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雙相不鏽鋼管的焊接要點

日期：2024-07-06 00:13

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摘要： 雙相不鏽鋼管的焊接要點 雙相不鏽鋼由於具有奧氏體+鐵素體雙相組織，且兩個相組織的含量基本相當，故兼有奧氏體不鏽鋼和鐵素體不鏽鋼的特點。屈服強度可達400Mpa ~ 550MPa，是普通奧氏體不鏽鋼的2倍。與鐵素體不鏽鋼相比，雙相不鏽鋼的韌性高，脆性轉變溫度低，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均明顯進步；同時又保存了鐵素體不鏽鋼的一些特點，如475℃脆性、熱導率高、線膨脹係數小，具有超塑性及磁性等。與奧氏體不鏽鋼相比，雙相不鏽鋼的強度高，特彆是屈服強度明顯進步，且耐孔蝕性、耐應力腐蝕、耐腐蝕疲憊等性能也有明顯的改善。 雙相不鏽鋼按其化學成分分類，可分為Cr18型、Cr23(不含Mo)型、Cr22型和Cr25型四類。對於Cr25型雙相不鏽鋼又可分為普通型和超級雙相不鏽鋼，其中近年來應用較多的是Cr22型和Cr25型。我國采用的雙相不鏽鋼以瑞典產居多，具體牌號有：3RE60(Cr18型)，SAF2304 (Cr23型)，SAF2205 (Cr22型)，SAF2507(Cr25型)。 雙相不鏽鋼的焊接特點 ① 雙相不鏽鋼具有良好的焊接性，它既不像鐵素體不鏽鋼焊接時熱影響區易脆化，也不像奧氏體不鏽鋼易產生焊接熱裂紋，但由於它有大量的鐵素體，當剛性較大或焊縫含氫量較高時，有可能產生氫致冷裂紋，因此嚴格控製氫的來源是非常重要的。 ② 為了保證雙相鋼的特點，確保焊接接頭的組織中奧氏體及鐵素體比例合適是這類鋼焊接的關鍵所在。當焊後接頭冷卻速度較慢時，δ→γ的二次相變化較充分，因此到室溫時可得到相比例比較合適的雙相組織，這就要求在焊接時要有適當大的焊接熱輸人量，否則若焊後冷卻速度較快時，會使δ鐵素體相增多，導致接頭塑韌性及耐蝕性嚴重下降。 雙相不鏽鋼用的焊材，其特點是焊縫組織為奧氏體占優的雙相組織，主要耐蝕元素(鉻、鉬等)含量與母材相當，從而保證與母材相當的耐蝕性。為了保證焊縫中奧氏體的含量，通常是進步鎳和氮的含量，也就是進步約2％ ~ 4％的鎳當量。在雙相不鏽鋼母材中，一般都有一定量的氮含量，在焊材中也希看有一定的含氮量，但一般不宜太高，否則會產生氣孔。這樣鎳含量較高就成了焊材與母材的一個主要區彆。 根據耐腐蝕性、接頭韌性的要求不同來選擇與母材化學成分相匹配的焊條，如焊接Cr22型雙相不鏽鋼，可選用Cr22Ni9Mo3型焊條，如E2209焊條。采用酸性焊條時脫渣優良，焊縫成形美觀，但衝擊韌性較低，當要求焊縫金屬具有較高的衝擊韌性，並需進行全位置焊接時，應采用堿性焊條。當根部封底焊時，通常采用堿性焊條。當對焊縫金屬的耐腐蝕性能具有特殊要求時，還應采用超級雙相鋼成分的堿性焊條。 對於實心氣體保護焊焊絲，在保證焊縫金屬具有良好耐腐蝕性與力學性能的同時，還應留意其焊接工藝性能，對於藥芯焊絲，當要求焊縫成形美觀時，可采用金紅石型或鈦鈣型藥芯焊絲，當要求較高的衝擊韌度或在較大的拘束度條件下焊接時，宜采用堿度較高的藥芯焊絲。 對於埋弧焊宜采用直徑較小的焊絲，實現中小焊接規範下的多層多道焊，以防止焊接熱影響區及焊縫金屬的脆化，並采用配套的堿性焊劑。 雙相不鏽鋼的焊接要點： ① 焊接熱過程的控製 焊接線能量、層間溫度、預熱及材料厚度等都會影響焊接時的冷卻速度，從而影響到焊縫和熱影響區的組織和性能。冷卻速度太快和太慢都會影響到雙相鋼焊接接頭的韌性和耐腐蝕性能。冷卻速度太快時會引起過多的α相含量以及Cr2N的析出增加。過慢的冷卻速度會引起晶粒嚴重粗大，甚至有可能析出一些脆性的金屬間化合物，如σ相。表1列出了一些推薦的焊接線能量和層間溫度的範圍。在選擇線能量時還應考慮到具體的材料厚度，表中線能量的上限適合於厚板，下限適合於薄板。在焊接合金含量高的ω(Cr)為25 % 的雙相鋼和超級不鏽鋼時，為獲得*佳的焊縫金屬性能，建議*高層間溫度控製在100℃。當焊後要求熱處理時可以不限製層間溫度。 ② 焊後熱處理 雙相不鏽鋼焊後*好不進行熱處理，但當焊態下α相含量超過了要求或析出了有害相，如σ相時，可采用焊後熱處理來改善。所用的熱處理方法是水淬。熱處理時加熱應儘可能快，在熱處理溫度下的保溫時間為5 ~ 30min，應該足以恢複相的平衡。在熱處理時金屬的氧化非常嚴重，應考慮采用惰性氣體保護。對於ω(Cr)為22 % 的雙相鋼應在1050℃ ~ 1100℃溫度下進行熱處理，而ω(Cr)為25 % 的雙相鋼和超級雙相鋼要求在1070℃ ~ 1120℃溫度下進行熱處理。

