1、化工裝備技術第18卷第3期1997年39鐵素體奧氏體型雙相不銹鋼的焊接性上海石化機械制造公司方偉秉論述了雙相不銹鋼的焊接特點, 奧氏體相占優勢的含氮高鎳雙相鋼焊縫具有良好的綜合性能, 采用小規模多層多道焊工藝, 是提高焊接接頭性能的有效途徑。關鍵詞雙相不銹鋼焊接性強度以及耐氯化物應力腐蝕性能結合在一起,1前言近十多年來, 國內外開發了一系列新型鐵素體奧氏體雙相不銹鋼, 其一出現就以良好的高溫力學性能和優異的抗應力腐蝕開裂性能(特別是在氯離子介質中 受到重視, 并首先在與海水有關的行業以及化工、石化、煉油、化肥等部門得到應用。但是, 最初的雙相鋼由于在焊接性方面受到限制, 難以實際推廣應用。近年

2、來, 瑞典首先開發出雙相鋼中加氮不銹鋼, 其代表性的鋼種有SAF 2205, 它改進了焊縫熱影響區的耐蝕性, 使焊接性得到改善, 因而使雙相不銹鋼迅速得到推廣應用。但是, 雙相不銹鋼畢竟有它自己的焊接特點, 必須有合適的焊接工藝, 才能保證得到滿意的優質焊接接頭。2雙相不銹鋼簡介雙相不銹鋼是將奧氏體不銹鋼所具有的優良韌性及焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高表1通過正確控制化學成分及熱處理工藝達到兼備這兩種鋼的特點, 其耐氯化物應力腐蝕性能遠遠超過18-8型奧氏體不銹鋼, 并具有良好的耐孔蝕、縫隙腐蝕性能。其強度為普通奧氏體不銹鋼的兩倍, 而鎳含量僅是其一半。80年代以來已形成了不銹鋼中一個獨立的

3、鋼類, 鋼廠提供的雙相不銹鋼材料兩相各約占50%。雙相不銹鋼是隨著70年代冶煉技術的發展而迅速得到應用的, 不僅獲得了超低碳不銹鋼, 同時還精確控制了氮元素的含量。氮作為奧氏體形成元素對雙相不銹鋼起著重要作用, 但在焊接熱影響區快速熱循環冷卻時, 促進了高溫下形成的鐵素體逆轉變為足夠的奧氏體以維持必要的相平衡, 可提高富氮奧氏體相的耐腐蝕性, 減輕鉻、鎳等元素在兩相中分布的差異, 降低選擇腐蝕的傾向性。表1為主要幾個國家生產的雙相不銹鋼系列, 圖1為各鋼種之間發展關系。主要雙相不銹鋼系列 40鐵素體奧氏體型雙相不銹鋼的焊接性圖1各鋼種間的發展關系3雙相不銹鋼耐應力腐蝕原因雙相不銹鋼耐應力腐蝕性

4、能是與其主要相組成鐵素體與奧氏體的平衡比例、分布狀態以及晶粒大小密切相關。在相比例相同條件下, 細晶粒組織以及無方向性的第二相彌散分布也是提高耐應力腐蝕性能的重要條件。根據目前國內外研究結果, 雙相不銹鋼耐應力腐蝕性能好的原因可歸納為以下四點:(1 雙相不銹鋼的屈服強度遠較18-8型奧氏體不銹鋼為高, 從而雙相不銹鋼的相應的應力腐蝕臨界應力值也較奧氏體不銹鋼為高, 在相同應力水平作用下不易產生應力腐蝕。(2 在中性氯化物的水介質中, 18-8型奧氏體不銹鋼的應力腐蝕多數以孔蝕為起源, 而雙相不銹鋼一般含有較高的鉻、鉬等元素, 從而耐孔蝕性能較好, 孔蝕誘導期長, 一旦產生孔蝕, 應力腐蝕的裂紋

5、往往出現在點坑的底部, 由于這些應力腐蝕小裂紋分散于若干個點坑底部, 分散較大, 避免應力集中于少數裂紋, 也就減緩了應力腐蝕的發展速度, 改善了雙相不銹鋼的耐應力腐蝕性能。(3 雙相不銹鋼中的第二相對應力腐蝕裂紋的擴展起著一定程度的機械阻擋作用, 當應力腐蝕裂紋形成后, 第二相可以阻礙裂紋向前延伸或迫使裂紋改變方向, 從而延長了應力腐蝕裂紋的擴展期, 造成雙相不銹鋼的應力腐蝕裂紋形貌有別于奧氏體不銹鋼。雙相不銹鋼的應力腐蝕裂紋往往是分支多, 擴展無一定方向, 走向彎曲, 發展速度緩慢。圖2即示出應力腐蝕裂紋尖端處奧氏體相的機械阻擋作用。 (圖3圖2一定的防蝕效果, 在應力腐蝕裂紋擴展過程中伴

