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双相不锈钢的焊接

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双相不锈钢的焊接

1. 双相不锈钢的类型

双相不锈钢由于具有奥氏体+铁素体双相组织,且两个相组织的含量基本相当,故兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。屈服强度可达400Mpa ~ 550MPa,是普通奥氏体不锈钢的2倍。与铁素体不锈钢相比,双相不锈钢的韧性高,脆性转变温度低,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高;同时又保留了铁素体不锈钢的一些特点,如475℃脆性、热导率高、线膨胀系数小,具有超塑性及磁性等。与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢的强度高,特别是屈服强度显著提高,且耐孔蚀性、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能也有明显的改善。

双相不锈钢按其化学成分分类,可分为Cr18型、Cr23(不含Mo)型、Cr22型和Cr25型四类。对于Cr25型双相不锈钢又可分为普通型和超级双相不锈钢,其中近年来应用较多的是Cr22型和Cr25型。我国采用的双相不锈钢以瑞典产居多,具体牌号有:3RE60(Cr18)SAF2304 (Cr23)SAF2205 (Cr22)SAF2507(Cr25)

2. 双相不锈钢的焊接特点

① 双相不锈钢具有良好的焊接性,它既不像铁素体不锈钢焊接时热影响区易脆化,也不像奥氏体不锈钢易产生焊接热裂纹,但由于它有大量的铁素体,当刚性较大或焊缝含氢量较高时,有可能产生氢致冷裂纹,因此严格控制氢的来源是非常重要的。

② 为了保证双相钢的特点,确保焊接接头的组织中奥氏体及铁素体比例合适是这类钢焊接的关键所在。当焊后接头冷却速度较慢时,δ→γ的二次相变化较充分,因此到室温时可得到相比例比较合适的双相组织,这就要求在焊接时要有适当大的焊接热输人量,否则若焊后冷却速度较快时,会使δ铁素体相增多,导致接头塑韧性及耐蚀性严重下降。

3. 双相不锈钢焊材选用

双相不锈钢用的焊材,其特点是焊缝组织为奥氏体占优的双相组织,主要耐蚀元素(铬、钼等)含量与母材相当,从而保证与母材相当的耐蚀性。为了保证焊缝中奥氏体的含量,通常是提高镍和氮的含量,也就是提高约2 ~ 4%的镍当量。在双相不锈钢母材中,一般都有一定量的氮含量,在焊材中也希望有一定的含氮量,但一般不宜太高,否则会产生气孔。这样镍含量较高就成了焊材与母材的一个主要区别。

根据耐腐蚀性、接头韧性的要求不同来选择与母材化学成分相匹配的焊条,如焊接Cr22型双相不锈钢,可选用Cr22Ni9Mo3型焊条,如E2209焊条。采用酸性焊条时脱渣优良,焊缝成形美观,但冲击韧性较低,当要求焊缝金属具有较高的冲击韧性,并需进行全位置焊接时,应采用碱性焊条。当根部封底焊时,通常采用碱性焊条。当对焊缝金属的耐腐蚀性能具有特殊要求时,还应采用超级双相钢成分的碱性焊条。

对于实心气体保护焊焊丝,在保证焊缝金属具有良好耐腐蚀性与力学性能的同时,还应注意其焊接工艺性能,对于药芯焊丝,当要求焊缝成形美观时,可采用金红石型或钛钙型药芯焊丝,当要求较高的冲击韧度或在较大的拘束度条件下焊接时,宜采用碱度较高的药芯焊丝。

对于埋弧焊宜采用直径较小的焊丝,实现中小焊接规范下的多层多道焊,以防止焊接热影响区及焊缝金属的脆化,并采用配套的碱性焊剂。

4. 双相不锈钢的焊接要点

① 焊接热过程的控制   焊接线能量、层间温度、预热及材料厚度等都会影响焊接时的冷却速度,从而影响到焊缝和热影响区的组织和性能。冷却速度太快和太慢都会影响到双相钢焊接接头的韧性和耐腐蚀性能。冷却速度太快时会引起过多的α相含量以及Cr2N的析出增加。过慢的冷却速度会引起晶粒严重粗大,甚至有可能析出一些脆性的金属间化合物,如σ相。表10-6列出了一些推荐的焊接线能量和层间温度的范围。在选择线能量时还应考虑到具体的材料厚度,表中线能量的上限适合于厚板,下限适合于薄板。在焊接合金含量高的ω(Cr)为25 % 的双相钢和超级不锈钢时,为获得最佳的焊缝金属性能,建议最高层间温度控制在100℃。当焊后要求热处理时可以不限制层间温度。

10-6 推荐选用的双相钢线能量和层间温度

钢材类型

线能量/ (kJ/cm)

最高层间温度/℃

Cr23 %无Mo双相钢

5 ~ 25

150 ~ 200

Cr22 %双相钢

5 ~ 25

125 ~ 200

Cr25 %(Cu0 ~ 2.5 %)双相钢

2 ~ 15

100 ~ 150

Cr25 %超级双相钢

2 ~ 15

100 ~ 150

② 焊后热处理   双相不锈钢焊后最好不进行热处理,但当焊态下α相含量超过了要求或析出了有害相,如σ相时,可采用焊后热处理来改善。所用的热处理方法是水淬。热处理时加热应尽可能快,在热处理温度下的保温时间为5 ~ 30min,应该足以恢复相的平衡。在热处理时金属的氧化非常严重,应考虑采用惰性气体保护。对于ω(Cr)为22 % 的双相钢应在1050℃ ~ 1100℃温度下进行热处理,而ω(Cr)为25 % 的双相钢和超级双相钢要求在1070℃ ~ 1120℃温度下进行热处理。

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