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奥氏体不锈钢焊材焊接双相不锈钢研究分析

来源:至德钢业 日期:2020-03-28 00:22:14 人气:1161

  双相不锈钢具有优良的耐蚀性和可焊性,线膨胀系数小,适合用于碳钢、低合金制化工、压力容器的耐蚀内衬结构。针对双相不锈钢的焊接性,选用奥氏体不锈钢焊材308L、309L,运用多种焊接方法和焊材,模拟产品常见接头形式,对双相不锈钢S22253和S22053进行焊接,焊后进行外观检查、无损检测、拉伸试验、弯曲试验和室温冲击试验。结果表明,采用奥氏体不锈钢焊材施焊双相不锈钢能够获得焊接工艺性良好、各项性能满足要求的焊接接头。


双相不锈钢是指固溶组织中铁素体与奥氏体各约占50%,一般较少相的含量最少需达到30%的不锈钢。双相不锈钢具有以下特点:


   1. 与奥氏体不锈钢相比,强度较高,特别是屈服强度显著提高;镍含量低,属节镍不锈钢,经济性好;耐氯化物应力腐蚀性能更好。但双相不锈钢应用温度较窄,高温不超过300~400℃,低温不低于-40~-20℃。冷成形时比奥氏体不锈钢的加工硬化效应更大。


   2. 与铁素体不锈钢相比,其韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,且保留了铁素体不锈钢热导率高、线膨胀系数小,具有超塑性等特点,晶粒比单相不锈钢细。


   3. 焊接性能较好,热裂倾向小,一般焊前不预热,焊后不热处理,可与其他钢材熔焊。


    常用不锈钢化学成分及力学性能比较如表所示。由表可知,双相不锈钢线膨胀系数与碳钢最为接近。综上可知,双相不锈钢既有奥氏体不锈钢的优良耐蚀性和可焊性,线膨胀系数又最接近碳钢,适合用于碳钢、低合金制化工、压力容器的耐蚀内衬结构。


一、问题提出


    选用国内已经批量化生产的S22253和S22053双相不锈钢作为研究对象,研究其可焊性。同时,由于双相不锈钢焊材无压力容器标准推荐材料,从经济性考虑,选用成熟的309L和308L焊材进行试验,研究与之匹配的焊接工艺。


二、试验过程


1. 试验条件准备


    采用固溶热处理状态供货的S22253和S22053(原材料标准:GB24511-2009)模拟产品常见焊接接头结构进行焊接性试验,接头形式如图所示,试验分组如表所示,每种焊材均焊接对接接头和十字型接头各一组。


2. 焊接材料及焊接参数各种焊接方法


  手工氩弧焊GTAW、焊条电弧焊SMAW和药芯气保焊FCAW,分别由技术熟练的同一焊工在相同环境条件下,使用相同设备和同批次焊材以相同焊接参数范围(焊材厂家推荐的常用参数范围)进行施焊,焊前不预热并在整个焊接过程中控制道间温度小于等于150℃,以减少粗大误差。


三、结果分析


1. 焊接接头外观检查和无损探伤检测


   a. 外观检查结果


    所有焊接接头进行目视检查,焊缝表面平整,无咬边、裂纹、表面气孔等缺陷。满足NB/T47014-2011的合格标准。


   b. 无损探伤检测结果


   所有焊接接头按NB/T47013.5-2015进行100%渗透检测目视检查,Ⅰ级合格。所有焊接接头按NB/T47013.2-2015进行100%射线检测,Ⅱ级合格。满足NB/T47014-2011的合格标准。


2. 焊接接头破坏性试验


   a. 金相检查


   采用锯切或机加的方法,垂直于焊接方向切开试件进行宏观金相检验,如图所示。未发现存在任何形式的裂纹、气孔、夹渣、未熔合、板材分层等缺陷。在宏观试样上再选择熔合线及附近区域进行微观金相检验,如图所示。未发现存在任何缺陷或异常组织,熔合线附近的母材和焊缝均为A+F双相组织,但因双相比例和结晶方向不同,存在一定的组织差异。


  b. 硬度试验


   按照GB/T2654-2008标准在对接接头和十字型接头的宏观试样上进行焊缝、焊缝两侧热影响区和母材的横向硬度试验。试验结果为:硬度为190~257 HBW,满足GB24511-2009的母材合格标准(≤293 HBW)。


  c. 拉伸试验


   按照NB/T47014-2011标准在每组对接接头上取样进行横向室温拉伸试验,每个试验取2个试样。试验结果为:抗拉强度675~825 MPa,满足GB24511-2009的母材合格标准(Rm≥620 MPa);规定非比例延伸强度RP0.2=535~595 MPa,满足GB24511-2009的母材合格标准(RP0.2≥450 MPa)。


  d. 弯曲试验


   按照NB/T47014-2011标准在每组对接接头上取样进行横向面弯、背弯试验,每个试验各取2个试样。试验结果均满足标准要求。


  e. 冲击试验


   按照NB/T47014-2011标准在每组对接接头上取样进行焊缝和热影响区室温冲击试验,每个试验各取3个试样。试验结果:焊缝冲击HV5=22~74,热影响区冲击HV5=49~100,其中手工氩弧焊试样的冲击值偏高,焊条电弧焊和药芯气保焊试样的冲击值偏低。由于GB24511-2009无母材冲击合格标准,故该试验数据仅供分析焊接性参考。


四、结论


    双相不锈钢S22053和S22253焊接工艺性好,能适用于氩弧焊、焊条电弧焊、药芯气保焊等多种常见焊接方法。其裂纹敏感性、淬硬性低,采用奥氏体不锈钢焊材(308L或309L)施焊,焊前可不预热,焊后不热处理。焊接接头质量优异,机械性能不低于母材合格标准,金相组织由较好的过渡区域和结晶构成。采用较小的热输入量施焊,如氩弧焊,可以有效提高焊缝及热影响区的室温冲击值。在此次试验中,还存在几个问题,将会在后续研究中进行改进。


   1. 采用奥氏体不锈钢焊材(308L或309L),其焊缝组织与母材组织存在一定的差异,其组织形态从熔合线起按A+F比例和结晶方向存在渐变。


   2. 基于条件限制,仅进行了12组试验,样本数量偏少,个体样本误差对试验结果统计有较大的影响。


  3. 试验是基于东方电气(广州)重型机器有限公司现有设备和焊工按焊材供应商推荐参数进行试验的,更换设备、人员和参数可能会与试验结果产生差异。


   上述问题需通过改进系统精度、加大样本数量来保证试验数据结果的准确性和代表性,但本次试验已经具有实际工程意义,为采用奥氏体不锈钢焊材施焊双相钢工艺提供了一定的数据参考。


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本文标签:双相不锈钢 

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