(1)两相结构不同奥氏体是面心立方结构,铁素体是体心立方结构,两相结构的差异使得其在经受热处理后在组织内部存在内应力[9],这种内应力的存在不仅会引起两相力学性能的变化也会引起两相腐蚀行为的改变。
(2)两相稳定性不同双相不锈钢中各相的稳定温度区间是有差异的,铁素体相中高的合金元素、差的热稳定性以及一些元素的低溶解度都会使得双相不锈钢在焊接热循环过程中、热处理的加热冷却过程中以及时效过程中都会有碳化物、氮化物、σ相等各种有害析出相。
(3)两相力学性能响应的差异[13]低温下,奥氏体相是亚稳态相,温度改变或者冷加工都会使奥氏体相向马氏体转变,组织的变化会改变双相不锈钢的力学行为。在承载过程中,奥氏体相屈服强度低,韧性好,硬化指数高;铁素体相屈服强度高,加工硬化能力低。这种两相的性能差异决定了双相不锈钢在不同的断裂机制方面有很大的差异。各种双相不锈钢中,随着合金化程度的增加,金属间沉淀相析出的倾向也会增加。
(4)两相腐蚀电位的不同在双相不锈钢中,铁素体相和奥氏体相的腐蚀电位是不同的,而这种电位的不同会使得其中一相作为阴极得到保护[14]。一般认为双相不锈钢中奥氏体相电位比铁素体相电位正10mV左右。
虽然奥氏体的电位比铁素体高,但是目前,对于优先点蚀相的发生还是有争议的[14-17]。对于点蚀的发生,虽然奥氏体电位较高,但是铁素体中含有更多的Mo元素,会提高其点蚀性能,具体的点蚀发生位置依然有实际腐蚀环境和材料中组织状态决定,材料如果含有析出的有害相也会增加点蚀的发生几率。同时,外加载荷时,奥氏体相与铁素体相的力学响应的不同也会导致两相的电位发生变化,进而影响腐蚀性能。
1.3双相不锈钢的焊接
1.3.1双相不锈钢的焊接方法
在工业中双相不锈钢的焊接是不可或缺的一个环节,目前用于焊接双相不锈钢的焊接方法已经日趋成熟,常见的焊接方法有手工焊条电焊弧(SMAW)、埋弧自动焊(SAW)、熔化极气体保护焊(MAG,MIG)和非熔化极惰性气体保护焊(TIG)等,并且现在常用的焊接方法都能使得焊接后的双相不锈钢性能达到要求,随着双相不锈钢的应用范围越来越广泛,焊接质量和焊接的效率也越来越提高,而对双相不锈钢焊接新方法的探究也逐渐变多,如电子束焊、激光焊、爆炸焊、点焊等焊接方法。
高能焊接[18~21]有着许多的优点,能量密度比较高、焊缝的深宽比大、焊接速度快、加热比较集中使得母材变形比较小,热影响区小,但是对于双相不锈钢来说,高能焊接会导致焊缝中铁素体的含量过高,使得双相不锈钢焊接接头的组织中奥氏体相和铁素体相的两相比相差较大,从而影响双相不锈钢焊接接头的力学性能和耐蚀性能,并且高能焊接设备比较昂贵,而且对被焊的工件来说要求很高,其接头间隙要受到严格要求。
1.3.2双相不锈钢焊接接头的腐蚀行为
双相不锈钢中奥氏体相和铁素体相并存使得点蚀难以发生,由于第二相的存在阻碍了裂纹的扩展,使得双相不锈钢的耐应力腐蚀和耐点蚀性能明显高于奥氏体不锈钢。虽然双相不锈钢的耐蚀性比较出色,但在经过焊接热循环后,接头的组织发生很大的变化,并且合金元素在两相中的分布也于母材产生差异,这些对接头的耐蚀性能有着比较大的影响。
(1)残余应力或者应变对腐蚀性的影响[13]在焊接接头中会存在着残余应力或者应变的叠加,根据机械电化学理论,因为位错堆积引起的应力集中会导致变形部位的电位升高,使得点蚀发生的概率提高。无论是压应力还是拉应力,受力区域表面钝化膜外层中Mo含量都低于不受应力处,这会使得钝化膜的致密性减低,从而弱化耐蚀性能[22]。通常应力作用引起的的滑移会使得表面钝化膜破裂,在钝化膜破裂后双相不锈钢焊接接头的表面发生再钝化,使得点蚀变得更加容易发生。研究表明[23~24],双相不锈钢应力和应变作用都会对耐蚀性产生很大的影响,双相不锈钢组织中的奥氏体相和铁素体相发生变形都会使得焊接接头的耐蚀能性能大大降低。