6、隨著鐵素體相的陽極溶解, 奧氏體相從而得到陰極保護, 致使奧氏體相在一定程度上也抑制了裂紋擴展, 由圖3可見鐵素體相優先溶解的痕跡。4雙相不銹鋼的焊接性雙相不銹鋼的熱影響區1280的過熱區及焊縫, 在焊接時, 奧氏體能溶解于鐵素體相中, 冷卻下來時則相反, 發生鐵素體向奧氏體相轉變, 焊接熱循環冷卻時間很短, 造成奧氏體相轉變不完全, 易造成過量鐵素體和粗晶, 造成相比例不平衡。前已所述, 雙相不銹鋼耐應化工裝備技術第18卷第3期1997年不銹鋼焊接基本上與焊縫金屬中的鐵素體含量有關。鐵素體固然能提高焊接接頭的抗應力腐蝕能力, 但過量鐵素體則會導致焊縫金屬脆化。所以, 焊接時不加填充絲, 或加

7、填充絲但母材過分稀釋, 就容易造成鐵素體相過多。為了降低焊縫金屬中的鐵素體含量, 考慮到鋼的耐蝕性, 靠降鉻、鉬含量來提高奧氏體數量是不可取的, 一般采用加氮、增鎳兩條途徑來提高奧氏體相的數量。圖4所示為焊縫金屬中鐵素體含量與Nieq (Ni 當量 的關系曲線。5雙相不銹鋼焊接實例41沖擊韌性下降, 同時氮化物沉淀, 影響抗應力腐蝕性能; 速度太慢, 高溫停留時間太長, 會促使 脆性相析出, 同樣使沖擊韌性下降, 惡化抗應力腐蝕性能。所以必須選擇合理的冷卻速度。實例1上海石化機械制造公司為上海焦化總廠“三聯供”工程制造了兩臺中壓閃蒸罐頂冷凝器, 其中管箱部分材質用美國U NSS31803與法國

8、UR 45N , 鍛件使用德國1. 4462, 都與瑞典在制作前, 作了如下一些試驗:SAF 2205相當。(1 抗裂性試驗采用常規的小鐵研式試件進行抗裂試驗。根據母材的特性和有關資料的介紹, 選用比焊接奧氏體不銹鋼更小的焊接規范及選用含鎳量較母材高的焊接材料, 使焊縫金屬的奧氏體含量達到與母材相當或大于鐵素體含量來提高焊縫金屬的韌、塑性, 使焊接熱影響區更為減少Nieq=(%Ni +(%C +0. 5(%M n +(%N并限止焊縫中鐵素體晶粒的長大。1 焊接規范(如表2所示 表2焊條直徑(mm 3. 25電流(A 100電壓(V 24焊速(mm /m in 150冷卻條件熱處理自然空冷無圖4

9、焊縫金屬中的鐵素體含量與Nieq 的關系曲線鐵素體含量亦與焊接工藝有關, 實踐表明, 與焊接熱輸入、層間溫度和板厚密切相關的冷卻速度對能否獲得優質的焊縫金屬和熱影響區是非常重要的。圖5示出熱輸入大小對過熱區2 抗裂試板的化學成分(重量% 和力學性能(如表3所示 表3板材CM nSiSPNiCrs b 5HB(N/mm 2 (N/mm 2 (%板材M oN圖5185鋼HAZ 粗晶區晶粒粗化與焊接單位能的關系A 粗晶粒尺寸B 粗晶區寬度3 焊材熔敷金屬化學成分(重量% 和力學性能(如表4所示寬度、晶粒度的影響。因此必須嚴格控制焊接,42表4鐵素體奧氏體型雙相不銹鋼的焊接性發現表面缺陷。隨后將試件機

10、械加工成10片, 觀察其斷面情況, 經過宏觀及微觀檢查均未發現裂紋, 且其焊縫及其熱影響區鐵素體比例在50%左右, 與母材相當。由此可見, 采用小規范快速焊接雙相不銹鋼是可行的。(2 工藝試驗1 試驗用材為進口雙相不銹鋼及相應焊材, 其化學成分(重量% 和力學性能如下:a . 焊接材料(熔敷金屬 (如表5所示Ni 9. 8Cu 0. 10N 0. 145 s (N/mm 2660 b (N/mm 2823 5(% 25焊材C S i M n P S Cr Ni AVES TA2205-PW 0. 0260. 800. 650. 0190. 01922. 99. 9焊材M o Cu N s (N

