＡＦ２２０５，焊丝为ＥＲ２２０９，研究了混合气 体（氩气和氮气）保护钨极氩弧焊条件下２２０５双相不锈钢 接头裂纹用光学显微镜观察显微结构借助于ＳＥＭ（扫描电 镜）／ＥＤＳ（能谱色散仪）分析其端口形貌。结果显示：基 于金相组织分析和端口扫描电镜分析以及能谱分析，应力腐 焊接接头的微观组织，以及采用化学浸泡方法获得接头的耐 收稿Ｅｔ期：２０１２ ０６—２０ 作者简介：游江（１９９１一），男，浙江海洋学院。 王晋宝（１９７５一），男，博士，浙江海洋学院船舶与建筑工程学院副教授，研究方向为工程力学。 第１０期 游江等：２２０５双相不锈钢的焊接性能研究综述（二） ２６９ 蚀断裂是裂纹的主要形式。系统内进入水是导致氯离子存在 时产生应力腐蚀的介质因素。热影响区上有沿晶的二次奥氏 体析出且铁素体／奥氏体比例不均，增加了材料的脆性、降低 了材料抗应力腐蚀，从而造成应力腐蚀开裂。文献【 １研究了 ２２０５ＤＳＳ常见的焊接性能及焊接工艺，阐述了焊接工艺与 焊接参数对焊接接头腐蚀的影响。结果表明：２２０５ＤＳＳ焊 接接头的耐腐蚀性能与焊接工艺条件有很大关系，焊接工艺 条件选择不当会造成２２０５ＤＳＳ材质的严重局部腐蚀，从而 造成设备损坏、事故发生、经济利益的巨大损失，因此选择 合适的焊接工艺以及焊接参数能极大地提高２２Ｏ５Ｄｓｓ的耐 腐蚀能力． 二、２２０５双相不锈钢焊接收缩变形与残余应力研究 焊接生产中绝大部分采用的都是局部加热的方法，所以 不可避免地产生应力和变形，焊接应力和变形不但能引起热 裂纹、冷裂纹等工艺缺陷，还在一定程度上影响焊件的强度、 刚度。此外，焊接应力和变形还会影响到焊件的加工精度和 尺寸稳定性，所以通过试验所获得的数据来预测焊接生产中 产生的残余应力和收缩变形具有十分重要的意义。 文献＿８ 在国营川东造船厂的焊接工艺基础之上，通过试 验研究了工艺参数对２２０５双相不锈钢焊接变形和应力的影 响，并用正交试验方法对焊接工艺参数进行了优化。通过对 ２２０５双相不锈钢的焊接试验，探讨了不同的工艺参数及板 厚对焊接收缩变形的影响，找到了它们之间的量化关系，对 船舶制造中２２０５双相不锈钢焊接变形的控制及无余量造船 工艺的推广奠定了理论基础。采用切条法对２力ｍ２厚的薄板 进行了应力测试，找到了纵向残余应力沿焊缝截面的分布规 律，对船舶制造过程中焊残余应力的控制及结构疲劳性研究 提供了数据参考。用正交试验方法优化了２脚埘厚的薄板的 焊接工艺参数，验证了该方法的可行性和有效性，对控制 ２２０５双相不锈钢的焊接质量及焊接工艺规程的制定有一定 的指导作用。文献＿９Ｉ针对川东造船厂化学品船建造中使用特 种钢一２２Ｏ５双相不锈钢（ＤＳＳ），在其焊接试验的基础上 分别建立了双相不锈钢焊接应力和收缩变形的ＢＰ神经网络 预测模型，并与多元线性回归方法进行了比较，较好地模拟 了焊接残余应力和收缩变形与焊接工艺参数之间的非线性关 系。由于ＢＰ神经网络比传统的多元线性回归在预测精度和 泛化能力上都有很大的提高，对特种钢焊接残余应力和变形 的控制及焊接接头综合性能的提高有着重要的指导作用。