超級雙相鋼復(fù)合板的焊接及質(zhì)量控制

劉凱

摘 要：雙相鋼復(fù)合板具有較強(qiáng)的抗腐蝕性、高強(qiáng)度，是以不銹鋼為覆層、低合金鋼為材料的復(fù)合鋼板，具有奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕、力學(xué)性能、焊接性好的特點(diǎn)，現(xiàn)已得到了廣泛應(yīng)用。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。對于超級雙相鋼復(fù)合板的焊接與質(zhì)量控制，有待進(jìn)一步探索研究。

關(guān)鍵詞：超級雙相鋼復(fù)合板 焊接 質(zhì)量控制

中圖分類號：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（a）-00-02

雙相鋼符合板是由奧氏體相和鐵素體組成，其中，F(xiàn)-A各占50%，有著高強(qiáng)度、高韌性、高焊接性性特點(diǎn)，主要應(yīng)用在煤化工、石油煉化中。焊接不均勻的加熱過程，雙相鋼在熔融環(huán)境下為鐵素體相，伴隨著溫度的下降鐵素體逐漸轉(zhuǎn)為奧氏體。此時，若冷卻較快鐵素?zé)o法轉(zhuǎn)向奧氏體導(dǎo)致鐵素體含量過高；反之焊接熱影響區(qū)鐵素體晶粒過大和C-N化合物有害相析出，影響焊縫沖擊韌性。因此，焊接過程中做好各要點(diǎn)比重控制尤為重要。

1 超級雙相鋼復(fù)合板特點(diǎn)

選擇Q345R的低合金高強(qiáng)度鋼材料與SAF2507材料，該材料具有高強(qiáng)度、焊接性好的特點(diǎn)，當(dāng)復(fù)合板厚度超過25mm后將會發(fā)生輕質(zhì)冷裂紋、焊縫熱裂紋、熱處理不當(dāng)?shù)脑贌崃鸭y。Q345R化學(xué)質(zhì)量參數(shù)為：C<0.20、Si<0.55、Mn<1.20～1.60、P<0.025、S<0.015。其力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度500～620、屈服強(qiáng)度325、伸長率21%。SAF2507有著較高的鉻、鋁、氮含量的雙相鋼，耐蝕性、屈服強(qiáng)度較高，焊接性接近奧氏體不銹鋼，同時具有鐵素體剛的特征。因此，該種材料焊接要求較高，其化學(xué)質(zhì)量參數(shù)為：C<0.03、Si<0.8、Mn<1.20、P<0.035、S<0.020、Cr<25、Ni<7、Mo<4、N<0.3。力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度800～1000、屈服強(qiáng)度550、伸長率25%。兩種材料化學(xué)質(zhì)量參數(shù)差別較大，伸長率相近，表示熱膨脹性較近。對此，進(jìn)行熱導(dǎo)率比較：Q345R、SAF2507在20℃熱導(dǎo)率分別為47.5、14；100℃下熱導(dǎo)率為48、15。兩種材料熱膨脹相似，但熱導(dǎo)率差異明顯還需要在焊接時做好材料選擇與焊接過程控制，如：預(yù)熱溫度、熱處理。

2 超級雙相復(fù)合板焊接過程

2.1 工藝與材料控制

結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)看，使用這種材料的直徑較小，通常在 φ500～φ800之間。焊接工藝采取焊條電弧焊，接管法蘭構(gòu)件選擇鎢極氬弧焊。SAF2507焊縫內(nèi)奧氏體眾多，焊條電弧焊選擇25.10.4LR，鎢極氬弧焊選擇25.10.4L，過渡層為E308MoL與E5015。

2.2 焊接過程

如果容器直徑較大需先焊接基層，再焊接過渡層，最后為覆層。如果容器直徑較小可以先焊接覆層，再焊接過渡層和基層。焊接過程中，覆層應(yīng)選擇相應(yīng)材料，其他兩層使用過渡層材料，基層焊材蓋面。但要注意，縱縫焊接過程中，想要避免焊縫裂縫現(xiàn)象需做好環(huán)縫過渡層與覆層控制，在環(huán)縫50mm位置需待焊縫基層焊接后焊接縱縫。

3 超級雙相鋼復(fù)合板質(zhì)量控制

經(jīng)過嚴(yán)格的焊接技術(shù)控制確保各項指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。復(fù)合板兩種鋼熱導(dǎo)率差異明顯焊縫熔合線周圍存在較大附加應(yīng)力進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。并且，如果焊材偏差過大則會導(dǎo)致基層滲鉻，覆層滲碳影響抗腐蝕性。所以，做好焊接質(zhì)量控制才能避免各種問題發(fā)生。接下來，筆者結(jié)合實踐研究，對超級雙相鋼復(fù)合板質(zhì)量控制方法展開分析。

