2205雙相不銹鋼及焊管監(jiān)造質(zhì)量控制概述

張偉福，高亞軍，王長安，王冬林

（石油管工程技術(shù)研究院，陜西西安 710077）

0 引言

2205 雙相不銹鋼（也稱22Cr 雙相不銹鋼）組織由奧氏體和鐵素體構(gòu)成，結(jié)合奧氏體不銹鋼與鐵素體不銹鋼各自優(yōu)良的特性，具有良好的韌性、強(qiáng)度和焊接性。2205 雙相不銹鋼雖然是一種性能良好的材料，但是，在焊接或固溶處理時，不當(dāng)?shù)墓に嚂a(chǎn)生損害性能的析出相。

1 不銹鋼的類型及特點(diǎn)

不銹鋼種類繁多，不銹鋼的類型分為：

（1）按鋼的組織結(jié)構(gòu)：馬氏體、鐵素體、奧氏體、雙相不銹鋼等不銹鋼。

（2）按鋼中的主要的化學(xué)成分或特征元素：鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼及超低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼等。

（3）按鋼的性能特點(diǎn)和用途：耐硝酸、硫酸、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、高強(qiáng)度等不銹鋼。

（4）按鋼的功能特點(diǎn)：低溫、無磁、易切削、超塑性等不銹鋼。

不銹鋼在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用得益于如下特點(diǎn)：

（1）不銹鋼：通稱的不銹鋼是不銹和耐酸鋼的總稱：①不銹性：耐大氣、蒸汽和水等弱介質(zhì)腐蝕的不銹鋼特性；②耐蝕性：耐酸、堿、鹽等化學(xué)侵蝕性介質(zhì)腐蝕的不銹鋼特性。

（2）鉻含量影響不銹鋼的不銹性和耐蝕性：①不銹性：耐蝕性鋼中鉻含量提高而增大；②臨界鉻含量：不銹性、耐蝕性發(fā)生突變需要鉻≥12%。

（3）不銹性和耐蝕性源于鋼表面富鉻氧化膜鈍化層：不銹鋼表面富鉻氧化物鈍化層在介質(zhì)中的緩慢溶解和再修復(fù)，而使金屬損失非常緩慢。

2 2205 雙相不銹鋼合金元素及其作用

2205 雙相不銹鋼主要的合金元素是鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）和氮（N），含有約22%的鉻、5%的鎳、3%的鉬和0.15%的氮。鉻能使雙相不銹鋼形成含鉻鈍化膜，保護(hù)不銹鋼免受大氣及介質(zhì)腐蝕，同時能促進(jìn)鐵素體的形成。鎳促進(jìn)奧氏體形成，控制并穩(wěn)定奧氏體組織結(jié)構(gòu)的比例，同時鎳能夠提高雙相不銹鋼的耐蝕性。改善耐蝕性是鉬在2205 雙相不銹鋼中最重要的作用，但是鉬也是鐵素體形成元素，會促使金屬間相的析出，導(dǎo)致韌性變差。氮是強(qiáng)奧氏體形成元素，對改善不銹鋼的組織、性能和抗蝕性非常有效，提高在高氯離子環(huán)境下的耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力，在現(xiàn)代雙相不銹鋼合金化中起非常重要作用。雙相不銹鋼中一般加入幾乎溶解度極限的氮量，同時盡量避免氮在熱加工過程中的損失。

3 2205 雙相不銹鋼相比例及析出相

鐵素體與奧氏體兩相的比例決定2205 雙相不銹鋼的組織和材料的機(jī)械性能和抗腐蝕性能。2205 雙相不銹鋼組織的理想狀態(tài)是鐵素體和奧氏體比例各占一半，但是工業(yè)應(yīng)用中鐵素體和奧氏體含量在一個范圍內(nèi)波動。性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，鐵素體含量在一定的范圍內(nèi)均能獲得良好的機(jī)械性能和較好的耐腐蝕性能。如果2205 雙相不銹鋼鐵素體含量＜25%，就有可能降低其強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕能力。如果鐵素體含量＞65%，就有可能降低其抗點(diǎn)蝕能力、韌性和氫致開裂性能。

2205 雙相不銹鋼因含有一定比例的鐵素體組織，因此容易析出有害相，有害相能明顯降低雙相不銹鋼的韌性和耐蝕性。有害相產(chǎn)生的原因與材料所經(jīng)歷的固溶處理工藝過程有關(guān)，在（300～1000）℃溫度范圍內(nèi)熱加工或固溶處理會使材料產(chǎn)生明顯的有害相。試驗(yàn)中2205 雙相不銹鋼在850 ℃下時效有害相明顯，475 ℃下時效有害相不明顯。

4 2205 雙相不銹鋼焊管的制造

（1）2205 雙相不銹鋼焊管制造工序可以分為：原材料板材驗(yàn)收、成型、焊接工序、無損探傷工序、固溶處理、校直、壓力試驗(yàn)工序、酸洗、成品檢驗(yàn)等。

2205 雙相不銹鋼焊管制造行業(yè)中，普遍將以下的過程設(shè)為停止點(diǎn)：原材料驗(yàn)收、無損檢測、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、性能試驗(yàn)、壓力試驗(yàn)。

