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奥氏体不锈钢与双相不锈钢焊接工艺对比

来源:人人机电  发布时间:2016-10-13  浏览次数:1220

奥氏体不锈钢与双相不锈钢焊接工艺对比
双相钢介绍:所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半,一般最少相的含量也许要达到30%。

由于两相组织的特点,通过正确控制化学成分和热处理工艺,使DSS兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。

1、与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢的优势如下:

(1)屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多,且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%,有利于降低成本。

(2)具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力,即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力,尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。

(3)在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢,而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性,再一些介质中,如醋酸,甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢,乃至耐蚀合金。

(4)具有良好的耐局部腐蚀性能,与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比,它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。

(5)比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低,和碳钢接近,适合与碳钢连接,具有重要的工程意义,如生产复合板或衬里等。

(6)不论在动载或静载条件下,比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力,这对结构件应付突发事故如冲撞,爆炸等,双相不锈钢优势明显,有实际应用价值。

与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢的弱势如下:

(1)应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢,例如其使用温度必须控制在250摄氏度以下。  

(2)其塑韧性较奥氏体不锈钢低,冷,热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。

(3)存在中温脆性区,需要严格控制热处理和焊接的工艺制度,以避免有害相的出现,损害性能。

2、与铁素体不锈钢相比,双相不锈钢的优势如下:

(1)综合力学性能比铁素体不锈钢好,尤其是塑韧性,不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。  

(2)除耐应力腐蚀性能外,其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。

(3)冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。

(4)焊接性能也远优于铁素体不锈钢,一般焊前不需预热,焊后不需热处理。

(5)应用范围较铁素体不锈钢宽。

与铁素体不锈钢相比,双相不锈钢的弱势如下:

合金元素含量高,价格相对高,一般铁素体不含镍。

00Cr25Ni5Mo3双相不锈钢有较高的屈服强度,可以冷成型和热成型。冷成型一般不需热处理,但当变形量超过20%时则应采用固溶热处理。该钢在350~975℃加热之后会产生Cr2N、σ、χ相等有害组织,这些组织都属于脆性相,会影响钢的力学性能和耐腐蚀性能。为了避免这些相的析出,该钢焊接时应尽可能采用快速焊接法且成型后在1020~1100℃温度范围内进行固溶热处理,之后快速冷却才能得到铁素体体积分数约为40%~50%的双相组织,从而获得比较高的强度、塑性及综合性能。

国产00Cr25Ni5Mo3N双相不锈钢的化学成分(质量分数,%)为:C≤0.03,Si≤1.0,Mn≤1.0,Cr24.0~26.0,Ni5.0~8.0,Mo2.5~3.5,N≤0.2。

焊接工艺参数直接影响着焊后设备的质量,因此要经过多次焊前试验才能最后予以确定。焊接热输入、层间温度、预热以及材料厚度等都会影响到焊接时的冷却速度,从而影响焊缝和热影响区的组织和性能。当焊后要进行热处理时可以不限制层间温度。正常情况下双相钢焊接时不需要预热。但焊后必须尽快冷却,以顺利通过危险的脆化温度带。

实践证明,在保证焊接质量的前提下尽量采用小的焊接电流和较快的焊接速度;采用窄焊缝薄层焊,层间温度小于100℃,施焊过程中焊条不允许作横向摆动。目的是为了减少和防止焊缝和热影响区产生单相或较多的铁素体组织和晶粒粗大。在为某厂焊接设备主焊缝时采用了表1所示的参数(焊条电弧焊),取得了较为满意的效果。

在中、厚壁设备的焊接中,应采用多层焊。但根据多年试验和经验表明,层数过多不但影响施工效率,还易带来负面影响,主要是焊缝区受到焊接热循环作用次数过多易导致性能劣化、引发弧波裂纹。事实是,在保证材料晶粒度细小及应力较小的前提下,尽可能地减少焊接层数。

在为化工厂制作的设备中,某换热器壳体规格Φ800mm×10mm,热加工后对其焊缝进行固溶热处理,在1050~1100℃保温1h,然后立即水冷。固溶热处理后相关试样的力学性能见表2。从表2可知,固溶热处理后双相不锈钢材料的铁素体体积分数为56.13%,满足奥氏体和铁素体共存相比例约各占一半的要求。

力学性能指标也较为理想。金相检验及晶间腐蚀试验表明,无σ相、α相等有害相析出,材料试样无晶间腐蚀倾向。

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  关键词:奥氏体不锈钢,双相不锈钢 ,焊接工艺


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