在 目前对特种钢焊接残余应力与变形机理的研究并不十分透彻 的条件下，为船厂实施精度控制提供了有价值的途径和方法。 文献Ｉ１剑针对川东造船厂特种船舶制造使用的２２０５双相不锈 钢，在其焊接试验的基础上分别建立了双相不锈钢焊接应力 和收缩变形的支持向量机（ＳＶＭ）回归预测模型，并与传统 的逐步回归方法进行比较。结果表明：ＳＶＭ回归能根据样 本信息在模型的复杂性和学习能力之间寻求最佳途径，保证 模型具有较好的泛化推广能力，克服了ＢＰ神经网络学习、 收敛速度慢、易陷入局部极小值等缺点，较好地模拟了焊接 应力和变形与焊接工艺参数之间的非线性关系，而且ＳＶＭ 回归比传统的逐步回归在预测精度和泛化能力上都有很大的 提高，这对特种船舶制造过程中焊接应力和变形的控制及焊 接接头综合性能的提高有着重要的指导作用． 三、２２０５双相不锈钢焊接结构疲劳裂纹扩展速率研究 在焊接中，焊接接头部位是工程结构的薄弱环节，２２０５ 双相不锈钢焊接接头性能尤其是焊缝及热影响区疲劳性能及 抗裂纹扩展性能对焊接结构整体性能至关重要，因此展开双 相不锈钢焊接接头性能的研究对焊接结构安全性尤为关键。 文献＿ｌｌｌ利用高频疲劳试验机对２２０５双相不锈钢的母 材、焊缝、热影响区的疲劳裂纹扩展速率进行了实验研究， 获得不同位置的ｄａ／（ｄＮ—ａＫ）关系曲线，并对各个位置 的抗疲劳裂纹扩展性能以及对应力比的敏感程度进行比较分 析。结果表明：２２０５双相不锈钢焊接结构中焊缝裂纹扩展 速率最低，抗疲劳裂纹扩展能力最高；母材疲劳裂纹扩展速 率最高，抗疲劳裂纹扩展能力最差；热影响区介于二者之间， 说明采用工艺焊接接头抗疲劳裂纹扩展性能良好，而且焊缝 处疲劳裂纹扩展的速率对应力比的变化的反应最为灵敏，其 次是热影响区，母材基本稳定。 四、２２０５双相不锈钢的开发运用 由于２２０５双相不锈钢具有良好综合性能，在许多工程 中，它已成为一种非常重要的工程材料，广泛地运用于不同 工程当中，所以对２２０５双相不锈钢的进一步开发和运用具 有十分重要的工程意义。 文献 在成功开发出了用于板式热交换器的２２０５型 双相不锈钢波纹板片的基础上，研究了压制成型和电阻缝焊 板片的耐蚀性能以及其运用。结果表明：２２０５型双相不锈 钢具有优异的抗氯化物应力腐蚀和点蚀性能，可以广泛应用 于炼油化工装置的板式热交换系统，其波纹板片的研制成功， 将解决长期困扰在循环水系统、常减压系统和电站空冷系统 等装置存在的奥氏体不锈钢设备应力腐蚀和点蚀问题，设备 寿命将显著高，满足装置的长周期运行要求，应用前景十分 广阔。文献＿１引介绍了镇海石化建安公司通过改造部分原有钢 管加工设备和改变在线固熔热处理工艺，开发了市场紧缺的 ｓＡＦ２２０５双相不锈钢焊接换热管。结果表明：通过对设备改 造及制定合理的在线光亮固溶热处理制度，可以很好地解决 ＳＡＦ２２Ｏ５双相不锈钢焊接换热管在制造过程中发生的组织、 力学性能和工艺性能改变问题。而且应用改造后的设备和改 进后的生产工艺能有效地控制各段加工工序、温度变化所带 来的组织和双相比例变化，从而；｜导到双相比各约５０％的奥氏 体和铁素体组织。