2205雙相不銹鋼的焊接工藝規(guī)程

1、2205雙相不銹鋼的焊接工藝規(guī)程1緒論隨著工業(yè)技術(shù)的日益發(fā)展，一般奧氏體不銹鋼難以滿足應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)腐蝕和縫隙隧洞式腐蝕的要求。為此，冶金工作者進(jìn)行了大量研究，研制出奧氏體一鐵素體型不銹鋼，即雙相不銹鋼。傳統(tǒng)的奧氏體不銹鋼在晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕方面的抗力不足，尤其是應(yīng)力腐蝕引起的斷裂，其危害性極大。雙相不銹鋼是近二十年來(lái)開(kāi)發(fā)的新鋼種。通過(guò)正確控制各合金元素比例和熱處理工藝使其固溶組織中鐵素體相和奧氏體相各約占50%,從而將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能結(jié)合在一起，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)。

2、所謂雙相不銹鋼是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，一般量少相的含量也需要達(dá)到30%在含詼低的情況下，Cr含量在18%-28%Ni含量在3%-10%有些鋼還含有MoCu、Nb、Ti,N等合金元素。該類(lèi)鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無(wú)室溫脆性，耐品間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475C脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間副食和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鍥不銹鋼。由于兩相組織的特點(diǎn)，通過(guò)正確控制化學(xué)成分和熱處理工藝，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏

3、體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)，它將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能結(jié)合在一起，正是這些優(yōu)越的性能使雙相不銹鋼作為可焊接的結(jié)構(gòu)材料發(fā)展迅速，80年代以來(lái)已成為和馬氏體型、奧氏體型和鐵素體型不銹鋼并列的一個(gè)鋼類(lèi)。上世紀(jì)30年代就已在瑞典的試驗(yàn)室中研制出雙相不銹鋼（3RE6OUranus50等），但是雙相不銹鋼真正產(chǎn)業(yè)化還是在上世紀(jì)60年代以后，其發(fā)展經(jīng)歷了3代歷程。1.1 我國(guó)雙相不銹鋼的應(yīng)用雙相不銹鋼是根據(jù)石油化工中強(qiáng)酸強(qiáng)堿造成的局部點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕以及孔穴式腐蝕現(xiàn)象，一般不銹鋼難以勝任的容器、管道以及零部件等而研制的，但由于雙相不銹鋼除具有很強(qiáng)的各類(lèi)抗腐

4、蝕性能之外，還具有很好的強(qiáng)度和韌性，為此,在一般民用工程和能源交通方面也逐步得到越來(lái)越多的應(yīng)用，如橋梁、飛機(jī)、船舶、汽車(chē)以及沿海城市和化工區(qū)的裝飾建筑等。1.1.1 石油和天然氣工業(yè)這是國(guó)外應(yīng)用雙相不銹鋼的主要領(lǐng)域之一，目前鋪設(shè)的油氣輸送管線已有1000km。國(guó)內(nèi)只有南海油田少量使用，全部進(jìn)口。另外，西氣東輸工程西起塔里木盆地的集氣管線考慮要用雙相不銹鋼焊管，國(guó)內(nèi)已有條件生產(chǎn)和制造。煉油工業(yè)是最早使用國(guó)產(chǎn)雙相不銹鋼的部門(mén)，在南京，鎮(zhèn)海，天津，濟(jì)南等煉化公司多集中用在常減壓蒸儲(chǔ)塔的塔頂襯里（或復(fù)合板）、塔內(nèi)構(gòu)件、空冷器和水冷器等，最長(zhǎng)的已使用20年。鎮(zhèn)海煉化公司是我國(guó)最大的煉油基地，加工能力為1

5、600萬(wàn)t,進(jìn)入世界百?gòu)?qiáng)，冷凝冷卻系統(tǒng)中多套設(shè)備使用雙相不銹鋼這一領(lǐng)域涉及的范圍很寬，工況情況復(fù)雜，介質(zhì)多種多樣，也是使用雙相不銹鋼較早和較多的領(lǐng)域。甲醇是重要的能源化工原料，2002年國(guó)內(nèi)產(chǎn)量210萬(wàn)t,進(jìn)口量與此相當(dāng)，國(guó)產(chǎn)缺口很大，當(dāng)然也有少量（數(shù)千噸）出口韓國(guó)，目前20萬(wàn)t的大型和多套10萬(wàn)t以下的中小型的甲醇合成反應(yīng)器的觸媒管都是采用雙相不銹鋼，大中型裝置采用2205鋼管，使用進(jìn)口管較多，小型裝置多采用185M洲國(guó)產(chǎn)鋼管。齊魯石化公司氯乙烯裝置的氧氯化反應(yīng)器中的冷卻蛇管的介質(zhì)條件（HCI,水蒸氣）苛刻，目前已使用進(jìn)口的2205雙相不銹鋼，使用結(jié)果有待觀察。上海石化公司乙烯裝置的催化劑再

6、生冷卻器采用國(guó)產(chǎn)類(lèi)似DP3鋼的00C25Ni7Mo3WCuN相不銹鋼做海水冷卻器管，海水出口溫度40C,至今已間歇使用15年，效果很好。河南煤化工廠的粉煤氣化裝置的數(shù)臺(tái)冷卻器都是采用進(jìn)口2205鋼管制造。1.1.2 化肥工業(yè)尿素工業(yè)也是最早使用國(guó)產(chǎn)雙相不銹鋼的部門(mén)，裝置中含氯離子水的換熱設(shè)備使用得較多，例如尿素裝置中CO21縮機(jī)三段冷卻器原使用304L奧氏體不銹鋼管束，l個(gè)月后即因應(yīng)力腐蝕破裂而泄漏，雙相不銹鋼可用5年以上，隨后一、二段冷卻器也都換用了185M或2205雙相不銹鋼。由于雙相不銹鋼在尿素介質(zhì)中有良好的抗腐蝕疲勞性能，很適合制造尿素生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備一一甲按泵泵體。國(guó)產(chǎn)的00Cr25N