雙相不鏽鋼管的焊接要點
雙相不鏽鋼由於具有奧氏體+鐵素體雙相組織，且兩個相組織的含量基本相當，故兼有奧氏體不鏽鋼和鐵素體不鏽鋼的特點。屈服強度可達400Mpa ~ 550MPa，是普通奧氏體不鏽鋼的2倍。與鐵素體不鏽鋼相比，雙相不鏽鋼的韌性高，脆性轉變溫度低，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均明顯進步；同時又保存了鐵素體不鏽鋼的一些特點，如475℃脆性、熱導率高、線膨脹係數小，具有超塑性及磁性等。與奧氏體不鏽鋼相比，雙相不鏽鋼的強度高，特彆是屈服強度明顯進步，且耐孔蝕性、耐應力腐蝕、耐腐蝕疲憊等性能也有明顯的改善。
雙相不鏽鋼按其化學成分分類，可分為Cr18型、Cr23(不含Mo)型、Cr22型和Cr25型四類。對於Cr25型雙相不鏽鋼又可分為普通型和超級雙相不鏽鋼，其中近年來應用較多的是Cr22型和Cr25型。我國采用的雙相不鏽鋼以瑞典產居多，具體牌號有：3RE60(Cr18型)，SAF2304 (Cr23型)，SAF2205 (Cr22型)，SAF2507(Cr25型)。
雙相不鏽鋼的焊接特點
① 雙相不鏽鋼具有良好的焊接性，它既不像鐵素體不鏽鋼焊接時熱影響區易脆化，也不像奧氏體不鏽鋼易產生焊接熱裂紋，但由於它有大量的鐵素體，當剛性較大或焊縫含氫量較高時，有可能產生氫致冷裂紋，因此嚴格控製氫的來源是非常重要的。
② 為了保證雙相鋼的特點，確保焊接接頭的組織中奧氏體及鐵素體比例合適是這類鋼焊接的關鍵所在。當焊後接頭冷卻速度較慢時，δ→γ的二次相變化較充分，因此到室溫時可得到相比例比較合適的雙相組織，這就要求在焊接時要有適當大的焊接熱輸人量，否則若焊後冷卻速度較快時，會使δ鐵素體相增多，導致接頭塑韌性及耐蝕性嚴重下降。
雙相不鏽鋼用的焊材，其特點是焊縫組織為奧氏體占優的雙相組織，主要耐蝕元素(鉻、鉬等)含量與母材相當，從而保證與母材相當的耐蝕性。為了保證焊縫中奧氏體的含量，通常是進步鎳和氮的含量，也就是進步約2％ ~ 4％的鎳當量。在雙相不鏽鋼母材中，一般都有一定量的氮含量，在焊材中也希看有一定的含氮量，但一般不宜太高，否則會產生氣孔。這樣鎳含量較高就成了焊材與母材的一個主要區彆。
根據耐腐蝕性、接頭韌性的要求不同來選擇與母材化學成分相匹配的焊條，如焊接Cr22型雙相不鏽鋼，可選用Cr22Ni9Mo3型焊條，如E2209焊條。采用酸性焊條時脫渣優良，焊縫成形美觀，但衝擊韌性較低，當要求焊縫金屬具有較高的衝擊韌性，並需進行全位置焊接時，應采用堿性焊條。當根部封底焊時，通常采用堿性焊條。當對焊縫金屬的耐腐蝕性能具有特殊要求時，還應采用超級雙相鋼成分的堿性焊條。
對於實心氣體保護焊焊絲，在保證焊縫金屬具有良好耐腐蝕性與力學性能的同時，還應留意其焊接工藝性能，對於藥芯焊絲，當要求焊縫成形美觀時，可采用金紅石型或鈦鈣型藥芯焊絲，當要求較高的衝擊韌度或在較大的拘束度條件下焊接時，宜采用堿度較高的藥芯焊絲。
對於埋弧焊宜采用直徑較小的焊絲，實現中小焊接規範下的多層多道焊，以防止焊接熱影響區及焊縫金屬的脆化，並采用配套的堿性焊劑。
雙相不鏽鋼的焊接要點：

