S31254超級奧氏體不銹鋼的焊接工藝*

朱秋華，陳　亮

(江蘇武進不銹股份有限公司， 江蘇 常州　213111)

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S31254超級奧氏體不銹鋼的焊接工藝*

朱秋華，陳亮

(江蘇武進不銹股份有限公司， 江蘇 常州213111)

介紹了S31254超級奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分、焊接工藝，通過對S31254的焊接工藝評定，獲得可靠的參數(shù)范圍，用于指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。

S31254； 超級奧氏體不銹鋼； 焊接

引言

S31254是一種碳含量極低的高鉬含氮奧氏體不銹鋼，此鋼突出特點是在氯化物環(huán)境中具有優(yōu)異的耐蝕性，包括耐點腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和一般腐蝕的性能[1]。銅的添加改善了在某些酸中的耐腐蝕性，較高的含氮量使其機械強度比其他種類的奧氏體不銹鋼要高，同時S31254具備很高的延展性和沖擊強度以及良好的可焊接性。因而，S31254超級奧氏體不銹鋼管在現(xiàn)代的工程裝置(諸如海水設(shè)備、紙業(yè)漂白裝置設(shè)備以及煉油裝置)中得到了越來越多的應(yīng)用。

本文選用S31254鋼板進行焊接工藝的試驗和性能分析，結(jié)合合理的固溶熱處理，獲得可靠的焊接工藝數(shù)據(jù)和焊接件性能。

1　試驗研究

1.1試驗材料

試驗材料選用16 mm厚的S31254鋼板，化學(xué)成分遵照ASTM A240的要求[2]，實測值如表1所示。

由實測值計算得出其PREN值為43.53，這一數(shù)值遠遠高于普通奧氏體不銹鋼的PREN值。

1.2焊接工藝

S31254鋼板采用等離子焊和氬弧焊相結(jié)合的工藝，焊接試板不進行焊前預(yù)熱，焊絲是直徑1.2 mm的ERNiCrMo-3。焊接示意圖如圖1所示，焊接參數(shù)如表2所示。

圖1　S31254焊縫示意圖

焊道焊接方法填充金屬焊接電流牌號直徑/mm極性電流/A焊接速度/(cm·min-1)1等離子焊N.A.N.A.直流正接DCEN250～30020～402～4氬弧焊ERNiCrMo-31.2直流正接DCEN210～2706～40

1.3試驗方法

焊接后，先對試板進行熱處理，然后再進行相關(guān)性能試驗。熱處理工藝及試驗方法如下：

1) 固溶熱處理：將試板進行固溶，固溶溫度≥1150 ℃，之后快速水冷；

2) 拉伸試驗：用CHT4萬能試驗機，按照ASTM A370進行室溫拉伸試驗；

3) 沖擊試驗：采在JB-300B型沖擊試驗機按照ASTM A370標(biāo)準(zhǔn)進行室溫沖擊試驗；

4) 點腐蝕試驗：按ASTM G48的E法進行點腐蝕試驗；

5) 晶間腐蝕試驗：按ASTM A262得E法進行晶間腐蝕試驗；

6) 硬度檢測：采用洛氏硬度試驗機對焊接試板的焊接態(tài)和固溶態(tài)下的焊縫和熱影響區(qū)進行硬度檢驗。

2　試驗結(jié)果及分析

2.1室溫拉伸

固溶后的焊接試板拉伸試驗數(shù)據(jù)如表3所示。從表3的數(shù)值可以看出，S31254的強度高于普通奧氏體不銹鋼，這一方面也是得益于該材料高的N含量。

表3　S31254室溫拉伸數(shù)值

2.2沖擊試驗

固溶后的焊接試板，按照A370的要求制成標(biāo)準(zhǔn)試樣(尺寸為55 mm×10 mm×10 mm、V型缺口)，具體如圖2所示[3]。室溫沖擊值如表4所示，從表4的沖擊功數(shù)據(jù)可以看出，在室溫下S31254沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力， 即沖擊韌性良好。

圖2　標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣尺寸

取樣區(qū)域沖擊功/J第一次第二次第三次焊縫285286286熱影響區(qū)275>290>290

2.3耐蝕性

2.3.1點腐蝕

按ASTM G48的E法進行點腐蝕試驗，將試樣浸入6%的FeCl3和1%鹽酸的溶液中，在50℃±1℃進行24 h腐蝕，試樣表面未出現(xiàn)點腐蝕。

2.3.2晶間腐蝕

按照ASTMA262的E法，對超低碳不銹鋼進行敏化，在650 ℃下經(jīng)2 h，無晶間腐蝕裂紋。

S31254具有極優(yōu)良的耐蝕性，基于該材料低的碳含量、高的鉬含量、高鉻和氮以及銅的加入，使其能在純硫酸、含有氯離子的硫酸、一般溫度下稀釋的鹽酸、氟硅酸中(H2SiF4)和氫氟酸(HF)中比普通奧氏體不銹鋼有更寬的濃度和溫度應(yīng)用范圍。

2.3.3硬度

將試板焊接態(tài)、固溶態(tài)的焊縫和熱影響區(qū)進行硬度檢測，實測數(shù)據(jù)如表5所示。由表5可以看出，固溶熱處理能顯著降低S31254的洛氏硬度值，提高材料的塑性、減小變形抗力。

表5　S31254 實測硬度值

3　結(jié)論

(1)通過對焊絲的選擇、焊速、焊接電流等焊接工藝的調(diào)整，優(yōu)化S31254的綜合性能；

(2)S31254室溫下沖擊韌性良好；

(3)S31254耐蝕性優(yōu)異，如良好的耐點蝕和耐晶間腐蝕能力；

(4)固溶熱處理降低S31254焊接試板的洛氏硬度值，提高塑性。

[1]陸世英，張延凱，楊長強，等.不銹鋼[M]．北京：原子能出版社, 1995.

[2]ASTM A240/A240M-15 Standard Specification for Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate,Sheet, and Strip for Pressure Vessels and for General Applications[S]．2015.

[3]ASTM A370-16 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products[S]．2016.

2016-03-04

朱秋華(1981—)，女，工程師

TG441; TG142.1