7、i6Mo2N鋼可以通過(guò)Huey法的晶間腐蝕傾向檢驗(yàn)，己用于黑龍江化肥廠、洞庭氮肥廠（五柱塞式）等大型化肥廠。國(guó)內(nèi)中小化肥廠的甲按泵泵體基本上采用185Mcffl制造,也有數(shù)十家采用的是高銘含鉛雙相不銹鋼。此外這種鋼的泵閥鍛件通過(guò)了日本JISG057&G0591硝酸法和硫酸法的檢驗(yàn)，批量出口日本，價(jià)格要比日本當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的便宜。止匕外，采用國(guó)產(chǎn)OCr25Ni6Mo3CuN寸效強(qiáng)化雙相不銹鋼，利用其耐磨損腐蝕性能，用于尿素裝置主工藝管路多種規(guī)格的高壓截止閥的內(nèi)件等，效果不錯(cuò)。1.1.3 運(yùn)輸業(yè)最近幾年海上化學(xué)品運(yùn)輸船行業(yè)是國(guó)外最大的雙相不銹鋼用戶，消費(fèi)量約占熱軋板的50%。化學(xué)品船裝載的液體貨物多種多

8、樣，包括化學(xué)和石化產(chǎn)品，食品等，要求船艙材料既能耐腐蝕，又有高的強(qiáng)度。如今2205雙相不銹鋼已代替316L和317L奧氏體不銹鋼，成為海上化學(xué)品船的標(biāo)準(zhǔn)用材。國(guó)內(nèi)在這方面剛剛起步，中國(guó)長(zhǎng)江航運(yùn)集團(tuán)青山船廠采用歐洲建造標(biāo)準(zhǔn)，使用進(jìn)口的2205鋼板，自行制造成功第一艘18500t化學(xué)品船，鋼板消耗量約1200t,己出口比利時(shí)。實(shí)現(xiàn)了我國(guó)用雙相不銹鋼建造化學(xué)品船零的突破，該廠已形成規(guī)模生產(chǎn)能力。1.1.4 造紙和制鹽輕工業(yè)由于雙相不銹鋼在中性氯化物溶液中有較好的耐孔蝕和縫隙腐蝕的能力，利用這一特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)了該鋼在真空制鹽和鹽硝聯(lián)產(chǎn)裝置上的應(yīng)用，20萬(wàn)-30萬(wàn)t制鹽廠的大型鹽水和芒硝蒸發(fā)罐采用了雙相

9、不銹鋼的襯里和復(fù)合板，解決了設(shè)備結(jié)鹽垢和腐蝕問(wèn)題，最長(zhǎng)的已有10年的使用歷史。雙相不銹鋼用于大型真空制鹽裝置，國(guó)內(nèi)已有成熟的經(jīng)驗(yàn)。在制紙漿和造紙業(yè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)幾乎是空白，硫酸鹽蒸煮法仍多采用低碳鋼制造的蒸煮鍋，而國(guó)外早已普及使用雙相不銹鋼的蒸煮、漂白等設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)也有引進(jìn)，但數(shù)量極少。綜上所述，可以看出國(guó)內(nèi)雙相不銹鋼的使用是有一定局限性的，像國(guó)外大量使用雙相不銹鋼的諸如紙漿和造紙工業(yè)、油氣工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、甚至建筑業(yè)幾個(gè)大的領(lǐng)域我們涉及得不多，有的還只是剛剛開(kāi)始。根據(jù)國(guó)情，利用雙相不銹鋼的性能優(yōu)勢(shì)，今后除繼續(xù)擴(kuò)大在化工和石化等領(lǐng)域的應(yīng)用外，結(jié)合紙漿和造紙工業(yè)的技術(shù)改造需要開(kāi)發(fā)在這一領(lǐng)域中的應(yīng)用，至

10、于油氣管線目前很難推廣，雙相不銹鋼的價(jià)格是太高了但是制造有關(guān)油氣田需要的耐氯離子和硫化氫的裝置像集氣管線和換熱設(shè)備等還是可以采用雙相不銹鋼，甚至超級(jí)雙相不銹鋼的。海上運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，化學(xué)品船制造業(yè)方興未艾，需要大量大張的鋼板，這一缺口有待填平補(bǔ)齊。至于在建筑業(yè)方面的應(yīng)用，至今還完全未涉及，其實(shí)濱海的城市雕塑景觀和開(kāi)發(fā)2304鋼用于民用熱水器方面完全可代替304和316奧氏體不銹鋼。1.2 雙相不銹鋼的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用1.2.1 與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢(shì)如下：1）屈服強(qiáng)度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多，且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造儲(chǔ)罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少30-

11、50%,有利于降低成本。表1-2部分雙相不銹鋼的牌號(hào)及化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）鋼號(hào)國(guó)別CCrNiMoMnSi其他第13RE60瑞典0.0318.54.92.72.0一一代Uranus50芬蘭0.0421.56.51.5一一Cu:1.0-2.0SAF2205瑞典0.0322.05.53.02.00.8一DP-3日本0.0325.06.53.5W:0.4-Cu:0.20-0.80第2代08X21H6M2T俄羅斯0.0821.07.52.0一一Ti:0.2-0.40Cr21Ni5Ti中國(guó)0.0622.05.8-0.80.8Ti:5SAF2507瑞典0.0325.57.04.5一一Cu:0.50第3代D

