双相钢带极堆焊

双相钢带极堆焊王刚胡希海张超（抚顺机械设备制造有限公司，抚顺113006）摘要：本文介绍双相钢的带极堆焊，主要试验焊后冷却方式对性能的影响。结果表明：焊后水冷对两相平衡和耐蚀性能有利。关键词：双相钢；带极堆焊；焊后水冷StripCladdingofDuplexSteelsWanggangHuxihaiZhangchao(FushunMechanicalEquipmentManufacturingCo.,LtdFushun113006)Abstract:Thepaperdescribesstripcladdingofdualphasesteel,andmailytestscoolingmethod’seffectontheperformanceafterweld.Theresultindicatesthatwatercoolingisfavorabletodualphasebalanceandcorrosionresistingproperty.Keywords:DualPhaseSteel,StripCladding,watercoolingafterweld前言：双相不锈钢已有70多年的历史，由于具有优良的耐腐蚀性、高强度，尤其是在氯化物介质中抗应力腐蚀、缝隙腐蚀和孔蚀的优异性能，被广泛用于化工、石化、电力、造纸等领域。近年来，随着高硫原油的提炼日益增加，炼油化工设备日趋大型化，普通的347L/316L设备耐腐蚀性已经满足不了要求，在炼油设备上对双相不锈钢的应用越来越多，如国内曾经发生，某加氢装置的高压换热器管束产生铵盐腐蚀，不得不将换热管选材从321改为saf2205的实例。但是由于双相不锈钢由于价格昂贵，在一些重大设备上应用，会带来成本的大幅度增加，往往是采用基体低合金钢，耐蚀层双相钢的复合材料办法解决，关于材料的复合方式，目前主要有两种，一种是采用爆炸复合板的方式进行，另外一种方式是采用电弧焊堆焊技术。关于双相钢的爆炸复合技术，因为复合板爆炸后需要进行热处理消除应力，存在着热处理制度选择的难题，国内曾经出现过在役双相钢爆炸复合板设备爆炸的实例，因此对双相钢复合板使用应该谨慎为好。堆焊技术可以较好的规避这些问题，但是目前大部分企业采用的是手弧焊堆焊技术，存在相邻焊道重复受热，热循环次数增加，堆焊效率不高，外观质量差，难以适应大面积产品堆焊的问题，开展高效率的双相钢带极堆焊技术是一个迫在眉睫的重要课题。一双相钢带极堆焊存在问题1．堆焊材料的确定：针对2205型双相钢带极堆焊，目前基本采用双层堆焊的方式得到，即过渡层＋复层，第2页共7页通常不锈钢堆焊的过渡层需要考虑复层材料和基材成份的差异，从而降低基材对堆焊层的稀释效应，考虑到复层2205的Mo含量的平衡，选择309MoL，但是由于焊带成材率的影响，焊带中较高的Cr,Mo会严重影响焊带的成材率，致使成本居高不下，不利于工程应用，所以确定过渡层焊带为：SANDVIK00Cr23Ni13Mo3,复层选择SANDVIK00Cr22Ni8Mo3，焊带规格：60*0.5mm，焊剂为：10SW;带极堆焊方式考虑为电弧型。具体成份见表1：表1堆焊焊带的化学成份（％）CMnSiSPCrNiMoCuN技术条件要求24.13.3L≤0.031.0~2.50.3~0.65≤0.03≤0.0323.0~25.012.0~14.02.0-3.0≤0.75/复验值24.13.3L0.0271.4530.3320.0080.0123.2413.112.1030.073/技术条件要求22.8.3L≤0.030.5-2.0≤0.90≤0.03≤0.0321.5-23.57.5-9.52.5-3.5≤0.750.1.0-0.20复验值22.8.3L0.0181.0250.3210.0020.00322.318.2512.6550.0780.142．堆焊工艺的影响：2.1焊接电流的影响：在堆焊过程中，焊接电流对堆焊层的厚度、熔深、稀释率有很大的影响。在其他参数不变的情况下，随着电流的增加，堆焊层的厚度加大、稀释率变小，合金元素的烧损加剧，难以保证适宜的铁素体含量，使耐蚀性减弱。同时，堆焊层厚度过高，造成相邻焊道之间搭接困难，熔合不好，不利于堆焊层贴合。结合焊带规格确定电流如下：I=850-950A。2.2堆焊速度的影响堆焊速度的变化对焊道成型和稀释率的影响比较明显，速度过快，堆焊厚度减薄、稀释率加大，容易形成咬边和熔合不良。2.3电压的影响堆焊过程中，电压变化对焊道成型，宽度及堆焊过程中的稳定性影响很大，电压偏高致使堆焊焊道容易出现咬边缺陷。第3页共7页2.4带极伸出长度的影响焊带的干伸长过长，会使堆焊过程不稳定，过短会使渣壳粘附在导电嘴上，并使焊带不完全熔化，焊道成型不良。根据以往经验，确定干伸长在35-40mm。3.