（2）2205 雙相不銹鋼焊管制造、檢驗(yàn)及發(fā)運(yùn)流程（圖1）。

圖1 2205 雙相不銹鋼焊管制造、檢驗(yàn)及發(fā)運(yùn)流程

5 2205 雙相不銹鋼焊管質(zhì)量控制

2205 雙相不銹鋼焊管監(jiān)造質(zhì)量控制是對制造廠質(zhì)量體系的正常運(yùn)行，對焊管制造的符合性進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)。監(jiān)造依據(jù)為國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、委托合同、技術(shù)協(xié)議。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)文件要求確定監(jiān)造方式及注意事項(xiàng)。

5.1 制造廠體系審查

在監(jiān)造中，首要審核制造廠體系文件、資質(zhì)類文件。包括：生產(chǎn)資質(zhì)、質(zhì)量手冊及程序文件、ISO 9000 體系認(rèn)證；生產(chǎn)及檢驗(yàn)人員資質(zhì)；檢驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備、量具等是否在計(jì)量校驗(yàn)有效期。

5.2 工藝文件審核

審核生產(chǎn)及檢驗(yàn)文件是否符合標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)協(xié)議要求，焊接工藝評定是否符合要求。當(dāng)監(jiān)造人員發(fā)現(xiàn)制造廠的生產(chǎn)工藝有誤時應(yīng)向制造廠提出工藝修改意見。

5.3 原材料質(zhì)量控制

對2205 雙相不銹鋼原材料板材進(jìn)行入廠復(fù)檢，確保其外觀質(zhì)量、幾何尺寸、化學(xué)成分及力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)協(xié)議書的要求。

5.4 2205 雙相不銹鋼焊管焊接、焊縫無損檢測、固溶處理、靜水壓試驗(yàn)質(zhì)量控制

2205 雙相不銹鋼焊管焊接需要多種焊接方式，在焊接時每種焊接方式焊接參數(shù)包括電流、電壓、焊速、焊絲牌號均要符合焊接工藝評定。

2205 雙相不銹鋼焊管焊接在焊接后進(jìn)行焊縫無損檢測，目前國內(nèi)通常進(jìn)行RT 拍片。如果焊縫存在不合格缺陷，在缺陷修復(fù)后需重新進(jìn)行RT 拍片。

2205 雙相不銹鋼焊管焊縫及熱影響區(qū)性能不夠穩(wěn)定，需對進(jìn)行固溶處理，同時，由于不合適的固溶處理溫度會導(dǎo)致2205雙相不銹鋼存在析出相，因此在固溶處理時，加熱溫度、保溫溫度、保溫時間、冷卻方式等均要符合工藝要求。

2205 雙相不銹鋼焊管在靜水壓試驗(yàn)時需要按標(biāo)準(zhǔn)要求選擇合適量程的在校驗(yàn)有效期內(nèi)的壓力表。在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)壓力和保壓時間均符合工藝要求，同時不得有任何肉眼可見的泄露及變形。

5.5 監(jiān)造要點(diǎn)

監(jiān)造人員在監(jiān)造過程中需要注意的要點(diǎn)包括以下6 類：

（1）原材料問題：原材料板材必須符合技術(shù)協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)要求；是否存在原材料代用；原材料是否按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)。

（2）焊接問題：焊接工藝是否已通過焊接工藝評定；焊接過程是否符合工藝評定要求。

（3）固溶處理問題：固溶處理時加熱溫度、保溫溫度、保溫時間、冷卻方式是否符合工藝要求。

（4）壓力試驗(yàn)問題：合適的壓力表量程、水壓試驗(yàn)值、保壓時間；試驗(yàn)過程是否符合標(biāo)準(zhǔn)及工藝要求。

（5）外觀幾何尺寸問題：酸洗后表面質(zhì)量是否合格；幾何尺寸是否符合要求。

（6）包裝發(fā)運(yùn)問題：包裝是否能有效防護(hù)酸洗后鈍化膜；吊裝過程中對焊管的保護(hù)；運(yùn)輸時是否固定。

5.6 質(zhì)量問題處理及案例分析

監(jiān)造人員在監(jiān)造過程中發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重質(zhì)量問題，要及時通知制造廠并下發(fā)監(jiān)理通知書，要求廠方及時處理并回復(fù)整改措施。監(jiān)造人員要對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行跟蹤處理，并最終判斷問題是否得到解決。

案例分析：現(xiàn)場監(jiān)造人員在檢驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)一根焊管坡口面存在缺陷（圖2）。經(jīng)分析，可能是板材缺陷，但超聲波分層探傷及酸洗前滲透探傷均沒有發(fā)現(xiàn)，在酸洗后暴露，制造廠將本根鋼管重新倒坡口，復(fù)查結(jié)果合格。監(jiān)造組針對問題對制造廠下發(fā)監(jiān)理通知書，對這批焊管管端逐根檢驗(yàn)并跟蹤處理，同時要求制造廠對超聲波分層探傷及管端滲透崗位加強(qiáng)培訓(xùn)和管理，避免問題的再次出現(xiàn)。

圖2 坡口面缺陷

6 結(jié)束語

2205 雙相不銹鋼焊管廣泛應(yīng)用于油氣輸送、石油煉化和海洋工業(yè)等行業(yè)，其質(zhì)量關(guān)系到管線及設(shè)備的安全運(yùn)行，目前國內(nèi)2205 雙相不銹鋼焊管還未大規(guī)模應(yīng)用，制造廠家生產(chǎn)水平參次不齊，存在較多低層次、小規(guī)模的企業(yè)，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，這就要求在2205 雙相不銹鋼焊管監(jiān)造過程中嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，提高生產(chǎn)廠家的質(zhì)量意識，提升行業(yè)制造水平，為將來大規(guī)模應(yīng)用2205 雙相不銹鋼焊管打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。