12、P-3W日本0.0325.07.63.0W:0.4一Cu:0.800Cr26Ni5Mo3中國(guó)0.0826.55.03.01.570%,對(duì)性能會(huì)有一定影響，因此，最好控制在各為50%。表3-2不表同組織類(lèi)別不銹鋼的力學(xué)性能組織類(lèi)型鋼種熱處理狀態(tài)力學(xué)性能硬度(Ts/MPao-b/Mpa孔（%）奧氏體0Cr18Ni9920-1150C固溶、快冷205-300520-58040200奧氏體+鐵素體SAF2205950-1100。C固溶、水冷或快冷550-580750-78030220DP-3W560-590760-780202700Cr26Ni5Mo2400-450620-65020250鐵素體00C

13、r18Mo2800-1050C退火、快冷250-270420-45030200雙相不銹鋼具有很強(qiáng)的抗局部孔蝕、點(diǎn)蝕和縫隙孔穴式腐蝕的能力，主要是由化學(xué)成分中的MqN等元素起的作用。經(jīng)多年研究，建立了一個(gè)抗孔蝕當(dāng)量指數(shù)PREN（PREN五Cr+3.3Mo+16N）來(lái)評(píng)價(jià)，其值越高，抗局部孔蝕的能力越強(qiáng)。雙相鋼的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是其雙相組織。除此之外，還常伴有其他相組織的產(chǎn)生，這些次生相也或多或少的影響鋼材的性能。對(duì)雙相鋼來(lái)說(shuō)，特殊的合金元素組成是保證構(gòu)成雙相及各相比例的基礎(chǔ)，通過(guò)主要元素的含量，可以預(yù)測(cè)金相組的相比例。目前，國(guó)際上使用較多的是美國(guó)焊接研究會(huì)WRC1出的WRC92組織圖（見(jiàn)圖3-1）

14、表3-3部分奧氏體鋼及雙相不銹鋼的成分及PRENB組織鋼種化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）PRENCCrNiMoN奧氏體308L0.032010一一20316L0.0318122一25雙相不銹鋼22050.0322530.15342550.0325630.203825070.0325740.2542A奧氏體；AF奧氏體一鐵素體；F鐵素體一奧氏體;F一鐵素體；Creq=Cr%+Mo%+0.7xNb%Nieq=Ni%+35xC%+20xN%+0.25xCu%從圖3-1可看出，銘、柏、妮是主要的鐵素體相形成元素，而鍥、碳、氮、銅是主要的奧氏體相形成元素。改變這些元素的含量，即可改變固溶組織中的相比例。除了不同元

15、素的組成及比例影響相比例外，熱處理也將在一定程度上影響相的比例。雙相鋼在高溫下（1300C以上），呈現(xiàn)單一的高溫鐵素體組織，即6相。但冷卻過(guò)程中粗大的6相阿會(huì)轉(zhuǎn)變成常溫鐵素體相（民相）和奧氏體相（丫相）。由于a相與丫相的生成條件、速度不同，因而不同的冷卻起點(diǎn)溫度及冷卻方式速度會(huì)使a相與丫相有不同的最終比例，而且其組織特征也不同。其實(shí)，熱處理對(duì)相比例的影響是有限的，但對(duì)二次相（對(duì)鋼材性能的影響比較大）的生成才是至關(guān)重要的。常用的雙相鋼常會(huì)在冷卻過(guò)程中出現(xiàn)二次相。主要的二次相有二次奧氏體、碳化物、6相、x相、濟(jì)目等。1）二次奧氏體（丫2）。雙相鋼冷卻時(shí)會(huì)在鐵素體相中析出丫2。丫2相具有一定的奧氏體

16、相特征，會(huì)促進(jìn)（7相的生產(chǎn)。2）碳化物（M23G）的存在不利于鋼材的耐蝕性?？焖倮鋮s可避免M23G的生成。3） 6相硬而脆，可顯著降低鋼材的塑性和韌性。6相富含銘，使其周?chē)蜚懚透g性降低。鑒于此，6相是一種危害最大的二次相。以急冷方式快速通過(guò)該溫度區(qū)間，可有效避免6相的產(chǎn)生。4） %相、Rf目、都是在一定的溫度區(qū)間（550C-750C）析出的金屬問(wèn)相,富銘和鋁，硬而脆，易降低鋼材的耐腐蝕性。但與6相相比，析出的量較少，因此其危害低于6相。3.1.3 耐腐蝕性能開(kāi)發(fā)雙相鋼就是解決奧氏體不銹鋼腐蝕開(kāi)裂性能的問(wèn)題，并同時(shí)獲得高強(qiáng)度。（1）均勻腐蝕。一般來(lái)講，雙相組織并不利于鋼材耐電化學(xué)腐蝕，因?yàn)?/p>

17、可能出現(xiàn)電偶腐蝕。在某些強(qiáng)氧化性酸和強(qiáng)還原性酸中，其耐腐蝕性有時(shí)不如奧氏體，但有時(shí)比奧氏體還好。在有機(jī)酸中，它和奧氏體不銹鋼一樣都具有良好的耐腐蝕性。在堿液中，其耐腐蝕性相對(duì)較差些。(2)孔蝕是一種局部腐蝕，也是不銹鋼最有害的腐蝕型式之一，它往往成為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和疲勞腐蝕開(kāi)裂的根源。目前比較流行的是通過(guò)孔蝕指數(shù)(PREN)來(lái)評(píng)價(jià)鋼材的耐孔蝕性能。即將耐孔蝕的幾個(gè)主要元素折合成銘含量的當(dāng)量，通過(guò)銘含量的當(dāng)量(PREN)來(lái)判斷鋼材的耐孔蝕性能：PREN=Cr%+3.3xMo%+16xN%因此,對(duì)于鋼材的抗孔蝕性能，除了考慮其值外，還要在生產(chǎn)過(guò)程中力求避免相的生成，減少金屬夾雜物。(3)晶間腐蝕。雙