冷却方式对铁素体的影响图1焊接热循环对相形成的影响时间温度相第4页共7页图2冷却速度对金相的影响双相钢堆焊层应该具有稳定的双相组织平衡，以保证具有良好的耐蚀性和强度，通常要求两相比例在50％为好，考虑到工程实践，要求两相比例为30-70%。由于带极堆焊线能量大，焊道冷却速度慢，致使相邻焊道重复受热，易形成σ相导致脆化。图1描述了这一情况。图2表示不同的冷却速度和方式对金相组织的影响，从中可以看出，如果想得到合适双相组织，较快的冷却速度是必须的，否则会参生硬而脆的相。针对上诉问题，在带极堆焊实践中需要重点考虑冷却方式和堆焊层的冷却速度，对此采用空冷和水冷两种模式进行了堆焊试验。二．堆焊试验基材采用规格为400×400×60mm的2.25Cr-1Mo钢板。焊接方法为双复层（309MoL+2209）自动堆焊，其耐蚀层堆焊后的冷却方式：方案一为自然冷却（空冷）；方案二为强制冷却（水冷），详见表2。表2堆焊试验参数焊材焊接电流A电弧电压V焊接速度cm/min厚度mm线能量kJ/cm2焊后处理材质规格mm过渡层24.13.3L/10SW0.5*6090028203.575.6620℃×2h时间温度+相HAZ:veryrapid水冷A空冷第5页共7页耐蚀层22.8.3L/10SW0.5*6092028203.575.6空冷或水冷磁控制器电流S极1.5AN极：1.0A。注：①焊接极性为DCEP；②耐蚀层堆焊2层，焊后采取自然冷却（方案一）和水冷（方案二）。堆焊时注意事项：（1）堆焊前将待堆焊试件表面修磨出金属光泽并经PT检查；（2）堆焊过渡层，预热温度80℃，焊道层间温度80-170℃；（3）焊道间塔接长度8-10mm；（4）堆焊时试板角度1°，保证熔合比；（5）焊后进行UT、PT检查：符合JB4730-2005中I级要求。三．检验结果1.堆焊后试件的检验表3堆焊层力学性能试验（在面层取样）焊后冷却方式试样（mm）试验温度℃σbMpaσsMpaδ5%ψ%侧弯D=4a剪切Mpa宽厚空冷6.13.4常温65052025.642.8合格3056.23.665551526.946.7290水冷6.73.566051030.743.63006.23.566550527.447.8290表4堆焊层的腐蚀试验点腐蚀试验（FeCl3）晶间腐蚀试验ASTMA923C法要求腐蚀率≤10mddGB/T4334.5-2000冷却空冷水冷冷却空冷水冷试样腐蚀率/mdd试样D=4a,l=6.2a,a＝180°1#7.16.4D1－13无晶间腐蚀倾向2#8.26.43#7.56.5D1－144#9.59.6第6页共7页表5堆焊层硬度试验(HV)冷却母材熔合线堆焊层空冷170/180/175260/275/270250/270/265水冷180/185/175270/265/275260/265/270表6堆焊层铁素体含量（%）铁素体仪（up30）后焊面冷却位置起弧点中间点收弧点平均值空冷铁素体含量30323430343532.5水冷36363838384238.3铁素体仪（up30）热影响区位置789101112平均值空冷铁素体含量32282730323130水冷32333332323332.5ASTM-562的点计数法铁素体含量检测空冷体积分数Vv34.5水冷41.2四、堆焊层化学成分分析表7堆焊层化学成分（%）化学元素CMnSiSPCrNiMoCuN熔敷金属0.0180.8970.4530.0100.01422.318.9883.2330.0980.148注：距表面层3-3.5mm取沫化验。五．堆焊层微观金相组织空冷堆焊层表面的金相组织第7页共7页水冷堆焊层表面的金相组织金相组织：（1）空冷堆焊层：铁素体含量为34.5%，其余为奥氏体（2）水冷堆焊层：铁素体含量为41.2%，其余为奥氏体（2）用ASTMA923C法进行检验，采用自然冷却的腐蚀率为8.1mdd；采用水冷的腐蚀率为7.2mdd；显然水冷的腐蚀率较低。（3）按ASTM-562点计数法和铁素体仪法测定铁素体量：空冷的铁素体含量分别为34.5%和FN32.5；水冷的铁素体含量分别为41.2%和FN38.3。显然，水冷的铁素体量较高。两相平衡的理想值是FN40-60，所以水冷法比自然冷却法更接近两相平衡。六．结论：（1）采用焊后空冷和水冷的两种冷却方式在Cr-Mo钢基材上带极堆焊双相钢，焊后对堆焊层各项指标按标准要求进行检验，其结果均符合要求。（4）双相钢带极堆焊后采用强制水冷，其综合性能优于自然冷却法。参考文献：1吴玖等双相不锈钢北京冶金工业出版社1999年2胡希海单层堆焊试验开发压力容器杂志2004.10作者简介：王刚（1973-）男，工程师，1997年7月毕业于沈阳工业学院（现沈阳理工大学）材料工程系焊接专业，1997年参加工作，在抚顺机械设备制造有限公司从事技术工作，现任抚机重容工场工场长。通讯地址：辽宁抚顺机械设备制造有限公司；邮编：113006；联系电话：[phone]