文献ｌ】 】介绍了ＰＴＡ装置溶剂脱水塔研制的 基本经验，主要包括：２２０５双相不锈钢材料控制要求、２２０５ 双相不锈钢封头成型技术、２２０５双相不锈钢焊接、设备检 验要求。结果表明：采用瑞典的Ｓａｎｄｖｉｋ进口的２２０５材料， 各项指标完全符合设计和塔的使用要求。封头采用在 ２５０—３００￣Ｃ下旋压成型的工艺，成品封头各项检验合格。采 用氩弧焊和手工电弧焊组合焊接方法，选择正确的焊接工艺， 每条焊缝试板检验合格。ＰＴＡ装置溶剂脱水塔经过三年的运 行考核，满足使用要求。文献ｌ１ 将换热器的管板和换热管改 用双相不锈钢２２０５钢制造，：饺之以往壳体采用普通容器 ２０Ｒ钢、１６Ｍｎ管板和２０钢的列管改善了腐蚀泄漏现象， 使得该装置能保证常年正常运行。本文分析了２２０５双相不 锈钢成分、性能、组织的特点，对其焊接性分析表明：采用 ２７０ 中国水运 第１２卷 ２２０５双相不锈钢制造化工耐腐蚀容器，选择Ｓａｎｄｖｋ２２、８、 ３Ｌ焊丝，氩弧焊打底，Ａｖｅｓｔａ２２０５交直流两用焊条盖面焊 接工艺，控制适当的焊接线能量，是获得平衡组织的关键， 耐蚀性能卟石油化工腐蚀与防护，２００８，２５（３）：卜３． 【３】钟春雷，谭文一，张颖等．酸性介质中双相不锈钢与铁素 体不锈钢的应力腐蚀研究卟工程材料应用，２００８，（６）： ５６－５８． 焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能质量良好。文献＿１ 】介绍了 高压预冷器中如何保证２２０５双相钢管板与所连壳体焊缝的 焊接可靠性及适当的焊后热处理是制造的关键技术，详细分 ［４］李吉承，胡传顺，梁平等．ＳＭＡＷ和ＧＴＡＷ对２２０５双相 不锈钢焊缝组织与耐蚀性影响卟金属铸锻焊技术， ２０１０，３９（９）：１４３－１４５． 析了管板与管箱、壳体在焊接制造过程中遇到的技术难题和 采取的有效措施，以及对焊接前后采取了一系列的缺陷修复 措施，这些措施为双相钢设备的焊接制造提供了经验。文献【１ ｌ 结合ＳＡＦ２２０５双相不锈钢在真空盐蒸发上的应用，介绍了 ［５】徐菊良，邓博，孙涛等．ＤＬ—ＥＰＲ法评价２２０５双相不锈 钢晶间腐蚀敏感・ｔ￣－Ｕ］．金属学报，２０１０，４６（３）：３８０—３８４． 『６】杨晔晖，关凯书．２２０５双相不锈钢焊接接头裂纹失效机理 分析 压力容器，２００７，２４（１２）：２６—２８． 其化学性能、物理性能及机械加工性能，介绍了共双相组织 良好的抗氯离子腐蚀性能对真空制盐和盐化工行业的重要意 义，并对ＳＡＦ２２０５双相不锈钢复合板焊接的焊接性能，焊 ［７】邹振，龚敏，蒋伟等．２２０５ＤＳＳ焊接腐蚀的研究现状与前 景Ⅲ．腐蚀科学与防护技术，２１（３）：３０２—３０４． ｆ８ｌ王智祥，王正伦．２２０５双相不锈钢焊接收缩变形与残余应 力研究 重庆交通大学学报，２００９，２８（４）：７８５—７８８． 接工艺的制定做了详细介绍。研究表明：通过焊接工艺评定 和焊接施工证实，焊接材料的选用和焊接工艺参数的制定正 确合理，其焊接质量良好，为今后的相关设计和加工制造提 供了经验，ＳＡＦ２２０５双相不锈钢材料及其复合板在真空制盐 ９王正伦，王智祥，张鑫．