18、相鋼幾乎不發(fā)生品間腐蝕敏化，即使是在焊后空冷條件下。(4)應(yīng)力腐蝕。雙相組織的存在，使得雙相鋼抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的性能要優(yōu)于奧氏體不銹鋼及鐵素體鋼?？偟恼f(shuō)來(lái)，雙相鋼的抗均勻腐蝕性能、抗孔蝕性能、抗縫隙腐蝕性能與奧氏體不銹鋼相比并沒(méi)有優(yōu)越太多，但其抗晶間腐蝕性能、抗應(yīng)力腐蝕性能則明顯優(yōu)于奧氏體不銹鋼。3.1.4 力學(xué)性能1)強(qiáng)度。在雙相鋼中，由于鐵素體相約占二分之一，故其強(qiáng)度明顯高于奧氏體不銹鋼。雙相鋼的強(qiáng)度比奧氏體不銹鋼高約三分之一。2)塑性和韌性。在雙相鋼中，由于奧氏體相約占二分之一，故其塑性和韌性?xún)?yōu)于鐵素體不銹鋼。另外由于奧氏體相的存在，使得容易產(chǎn)生脆性化合物的碳、氮等在鐵素體相中溶解度降低，

19、從而降低了脆性相的發(fā)生。同時(shí)，因兩相同時(shí)存在，可阻止或緩解高溫下晶粒的長(zhǎng)大，也可阻止或緩解裂紋的擴(kuò)展，從而提高了鋼材的塑性和韌性。但與奧氏體不銹鋼相比，由于鐵素體相的存在，使得其塑性和韌性相對(duì)較低尤其是鐵素體相中易產(chǎn)生占相、x相、r相、n相等脆性相，如果處理不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重影響鋼材的塑性和韌性。3.1.5 加工性能工程上應(yīng)用較多的加工方法有冶煉、鑄造、熱變形加工、冷變形加工、機(jī)加工、熱處理、焊接等。1）冶煉。雙相鋼的冶煉比奧氏體或鐵素體鋼的難度大，控制要求高。目前，雙相鋼最低要求應(yīng)采用或進(jìn)行精煉的。2）鑄造?；谂c冶煉同樣的道理，鑄造難度也大于一般奧氏體和鐵素體鋼材而且難度比冶煉更大。除此之外，由

20、于兩相組織的原因，在澆鑄時(shí)還要采取有效的措施，以避免比奧氏體鋼更容易出現(xiàn)的鑄造裂紋兩相凝固差別的原因、氣孔加氮的原因等問(wèn)題。3）熱變形加工。雙相鋼具有的兩相組織使其熱變形加工的難度要遠(yuǎn)大于奧氏體不銹鋼。冷變形加工。雙相鋼的冷變形加工的難度要遠(yuǎn)大于奧氏體不銹鋼。4）機(jī)加工。就常用的工程材料而言，都不存在較大的加工難度，雙相鋼也不例外。熱處理。熱處理對(duì)雙相鋼性能還有一些特殊影響。不同的熱處理參數(shù)，可得到不同的相比例，直接影響鋼材性能通過(guò)熱處理，可以改變加工過(guò)程中的元素分配比例，改善甚至消除加工過(guò)程中次生相帶來(lái)的不利影響，從而影響到鋼材的最終機(jī)械性能和耐腐蝕性能等熱處理過(guò)程也會(huì)使鋼材產(chǎn)生新的次生相，

21、也會(huì)導(dǎo)致元素在各相中的重新分配。因此，不恰當(dāng)?shù)臒崽幚頃?huì)使鋼材的性能惡化最早限制雙相鋼應(yīng)用的主要原因就是焊接問(wèn)題，而工程上又往往不可避免焊接過(guò)程。雙相鋼焊接的難點(diǎn)就在于其焊接接頭是否仍能獲得與母材相同或相近的兩相組織，這也是保證焊接接頭是否具有與母材同樣性能（包括力學(xué)性能和耐腐蝕性能）等的關(guān)鍵所在。這里所說(shuō)的焊接接頭包括焊縫熔合區(qū)、高溫?zé)嵊绊憛^(qū)（HTHAZ）和低溫?zé)嵊绊憛^(qū)（LTHAZ）。1）焊縫熔合區(qū)。該區(qū)域的兩相組織相對(duì)容易控制即通過(guò)選擇合適的焊接材料就能做到.2）高溫?zé)嵊绊憛^(qū)。它是指具有約1250c熔點(diǎn)這一溫度特征的區(qū)域。這一區(qū)域很窄，卻是其相組織最難控制的一個(gè)區(qū)域。因?yàn)槟覆牡某煞植荒芤蚱涠?/p>