① 焊接熱過程的控製焊接線能量、層間溫度、預熱及材料厚度等都會影響焊接時的冷卻速度，從而影響到焊縫和熱影響區的組織和性能。冷卻速度太快和太慢都會影響到雙相鋼焊接接頭的韌性和耐腐蝕性能。冷卻速度太快時會引起過多的α相含量以及Cr2N的析出增加。過慢的冷卻速度會引起晶粒嚴重粗大，甚至有可能析出一些脆性的金屬間化合物，如σ相。表1列出了一些推薦的焊接線能量和層間溫度的範圍。在選擇線能量時還應考慮到具體的材料厚度，表中線能量的上限適合於厚板，下限適合於薄板。在焊接合金含量高的ω(Cr)為25 % 的雙相鋼和超級不鏽鋼時，為獲得*佳的焊縫金屬性能，建議*高層間溫度控製在100℃。當焊後要求熱處理時可以不限製層間溫度。

② 焊後熱處理雙相不鏽鋼焊後*好不進行熱處理，但當焊態下α相含量超過了要求或析出了有害相，如σ相時，可采用焊後熱處理來改善。所用的熱處理方法是水淬。熱處理時加熱應儘可能快，在熱處理溫度下的保溫時間為5 ~ 30min，應該足以恢複相的平衡。在熱處理時金屬的氧化非常嚴重，應考慮采用惰性氣體保護。對於ω(Cr)為22 % 的雙相鋼應在1050℃ ~ 1100℃溫度下進行熱處理，而ω(Cr)為25 % 的雙相鋼和超級雙相鋼要求在1070℃ ~ 1120℃溫度下進行熱處理。

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