基于ＢＰ神经网络的ＤＳＳ焊接应 力和收缩变形预测研究ｕ１＿重庆交通大学学报，２０１０，２９ （５）：８３２－８３５． 和盐化工行业具有推广价值。文献ｌ１剐研究了２２０５双相不锈 钢中影响抗点腐蚀能力的元素，在三相分离器的设计中选用 了２２０５双相不锈钢复合钢板作为材料，并介绍了其焊接的 方法。结果表明：在设计选用时，对其耐蚀性能、力学性能、 制造特点要有充分的认识，特别是对制造过程中的焊接工艺 『１Ｏ】王智祥，王正伦．２２０５双相不锈钢焊接应力与变形的 ＳＶＭ回归预测研究 船舶工程，３２（１）：７４—７８． 『１１】王智祥，张鑫，张继祥．２２０５双相不锈钢焊接结构疲劳 裂纹扩展速率研究Ⅲ．重庆交通大学学报，２０１１，３０（４）： ８８０－８８４． 要高度重视。唯有如此，才能使２２０５双相不锈钢应用在含 ＣＯ 和氯离子的原油集输系统中，充分发挥其抗ＣＯ 和氯离 子腐蚀的优势。 五、总结 『１２】常春梅，张延丰，郭志军等．２２０５型双相不锈钢在板式 热交换器中的应用Ｕ１．石油化工设备，２００９，３８（３）： ７３－７６． 由于２２０５双相不锈钢的焊接具有很好的综合性能，如 耐腐蚀性、高抗疲劳强度、低温高韧性、耐孔蚀性、对应力 『１３］何永红．ＳＡＦ２２０５双相不锈钢焊接换热管热处理工艺及 设备改进Ⅱ１＿石油化工设备，２０１１，４０（５）：５６—６０． 腐蚀裂纹不敏感等，因此２２０５双相不锈钢具有非常广阔的 应用前景和工程价值。目前，工程领域对于２２０５双相不锈 钢的应用尚处于起步阶段，随着对２２０５双相不锈钢材料的 进一步全面认识，２２０５将可应用于更广泛的化工、机械装 备以及船舶工程等领域。 参考文献 ［１４］胡丽莉，喻杰．溶剂脱水塔的研制 中国化工装备， ２０１０，（１）：２７—２９． ［５］孙景荣．双相不锈钢２２０５换热器的焊接Ⅱ】．电焊机，２００８， ３８（１１）：３６—３８． ｆ１６】雒定明，唐昕．高压预冷器２２０５异种钢焊接制造工艺技 术探讨ｕＪ＿压力容器，２０１０，２７（８）：２４—２７． ｆＩ】王少刚，董桂萍，李燕．ＳＡＦ２２０５／１６ＭｎＰ，．爆炸法复合钢 板焊接接头的耐腐蚀性能ｌＪＪ．机械工程材料，２０１０，３４ （１１）：８３—８６． 【１７】李广林，董连福．双相不锈钢复合板材在真空盐蒸发上的 应用卟无机盐工业，２００８，４０（９）：５７—５８． 【１８】周鲁光，谢俊，孙凌等．２２０５双相不锈钢复合钢板的应 用Ｕ】．油气田地面工程，２００９，２８（１）：７８． 『２１韩志成，王少刚，徐凤林等．２２０５双相不锈钢焊接街头的 （上接第２６７页）雨天要加以保温覆盖，使砂浆温度高于５ ℃，不受雨水冲洗。丙乳砂浆养护结束后，要涂刷一层丙乳 净浆。 六、结语 弹值换算后达到３４．６ＭＰａ，达到了预期的效果。 参考文献 【ｉ】中华人民共和国国家标准．ＧＢ５００４６－９５，工业建筑防腐蚀 设计规范『ｓ１． 综上所述方法施工的南官河控制工程启闭机室引水面侧 【２】水利部水利工程质量监督总站．ＳＬ１７６－２００７，水利水电工 程施工质量检验与评定规程［ｓ】． 墙，用人工粉刷的丙乳砂浆平整度偏差只有０．８ｒａｍ，强度回