22、有過(guò)多的奧氏體形成元素，而該區(qū)域的溫度特征又使其高溫鐵素體在冷卻過(guò)程中部分得不到向奧氏體轉(zhuǎn)化。應(yīng)采用較大的焊接線量，使焊縫冷卻速度降低，使高溫鐵素體有一定的時(shí)間向奧氏體轉(zhuǎn)化，從而使相組織均衡。3）低溫?zé)嵊绊憛^(qū)。由于該區(qū)域的溫度較低，不足以引起基本相的變化，但可能會(huì)發(fā)生二次相的產(chǎn)生。因此，采用合適的焊接線量并控制層間溫度是防止低溫?zé)嵊绊憛^(qū)性能變壞的主要手段。值得一提的是，雙相鋼一般不進(jìn)行焊后熱處理雙相不銹鋼的焊接性兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼各自的優(yōu)點(diǎn)，并減少了其各自的不足之處。1）熱裂紋的敏感性比奧氏體鋼小得多。2）冷裂紋的敏感性比一般低合金高強(qiáng)鋼也小得多。3）雙相不銹鋼焊接時(shí)主要問(wèn)題不在焊縫，而在

23、熱影響區(qū)，因?yàn)樵诤附訜嵫h(huán)作用下，熱影響區(qū)處于快冷非平衡態(tài)，冷卻后總是保留更多的鐵素體，從而增大了腐蝕傾向和氫致裂紋（脆化）的敏感性4）雙相不銹鋼焊接接頭有析出咐目脆化的可能，6相是Cr和Fe的金屬間化合物，它的形成溫度范圍600-1000.C,不同鋼種形成6相的溫度不同，如00Cr18Ni5Mo3Si2鋼在800-900.C,而雙相不銹鋼00Cr25Ni7Mo3CuN的在800-900.C,8500c時(shí)最敏感。形成6相需經(jīng)一定的時(shí)間，一般1-2min萌生1-2min6相增多并長(zhǎng)大，因此，焊接時(shí)應(yīng)采用小熱輸入，快速冷卻，消應(yīng)力處理時(shí)應(yīng)采用較低的溫度，如550-600-C為宜。5）雙相不銹鋼含有

24、50啕勺鐵素體，同樣也存在475.C脆性，但不如鐵素體不銹鋼那樣敏感，雙相鋼中的鐵素體在300-525.C之間長(zhǎng)期保溫會(huì)析出高銘a，相，而在475.C最敏感，使雙相鋼發(fā)生脆化，由于a相析出時(shí)間較長(zhǎng)，故對(duì)一般焊接影響不大，但應(yīng)限制雙相不銹鋼的工作溫度不高于250.C。雙相不銹鋼的焊接件，由于工藝不當(dāng)，一旦產(chǎn)生6相或析出a，相引起475.C脆性，則可采用固溶處理使之消除。雙相不銹鋼的擴(kuò)散氫含量不及奧氏體不銹鋼，因此焊材中或周?chē)h(huán)境中氫的質(zhì)量濃度較高時(shí)，則會(huì)在焊接雙相不銹鋼時(shí)出現(xiàn)氫致裂紋和脆化。3.2焊接中可能存在的問(wèn)題1） SAF2205K相鋼的6相脆化在Fe-Cr二元合金中，6相中含Cr約為25

25、%形成溫度為520-820C,有很多合金元素可置換6相中的Fe和Cr原子，從而使6相生成于穩(wěn)定的溫度區(qū)間和幾率增大。6相析出主要在相中進(jìn)行，如果6相含有較多的MOM,即可提高6穩(wěn)定存在6相脆化現(xiàn)象溫度區(qū)，又能加速6相的析出過(guò)程。高銘雙相不銹鋼容易產(chǎn)生表3-1雙相不銹鋼固溶處理及（T相和475C脆性的溫度范圍內(nèi)容2205雙相鋼及2507等超級(jí)雙相鋼00Cr25Ni7Mo3CuNl?固溶處理溫度/C10401025-1100在空氣中加熱起皮溫度/C100010006相形成溫度/。C600-1000600-1000475C危化溫度/C300-525300-5252）焊接接頭的氫脆和氫致裂紋雙相不銹鋼

26、凝固結(jié)晶為單相鐵素體，但是一般的拘束條件下，焊縫金屬的熱裂紋很小。當(dāng)3/丫適當(dāng)時(shí)，冷裂紋敏感性也較低，但雙相不銹鋼中畢竟含有較高的6相，當(dāng)拘束度較大及焊縫金屬含氫量較高時(shí)，還存在氫致裂紋的危險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)模擬焊接熱影響區(qū)的試棒研究了雙相不銹鋼的氫脆與顯微組織之間的關(guān)系，并采用斷裂應(yīng)變?cè)u(píng)定了氫脆敏感性，結(jié)果表明氫脆主要發(fā)生于6相，而且氫脆的敏感性隨峰值溫度的升高而增加。3）焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂從雙相不銹鋼應(yīng)力與斷裂時(shí)間的延遲破壞之間的關(guān)系可知，母材的臨界應(yīng)力達(dá)到破壞應(yīng)力的90%氫脆應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性很低，焊縫金屬的臨界應(yīng)力為破壞應(yīng)力的70%相當(dāng)于60.2的95%,由于焊縫周?chē)臍堄鄳?yīng)力可以超過(guò)6

27、0.2,因此焊接接頭容易產(chǎn)生腐蝕開(kāi)裂。4）焊接接頭的點(diǎn)蝕由于冷卻速度對(duì)點(diǎn)蝕點(diǎn)位的影響較為顯著，因此，同樣的含NM在冷卻速度不同的條件下點(diǎn)蝕電位相差很大。由此可見(jiàn)，含NM較低的雙相不銹鋼的點(diǎn)蝕電位對(duì)冷卻速度很敏感，在焊接含NM較低的雙相不銹鋼時(shí)對(duì)冷卻速度的控制要求更嚴(yán)。42205雙相鋼的焊接工藝為了取得良好的焊接質(zhì)量，焊接人員應(yīng)掌握雙相鋼的焊接特點(diǎn)和注意事項(xiàng)另外從腐蝕的角度來(lái)看，焊接接頭總是不銹鋼結(jié)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)際上管道最終的耐蝕水平是由焊工決定的，為了盡可能的取得良好的結(jié)果，焊接操作過(guò)程應(yīng)當(dāng)遵守一些基本規(guī)則。總結(jié)出的SAF2205DSS一些關(guān)鍵技術(shù)如下。1）焊前準(zhǔn)備采用機(jī)加工制備試板坡口，

