二次奥氏体的形成及在焊接中的应用

双相不锈钢焊缝金属和热影响区经受的快速冷却，使铁素体相对奥氏体的相平衡组分高于给定成分平衡状态下的相组分值（由于快速冷却而得到了较高的有效淬火温度），而在对焊缝再加热时可能发生附加的扩散（降低有效淬火温度），导致已存在的奥氏体长大或新的奥氏体形核，这种二次成核生成了“二次奥氏体”（γ₂）。二次奥氏体最多的是在多道焊的焊缝和热影响区中形成，可以显著地改变微观组织中铁素体和奥氏体的相组分比例。图7-8显示了2205钢模拟热影响区中的二次奥氏体。

二次奥氏体的析出可以显著改善原来具有高铁素体含量的焊缝熔敷金属的韧度。在多道焊时可以控制焊接热输入和热循环来优化对前面焊道熔敷金属的再热，而促使形成大量的二次奥氏体。也有一些证据认为二次奥氏体可能降低耐点蚀性能，因为点蚀优先在二次奥氏体和铁素体的界面上成核^[18]。Nilsson等^[19]报道说在二次奥氏体中的氮含量[w（N）=0.19%～0.26%]只及一次奥氏体中[w（N）=0.43%～0.50%]的一半。因为对于耐点蚀，氮是很重要的。在二次奥氏体中氮含量较低可以解释其耐点蚀能力的降低。Nilsson等^[19]也指出，实际上和形成二次奥氏体相关的点蚀问题并未遇到过，这是因为形成二次奥氏体的再热区域即使有也很少暴露在表面，而且观察到的二次奥氏体的体积是很少的（5%或更少）。

Ramirez等^[17，20]非常仔细地研究了形成二次奥氏体的机理。这些工作揭示有两种不同形式的二次奥氏体。一种形式是简单地从原有奥氏体长出来的，如图7-9所示。另一种形式是在铁素体内形核并和先前已经析出的铬的氮化物有关。图7-10示出了Ramirez等提出的在α-γ₁界面上γ₂生长的协同析出机理^[20]。按照这个机理Cr₂N首先在相界面上成核而形成局部的铁素体形成元素Cr和Mo的贫乏区，这个贫乏区导致γ₂在界面上成核及随后的生长，而原先形成的Cr₂N由于和铁素体隔开而被溶解。这就导致了图7-9中γ₂的形成。

图7-8 在2205钢HAZ中的二次奥氏体，二次奥氏体是在初析铁素体中心的细小的轻微腐蚀的相。热处理规范是在1350℃（2460℉）保温10s，冷却，再加热到1000℃（1830℉）保温10s

（引自Remirez[17]）

图7-9 在2205钢中由初始奥氏体长出二次奥氏体(www.xing528.com)

（引自Remirez等^[20]）

图7-10 形成二次奥氏体的协同生长机理

（引自Remirez等^[20]）

晶内的Cr₂N析出相也是γ₂优先成核的位置，而在双相不锈钢再热时发生大量的晶内析出。在多道焊时经受多次再热循环可以在焊缝中生成很高比例的奥氏体，如图7-11所示。

图7-11 在ER2209钢多道焊熔敷金属中大量析出的二次奥氏体