11、/mm 2 b (N/mm 2 5(% AVES TA2205-PW 2. 980. 060. 150 3. 25660835254 試驗結果試件放置24小時后進行表面滲透探傷, 未表52205-PW 3. 25C 0. 025M n 0. 63Si 0. 77SPC r 22. 6M o 3. 010. 0140. 021表6牌號UR 45N (厚13mm UR 45N (厚23mm s(N/mm 20. 0151. 340. 3570. 0010. 0195. 6222. 693. 310. 1765529CM nSiSPNiCrM oN0. 0141. 340. 3580. 0010.

12、0195. 6222. 793. 320. 1765518528b 鐵素體5HB 2(N/mm (% ( 7844624050%768743454023622855%42%U NSS 31803(厚24mm 0. 0221. 310. 440. 00050. 0195. 3021. 902. 740. 16b. 板材(如表6所示2 根據雙向不銹鋼固有特點應盡量減少熱輸入, 采用規范要比焊接奧氏體不銹鋼要小, 并且采用多層多道焊, 控制層間溫度。a. 焊接規范(如表7所示 表8序號1#2#3#材質U R 45N U R45N UNSS 31803厚度mm 102324RT熱處理b(N/mm 2

13、810, 795830, 900755, 780冷彎90, 3S 合格裂合格表7電流(A 電壓(V 焊速(m m /min 2205-PW ( 3. 25 10024140-1502205-PW ( 415024150-170焊材b. 試驗結果(如表8所示沖擊A kv (J 焊縫36, 464030, 242650, 5154HAZ 104, 96220136, 1722882, 108110焊縫4040-4530-35鐵素體含量(%HAZ 504535-40母材505545-55抗晶腐性好-好100%4105h I 級100%4105h 級100%4105h I 級注:RT按GB 3323-

14、87標準根據試驗結果, =13m mUR 45N 及 =24m mU NSS31803兩試件的各種數據均較好, 但 =23mm UR45N 試樣冷彎開裂, 且沖擊韌性較差, 焊縫鐵素體含量達45%, 在焊縫中雖未發現有明顯的夾雜物和 相, 但由于鐵素體含量較高, 且其晶粒也較粗大, 故其韌性、塑性,運條時因板厚而有一定量的橫向擺動, 增加了其線能量的輸入, 且層間溫度亦較高所致, 故在焊接雙相不銹鋼時的焊縫線能量應取得越小越好。焊條不應作橫向擺動, 且控制層間溫度小于100。數據表明, 焊縫沖擊韌性與其鐵素體含量有關, 因此我們認為將焊縫鐵素體含量控制化工裝備技術第18卷第3期1997年43A

15、 型支承式支座有關下料尺寸的計算常州化工機械廠李業勤姜堰市二中姜立東試提出了國家行業標準JB /T 4724-92支承式支座中A 型支承式支座筋板、墊板等有關下料尺寸的計算方法, 生產實踐表明該方法使用方便, 可滿足工程要求。關鍵詞支承式支座封頭器。同時, 規定了A 、B 兩種型式。A 型為鋼板1引言我國行業標準1規定了支承式支座的結構型式、系列參數尺寸、允許載荷、制造要求及選用方法。適用范圍為公稱直徑DN800DN 4000, 圓筒長度L 與公稱直徑之比L /DN 5, 容器總高度H o 10m 的鋼制立式圓筒形容同樣是較厚的板, 但焊該試件時是在1和2試件基礎上進行的, 各種規范參數均較嚴

16、格控制, 所以其各項性能均取得較為滿意的結果。生產過程中嚴格控制焊接線能量和層間溫度并采用多層多道焊, 焊工經過訓練和考試, 順利完成產品制造, 此設備安全運行至今已兩年多。實例2上海石化機械制造公司為上海石化股份有限公司煉化部制造了丙稀冷媒冷凝器中段, 其表9 #焊制, 帶墊板, 且分14號和56號兩種結構型式, 其中14號如圖1所示。鑒于A 型支座的筋板、墊板等有關下料尺寸需經計算求得, 同時考慮到14號型式較常使用, 且不失一般性, 本文提出該類支承式支座有關零件下料尺寸的計算方法, 以供設計、制造人員參考。管板為爆炸復合板, 復合材料、換熱管及焊材見表9。制造中, 根據實例1中經驗, 采用小規范, 取得了令人滿意的效果, 產品使用已