28、用不銹鋼專(zhuān)用砂輪片打磨坡口及坡口兩側(cè)各30mm范圍，并用丙酮清洗，以除去氧化膜、油污。2）焊接方法一般的焊接方法，如焊條電弧焊、鴇極氮弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊埋弧焊等，都可用于雙相不銹鋼的焊接。焊條電弧焊時(shí)最常用的焊接工藝方法，其特點(diǎn)靈活方便，并可實(shí)現(xiàn)全位置焊接，因此焊條電弧焊時(shí)焊接修復(fù)的常用工藝方法。鴇極量弧焊的特點(diǎn)時(shí)焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，自動(dòng)化的焊接效率也較高，因此廣泛用于管道的封底焊縫及薄壁管道的焊接。鴇極氮弧焊的保護(hù)氣體通常采用純Ar,當(dāng)進(jìn)行管道封底焊時(shí)，應(yīng)采用Ar+2%N或Ar+5%N保護(hù)氣體，同時(shí)還應(yīng)采用純Ar或高純N進(jìn)行焊縫背面保護(hù)，以防止根部焊道的鐵素體化。熔化極氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)時(shí)較高的

29、熔敷效率，即可采用較靈活的半自動(dòng)焊，也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊。3）焊材的選擇對(duì)于焊條電弧焊，根據(jù)耐腐蝕性，接頭韌性的要求即焊接位置，可選用酸性或堿性焊條。采用酸性焊條時(shí)，脫渣優(yōu)良，焊縫光滑，接頭成形美觀，但是焊縫金屬的沖擊韌性較低，于此同時(shí)，為了防止焊接氣孔及焊接氫致裂紋需嚴(yán)格控制焊條中的含氫量。當(dāng)要求焊縫金屬具有較高的沖擊韌度，并需進(jìn)行全位置焊接時(shí)，應(yīng)采用堿性焊條。另外，在根部封底焊時(shí)，通常采用堿性焊條，當(dāng)對(duì)焊縫金屬的耐腐蝕性能有特殊要求時(shí)，還應(yīng)采用超級(jí)雙相鋼成分的堿性焊條。對(duì)于實(shí)芯氣體保護(hù)焊焊絲，在保證焊接金屬具有良好的耐腐蝕性與力學(xué)性能的同時(shí)，還應(yīng)注意其焊接工藝性能。對(duì)于藥芯焊絲，當(dāng)要求焊縫光滑，

30、接頭成形美觀時(shí)，可采用金紅石型或鈦-鈣型藥芯焊絲。當(dāng)要求較高的沖擊韌度或在較大的拘束條件下焊接時(shí)，宜采用堿度較高的藥芯焊絲。對(duì)于埋弧焊焊絲，宜采用直徑較小的焊絲，實(shí)現(xiàn)中小焊接規(guī)范下的多層多道焊，以防止焊接熱影響區(qū)的脆化，與此同時(shí)，應(yīng)采用配套的堿性焊劑，以防止焊接氫致裂紋。焊接材料要選用比母材含鍥量高的雙相鋼焊材,確保焊縫中奧氏體相占優(yōu)勢(shì)，焊縫鐵素體含量控制在30%45W宜。4）焊接工藝參數(shù)的選擇焊接線能量太大或太小都不好，一般控制在0.52.5kJ/cm范圍,其具體大小要根據(jù)焊件厚度選擇。一般焊接時(shí)不需要預(yù)熱,但焊件壁厚過(guò)大或環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，為防止冷速過(guò)快造成焊縫和熱影響區(qū)鐵素體含量過(guò)高，必要

31、時(shí)要采取預(yù)熱措施。為避免冷卻速度過(guò)低而引起析出相的產(chǎn)生，多層/多道焊的層間溫度要控制。5）焊接熔池及背面的保護(hù)氣體保護(hù)焊時(shí)保護(hù)氣體中加氮可以提高焊縫的耐蝕性。有效的背面氣體保護(hù)是保證焊接質(zhì)量的前提，保護(hù)氣體的純度應(yīng)滿足工藝要求，應(yīng)采取有效的背面保護(hù)工裝，開(kāi)始焊接時(shí)要對(duì)焊縫背面的氧含量進(jìn)行檢測(cè)，滿足工藝要求后才能開(kāi)始焊接。6）定位焊縫定位焊縫焊接時(shí)，如果長(zhǎng)度過(guò)短，焊接未建立起平衡過(guò)程即結(jié)束焊縫冷卻會(huì)很快，可能導(dǎo)致鐵素體含量過(guò)高、低韌性并因氮化物析出而降低耐腐蝕性能。因此，如采用定位焊，對(duì)定位焊縫的最短長(zhǎng)度應(yīng)進(jìn)行規(guī)定，且應(yīng)采用較大熱輸入規(guī)范參數(shù)7）焊接過(guò)程材料的保護(hù)材料表面的弧擊和起弧，是一個(gè)瞬間

