【2017年整理】双相钢的特性以及焊接要点.docVIP

双相钢的特性以及焊接要点 中国石化集团南京化学工业有限公司化机厂 尤广伟 董安霞 摘要：随着双相钢在化工、石化加工、造纸、海上作业等行业的广泛应用，南化机厂近年来也承制了很多双相钢材料的设备，包括换热器、反应釜、塔器等。同时，我们在工作过程中对双相钢焊接性的了解与焊接工艺参数的摸索与控制方面也积累了一点经验，本文进行了简要说明。 关键词：双相钢；特性；焊接 一 双相钢简介 由于现代工业技术的发展，传统的奥氏体不锈钢经常遭到晶间腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等局部腐蚀的破坏，双相不锈钢在上述腐蚀类型中表现出了某些优越性。 在铁基固溶体组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，但最少相的含量必须达到30%以上的钢称双相不锈钢。奥氏体接头有良好的塑性和韧性，但是导热性能差，线膨胀系数大，焊接应力和变形都比较大；普通铁素体不锈钢导热性能和线膨胀系数都小于奥氏体不锈钢，并且有较高的强度及耐氯离子应力腐蚀性能，但是塑性较差，并存在475℃脆化和δ相析出脆化以及高温晶粒粗化脆化现象。双相钢的开发正是集中了奥氏体和铁素体的优点并最大限度地减少了两相的缺点。性能最好的双相钢成分是铁素体的含量在60%-40%，奥氏体的含量在40%-60%之间，任何一种机体的大幅度减少都会造成双相钢的性能减弱。 二 双相钢的化学成分和性能 （一）双相钢力学性能及影响因素 表1 双相钢典型钢种的室温力学性能 钢种 标准 牌号 σ0.2/MPa σb/Mpa δ5/% AK/J AISI304 UNS S30400 210 515～690 45 ＞AISI430 UNS S43000 205 450 20 SAF2304 UNS S32304 400 600～820 25 300 SAF2205 UNS S31803 450 680～880 25 250 SAF2507 UNS S32750 550 800～1000 25 230 双相钢力学性能的影响因素主要有合金元素、晶粒度以及相比例等。由表二中可以看出：双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的2～3倍，SAF2507钢的屈服强度比其他双相不锈钢的高原因在于氮元素的强化作用。而在奥氏体不锈钢的内部晶粒之间有更多的滑移面，所以它 的延伸率明显高于双相不锈钢。在双相钢中的主要合金元素Cr、 Ni、 Mo、 N等对钢的各项性能都起到了很重要的作用。 1 化学成分（见表二）： 表二 部分奥氏体不锈钢和双相不锈钢的典型化学成分对比（约数值） 组织 钢种 化学成分（质量分数）% PREN C Cr Ni Mo N 奥氏体 308L 0.03 20 10 ---- ---- 20 316L 0.03 18 12 2 ---- 25 双相不锈钢 2205 0.03 22 5 3 0.15 34 255 0.03 25 6 3 0.20 38 2507 0.03 25 7 4 0.25 42 钢的抗点蚀和缝隙腐蚀能力主要由Cr、Mo和Ni元素含量决定，用来衡量这种抗腐蚀性能的指数就是PREN值（抗点蚀当量），PREN=Cr%+3.3Mo%+16N%。其他合金元素作用此处不再详述。 2 晶粒度的影响 双相不锈钢的晶粒度对其屈服强度和韧性起重要作用。细小的晶粒使钢材具有较高的屈服强度和韧性。而晶粒度的增加也会引起脆性转变温度的升高，例如IN-744钢，当晶粒尺寸由2μm增加到25μm时，脆性转变温度大约由-130℃上升至-45℃，所以晶粒度的增加会降低钢材的低温冲击韧性。 相比例的影响在这里不再详述。 （二）双相不锈钢接头的耐腐蚀性能 双相不锈钢不仅有很好的力学性能，而且还具有十分优异的耐点蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能。它的接头也有很好的耐点蚀和耐氯化物应力腐蚀开裂性能，晶间腐蚀性能也不低于母材，但抗H2S应力腐蚀开裂能力较差。接头耐蚀性最不良的地方是近缝区（HAZ），主要原因是近缝区析出第二相（铬的氮化物）形成了“贫铬”层所导致。 1 点蚀和缝隙腐蚀 抗点蚀当量 PREN的计算式定量地描述了Cr、Mo、N元素对它的影响。公式只考虑了Cr、Mo、N的作用，没有考虑组织的不均匀和析出相的影响。选择合适的固溶处理温度使两相分别具有相当的PREN值，才能使钢具有最佳的耐点蚀性能。 2 应力腐蚀 双相不锈钢的屈服强度比普通不锈钢高，所以产生应力腐蚀开裂（SCC）的临界应力值也高；钢中第二相的存在对裂纹的扩展起机械屏障作用，延长了裂纹的扩展期；在中性氯化物介质中，不锈钢多以点蚀为SCC的裂源，而双相不锈钢的成分和组织特点使点蚀不易形成，延长了点蚀的孕育期。所以抗双相不锈钢抗SCC能力很强。各种不锈钢和双相钢的SCC敏感性还与温度和氯化物的浓度