雙相鋼復(fù)合板質(zhì)量應(yīng)從焊接前、焊接過程、焊接后入手，才能保證質(zhì)量控制效果。第一，焊接前質(zhì)量控制。焊材需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程要求烘干儲存；受板材厚度與直徑影響，焊接前需通過電加熱形式預(yù)熱母材，其溫度控制在100℃以上，高于焊縫兩端100mm?？v縫焊接的引弧板與熄弧板必要與覆層對齊。第二，焊接時質(zhì)量控制。焊接時選擇小熱輸入展開，多道迅速焊接，做好焊接熱輸入控制約0.2～1.5kJ/mm。此外，做好層間溫度控制，一旦的溫度過高需及時停工進(jìn)行降溫，防止出現(xiàn)脆性區(qū)溫度停留時間過長影響焊接熔池控制，通常層間溫度保持在110℃左右。單面焊接過程中，過渡層焊接與基層主要為過渡層焊材，基層焊接過程中溫度較高，需保持在150℃。焊接角焊縫選擇管內(nèi)壁的覆層和殼體覆層相溶，端部對其，圓滑過渡，防止混層。第三，焊接后質(zhì)量控制。主體焊縫在內(nèi)部覆層焊接后再次焊縫處理，打磨，使焊縫圓滑過渡，實現(xiàn)消氫、消應(yīng)熱處理。因為產(chǎn)品直徑在φ500～φ800，材料厚度較厚，約束度較高，因而要求焊接后進(jìn)行應(yīng)力熱處理。不過，超級雙相鋼SAF2507具有較強(qiáng)的脆性，可能生成6相，為避免加熱時間過長導(dǎo)致殼體氧化。所以，需選取適合的熱處理規(guī)范，才能確保材料性能不變。第四，焊接環(huán)境控制。手工電弧焊風(fēng)速高于8m/s；氬弧焊風(fēng)速高于2m/s；濕度大于90%及雨雪氣候；環(huán)境溫度低于-5℃應(yīng)提高溫度。第四，腐蝕試驗。氯離子點(diǎn)蝕實驗，金屬材料在氯離子鹽溶液內(nèi)出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，因而

4 實例分析

以某廠為例，該廠承擔(dān)了數(shù)十萬噸甲醇項目中黑水過濾器的工作，過濾材料為16MnR+SAF2507，厚度為28+4mm，金屬重量為6070kg，焊縫接頭參數(shù)是1，水壓實驗為13.08MPa。結(jié)構(gòu)簡單，由雙相鋼復(fù)合板的焊接與直徑小企鵝封頭為球性封頭。所以，該項目中封頭成型是關(guān)鍵點(diǎn)。

首先，16MnR+SAF250屬于低合金鋼材，滿足復(fù)合鋼板對強(qiáng)度、剛度、韌性要求，性能良好，無需其他工藝方案。不管是加熱成型或是冷加工成型都是成熟的工藝。但SAF2507則不同，屬于超復(fù)式不銹鋼，導(dǎo)熱性高與熱膨脹性低。SAF2507在300℃下鐵素體產(chǎn)生脆性變化，即600℃～900℃區(qū)間與500℃以下475℃脆性。復(fù)合鋼板中因為材質(zhì)熱膨脹參數(shù)差異，復(fù)合鋼板力學(xué)性能與原兩種材質(zhì)有較大差別。其次，熱成型壓制實驗。選擇φ1300mm板展開模擬壓制實驗，壓制溫度為900℃，預(yù)熱后出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。根據(jù)裂紋判斷為脆性斷裂。通過專家研究后對SAF2507從以下幾方面展開質(zhì)量控制。SAF2507熱膨脹性與碳鋼相近，比不銹鋼小、高溫環(huán)境下碳鋼脫碳影響較小、熱成型過程中需做好加熱溫度控制、終壓溫度控制、壓制后采用急冷處理方法。最后，檢驗：因為該封頭為復(fù)合板B1級，所以成型后超聲波進(jìn)行面積監(jiān)測，結(jié)合律為100%，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程要求。力學(xué)性能檢驗：經(jīng)過拉伸試驗、彎曲實驗、結(jié)合剪切強(qiáng)度實驗，均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。尺寸檢查：使用弦長為604.5mm的內(nèi)樣板展開球缺內(nèi)表面形狀檢驗，最大縫隙為87mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。由于復(fù)合鋼板結(jié)構(gòu)差異，在熱成型過程中應(yīng)選擇兩相均勻變形的熱加工溫度。同時，做好保溫溫度與終壓溫度控制，溫度不應(yīng)過低導(dǎo)致 相發(fā)生。壓制結(jié)束后采取快速冷卻從而降低到穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語

綜合分析，經(jīng)過焊接處理、技術(shù)評價選擇最佳的焊接材料與焊接技術(shù)，保證產(chǎn)品達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程要求，有效提升了產(chǎn)品質(zhì)量與效果。此外，結(jié)合材料特點(diǎn)應(yīng)盡可能規(guī)避焊縫二次處理，特別是覆層焊縫，防止組織脆性增加。

參考文獻(xiàn)

[1] 周俊鵬，何明剛，崔淑芬.半自動熔化極氣體保護(hù)焊在不銹鋼復(fù)合板覆層堆焊中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備，2018（6）：89-90.

[2] 劉英東，胡亞敏，丁日林，等.雙相鋼復(fù)合板制封頭成型工藝與材料要求[J].壓力容器，2018（1）：76.

[3] 張瑞鵬.S32205+Q345R雙相不銹鋼復(fù)合板壓力容器設(shè)計及制造要點(diǎn)[J].石油化工設(shè)備，2016（4）：112.