32、的高溫過(guò)程，冷卻速度很快，表面顯微組織中鐵素體含量很高，這種組織對(duì)裂紋和腐蝕很敏感，應(yīng)盡力避免，如果產(chǎn)生必須用細(xì)砂輪打磨去除?，F(xiàn)場(chǎng)焊接過(guò)程中材料的保護(hù)非常重要，應(yīng)避免碳鋼、銅、低熔點(diǎn)金屬或其它雜質(zhì)對(duì)不銹鋼的污染，可能情況下，不銹鋼和碳鋼管應(yīng)分開(kāi)存放和焊接。焊接和切割過(guò)程中應(yīng)采取措施防止飛濺、弧擊、滲碳、局部過(guò)熱等。5焊接工藝評(píng)定5.1 SAF2205雙相不銹鋼管焊接工藝指導(dǎo)書(shū)SAF2205雙相不銹鋼管焊接工藝指導(dǎo)書(shū)單位名稱(chēng)河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校焊接工藝指導(dǎo)書(shū)編號(hào)GY001日期4月22日次I接工藝評(píng)定報(bào)告編號(hào)PD001焊接方法手工TIG焊+焊條電弧焊機(jī)械化程度半自動(dòng)化簡(jiǎn)圖焊接接頭：坡口形式Y(jié)型坡口

33、襯墊（材料及規(guī)格）-=:二其他一母材：SAF2205與SAF2205相焊厚度范圍：母材：對(duì)接焊縫8mm角焊縫管子直徑、壁厚范圍：對(duì)接焊縫角焊縫一一焊縫金屬厚度范圍：對(duì)接焊縫二其他焊接材料焊材類(lèi)別焊絲焊材標(biāo)準(zhǔn)填充金屬尺寸2.0焊材型號(hào)/焊材牌號(hào)H00Cr18Ni14Mo2其他耐蝕堆焊金屬化學(xué)成分（）CSiMnPSCrNiMoVTiNb其他:焊接位置對(duì)接焊縫位置：平焊焊后熱處理：溫度范圍（C）焊接力問(wèn)：（1可上、向卜角焊縫位置焊接力問(wèn)：（1可上、向卜）保溫時(shí)間（h）預(yù)熱：預(yù)熱（c）_100C_層間溫度（oC）（保持預(yù)熱時(shí)間_加熱方式（允許最低值）允許最高值）_2h氧乙快保護(hù)氣體：氣體種類(lèi)混合比流重

34、（L/min）保護(hù)氣量氣99.9%18-尾邪保護(hù)工背面保護(hù)氣一一一一-24電特性:電流種英:直流極性:反接焊接電流范圍:（A）280320電弧電壓(V):2630（按所焊位置和厚度，分別列出電流電壓范圍，記入卜表）焊道焊接方法填充材料焊接電源電弧電壓焊接線能量/焊層牌號(hào)直徑極性電流（A）速度(cm/min)(kJ/cm)1手工TIG焊H00Cr18Ni14Mo22.0mm反接280274011.342焊條電弧焊A0423.2mm/3003045123焊條電弧焊A0423.2mm/320304712.2鴇極類(lèi)型及直徑熔滴過(guò)渡形式：:鈾鴇極噴嘴直徑（mm）:5mm身寸流i寸渡焊絲送進(jìn)速度（cm/m

35、in）:4047技木措施:擺動(dòng)焊或不擺動(dòng)焊：不擺動(dòng)擺動(dòng)參數(shù):_焊前清理和層間清理：背面清根方法:機(jī)械和根單道焊或多道焊（每面）:正二反一單絲焊或多絲焊：?jiǎn)谓z焊導(dǎo)電嘴至工件距離（mm）35錘擊：-其他.編制日期4月22日審核日期批準(zhǔn)日期焊接工藝評(píng)定報(bào)告單位名稱(chēng)：河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校焊接工藝評(píng)定報(bào)告編號(hào).:PD001焊接工藝指導(dǎo)書(shū)編號(hào)：GY001焊接方法：手工TIG焊+焊條電弧焊機(jī)械化程度：半自動(dòng)化接頭簡(jiǎn)圖：母材：材料標(biāo)準(zhǔn)：類(lèi)、組別號(hào)：SAF2205與類(lèi)、組別號(hào)SAF2205相焊厚度：8mm直徑：其他：填充金屬：焊材標(biāo)準(zhǔn)焊材牌號(hào)：H00Cr18Ni14Mo2焊材規(guī)格:2.0mm焊縫金屬厚度；一一其

36、他：焊接位置：對(duì)接焊縫位置：方向(向上，向下)角焊縫位置：一方向(向上，向下)焊后熱處理：熱處理溫度(C)：保溫時(shí)I可(h)：保護(hù)氣體：氣體種類(lèi)混合比流量(L/min)保護(hù)氣體氧氣能99.9%1824尾部保護(hù)氣背面保護(hù)氣電特性：電流種類(lèi)：直流極性：反接鴇極尺寸：鈾鴇極5mm焊接電流(A)：280320電弧電壓(V)：26_30其他：技術(shù)措施：焊接速度(cm/min)：4047擺動(dòng)或不擺動(dòng)：不擺動(dòng)擺動(dòng)參數(shù)：多道焊或單道焊(每面)：正二反一多絲焊或單絲焊：?jiǎn)谓z焊預(yù)熱：其他：預(yù)熱溫度(C)：100層1可溫度(C)：其他.拉伸試驗(yàn)：試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)：LS001試樣編號(hào)試樣寬度(mm)試樣厚度(mm)板截回

37、積(mm)斷裂載荷(kN)抗拉強(qiáng)度(Mpa)斷裂部位和特征LS001-181512060500焊縫區(qū)LS001-2101515082.5550熔合區(qū)彎曲試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)：WQ001試樣編號(hào)試樣類(lèi)型試樣厚度(mm)彎心直徑(mm)彎曲角度(o)試驗(yàn)結(jié)果WQ001-1向彎156018022%WQ001-2向彎104018020%試樣編號(hào)試樣類(lèi)型試樣厚度(mm)彎心直徑(mm)彎曲角度(o)試驗(yàn)結(jié)果WQ001-3背彎156018023%WQ001-4背彎156018022%WQ001-5側(cè)彎156018020%WQ001-6側(cè)彎156018021%沖擊試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告編號(hào).：CJ001試樣編號(hào)試樣尺寸缺

38、口類(lèi)型缺口位置試驗(yàn)溫度(C)沖擊吸收功(J)備注CJ0015熱影響區(qū)2028合格1-1CJ001-215熱影響區(qū)2029合格CJ001-315熱影響區(qū)2026合格CJ001-415焊縫區(qū)2030合格CJ001-515焊縫區(qū)2027合格CJ001-615焊縫區(qū)2025合格金相檢驗(yàn)（角焊縫）：根部：（焊透、未焊透）焊透焊縫:（熔合、未熔合）無(wú)裂紋熔合焊縫、熱影響:（有裂紋、無(wú)裂紋）檢驗(yàn)截面IIIIIIVV焊腳差（mm）一一無(wú)損檢驗(yàn)：RT:100%UT:MT:PT:100%其他：耐蝕堆焊金屬化學(xué)成分（重量%)CMnSiPSCrNiMoVTiNb分析表面或取樣開(kāi)始表面至熔合線的跑離(mm):附加說(shuō)明結(jié)

39、論：本評(píng)定按JB47082000規(guī)定焊接試件、檢驗(yàn)試樣、測(cè)定性能，確認(rèn)試驗(yàn)記錄正確評(píng)定結(jié)果：（合格、不合格）合格5.2 確定SAF2205雙相不銹鋼管焊接工藝SAF220或相不銹鋼是現(xiàn)代雙相不銹鋼中的一種,用途廣泛,具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐蝕性能，以及良好的焊接性，在石油天然氣輸送、海洋工程、化學(xué)工業(yè)等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。石油和天然氣工業(yè)目前采用雙相不銹鋼材料鋪設(shè)的油氣輸送管線長(zhǎng)度已超過(guò)850km,絕大部分為2205DSS1。西氣東輸某氣源工程由于輸送天然氣介質(zhì)的腐蝕性強(qiáng)，高壓管道采用2205雙相不銹鋼材料。雙相不銹鋼優(yōu)良的性能是靠適當(dāng)比例的兩相組織來(lái)保證的，焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫的組織有很大的

40、影響，合適的焊接工藝參數(shù)和一定的技術(shù)措施相結(jié)合才能保證焊縫及熱影響區(qū)的組織和性能。鋼管制作焊接是關(guān)鍵工序之一;天然氣管道的現(xiàn)場(chǎng)施工，焊接是最主要、最關(guān)鍵的工作之一。本文對(duì)D508X1519mm規(guī)格鋼管制管縱縫和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊縫焊接工藝評(píng)定進(jìn)行介紹。5.2.1 工藝評(píng)定試件的焊接鋼管縱縫和環(huán)縫工藝評(píng)定試件分別采用Outo2kumpu公司（原瑞典Avesta）生產(chǎn)的1519mnff平板和D508x1519mm岡管，其主要合金元素是Cr、Ni、Mo和N,其重量百分比分別為：22%Cr、5%Ni、3%Mo和1.5%N,其顯微組織為具有大約50%的鐵素體和大約50%的奧氏體雙相組織，其主要力學(xué)性能值見(jiàn)表5-1

41、。表5-1工藝評(píng)定試件母材的力學(xué)性能（橫向）抗拉強(qiáng)度RmMPa屈服強(qiáng)度Rp012/MPa延伸率A/%夏比沖擊功Akv/J硬度PHB76159926276(-20C)290鋼管縱縫焊接在鋼管制造廠進(jìn)行，工藝評(píng)定試件焊接采用雙面埋弧焊方法，采用瑞典Sandvik公司生產(chǎn)的埋弧焊和焊劑,焊接位置為450固定,由于鋼管產(chǎn)品焊縫最終要進(jìn)行固溶處理，因此，工藝評(píng)定試件也進(jìn)行相應(yīng)的焊后固溶處理(加熱10501100C,水淬)。鋼管環(huán)縫焊接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，工藝評(píng)定試件焊接采用單面焊，采用鴇極氮弧焊(TIG)打底+焊條電弧焊(SMAW)填充和蓋面方法,使用瑞典Avesta公司生產(chǎn)的氮弧焊絲和焊條，焊接位置為450固定，試件焊后不進(jìn)行熱處理。焊接規(guī)范采用適中的工藝參數(shù)。焊接工藝評(píng)定試件焊接主要條件見(jiàn)表5-2o5.2.2 工藝評(píng)定性能試驗(yàn)結(jié)果及其分析工藝評(píng)定性能按工程技術(shù)條件進(jìn)行。試驗(yàn)項(xiàng)目包括常規(guī)的接頭拉伸、導(dǎo)向彎曲和低溫(-40C)更比沖擊試驗(yàn)、金相組織檢驗(yàn)和腐蝕性能試驗(yàn)。工藝評(píng)定主要性能試驗(yàn)。與奧氏體不銹鋼相比，2205DSS材料導(dǎo)熱系數(shù)線膨脹系數(shù)小，又包含兩種組織，因此熱裂傾向和變形??；與低合金高強(qiáng)鋼相比，因組織中含有約50%勺奧氏體，因此冷裂紋傾向小?？傊?205DSS可焊性良好。雙相不銹鋼優(yōu)良的性能是靠適當(dāng)比例的兩相組織來(lái)