双相不锈钢焊接工艺研究

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摘要：由于焊接是加热炉换热管制造过程中的重要工序，因此对2205双相不锈钢焊接工艺的研究具有十分重要的现实意义。

关键词：不锈钢;焊接工艺;研究

前  言

双相不锈钢已成为一种重要的工程材料，广泛的应用于石油、天然气领域。双相不锈钢具有优良的综合性能，如高强度，高抗热裂性及耐腐蚀性等。全世界双相不锈钢产量的80%是2205双相不锈钢，随着2205双相不锈钢在全国范围内的推广应用，油田内部各采气作业区也逐渐把这种具有双相特性的不锈钢材料用作于加热炉内部的换热管，代替了传统的优质碳素钢结构。

一、双相不锈钢的性能分析

2205不锈钢是一种含N的不锈钢，与第一代双相不锈钢相比，其进一步提高氮含量，增强在氯离子浓度较高的酸性介质中的耐应力腐蚀和抗点蚀性能。氮是强烈的奥氏体形成元素，加入到双相不锈钢中，既提高钢的强度且不显著损伤钢的塑韧性，又能抑制碳化物析出和延缓。根据研究和大量实验发现，母材含氮是非常重要的，氮在保证焊缝金属和焊后热影响区内形成足够量的奥氏体方面具有重要作用。氮和镍一样是形成奥氏体价和扩大奥氏体元素，但是氮的能力比镍大，可防止焊后出现单相铁素体，并能阻止有害金属相的析出。2205双相不锈钢的合金元素主要为Cr、Ni、Mo，其化学成分见表1。

2205双向不锈钢的力学性能与钢的回火温度有关，回火温度越高，强度越低。回火温度为600℃时，屈服强度为450Mpa，抗拉强度为620Mpa，其力学性能见表2。与铁素体不锈钢相比，其韧性高，韧

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脆转变温度低，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时保留了铁素体不锈钢导热系数高，膨胀系数小，具有超塑行等特性;而与奥氏体不锈钢相比较，屈服强度和抗疲劳强度显著提高，约为奥氏体不锈钢的2倍，且耐晶间腐蚀，应力腐蚀和腐蚀疲劳等性能有明显改善。氮在强化2205双相不锈钢中起着重要的作用，但氮的质量分数超过0.2%时，氮的间隙固溶强化使得奥氏体的强度大于铁素体。增加铁素体的含量，会导致冲击韧性降低，也导致氮在铁素体中的析出，生成氮化铬。因为氮在铁素体中比在奥氏体中得溶解度低。而280-350℃区间过渡时效也会导致韧性降低。

二、焊接性能与工艺研究

焊接是一个冶金过程，2205双相不锈钢的焊接质量，决定于其焊缝和热影响区的铁素体和奥氏体含量的平衡和两相组织的均与性。在焊接过程中，金属从熔融到冷却，从凝固点到1200℃为铁素体组织：1200-800℃奥氏体从铁素体中析出;800-475℃将可能有中间相析出。因此，焊接线能量的输入大小，直接影响着焊缝和热影响区中铁素体的含量。线能量大小，不利于奥氏体析出;下能量太大，则会引起合金元素Cr、Ni、Mo的烧损，导致材料的耐腐蚀性能下降、机械性能劣化，不能得到良好的相组织，更容易析出中间相。焊接热循环的最高温度和快速冷却可促使双相不锈钢组织铁素化，由于铁素体含量的增加导致了冲击韧性和耐腐蚀性降低。因此，选择合适的焊接工艺参数十分重要。与奥氏体不锈钢的焊接相比，2205双相不锈钢的焊接对污染更敏感，特别是对湿气和水分，任何类型的油污、油脂和水分等污染都会影响材料的抗腐蚀性及力学性能，因此在焊接前要对材料严格清理。双相不锈钢的焊接接头形式应预先经过充分地准备，双相不锈钢可以采用较大线能量焊接，最大的层间温度为150℃。在实际焊接中，必须保证层间温度不高于工艺试验设定的层间温度。当焊接量很大时，应合理地安排焊接顺序以保证焊缝层间有足够的冷却时间，这样既能保证层间温度，又能提高劳动生产率。焊后不必热处理，双相不锈钢在300-1000℃对温度很敏感：在300-700℃进行消除应力处理会导致σ相析出而产生475℃脆化现象，引起韧性和抗腐蚀性降低：在700-1000℃进行应力消除处理，会导致金属间化合物的析出，也会引起韧性和抗腐蚀性的降低。

三、结束语

在真空加热炉盘管制造过程中，焊接工艺及其重要，决定产品整体的使用寿命、质量和安全性，制定合理的焊接工艺具有十分重要的现实意义，在工艺制定的过程中应考虑以下几个因素。

1.2205双相不锈钢具有很强的强度，其延伸率小于奥氏体不锈钢，因此，在焊缝组对过程中，应严格控制组对质量，如果组对质量不符合要求或强力组对，焊接完成后很难矫形，即使能够矫形也会产生很大的残余应力，使力学性能弱化，抗腐蚀性能降低。

2.选择合理的焊接线能量非常重要。当采用很小线能量时，由于快速冷却，焊接热影响区和焊缝铁素体含量偏高，对焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能不利;但过高的焊接线能量会导致合金元素的烧毁，冷却太慢会使得中间项析出，引起项组织不平衡，同样会对焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能不利。因此，通过调整焊接线能量输入可以得到最佳的焊缝和焊缝热影响区的性能。

3.2205双相不锈钢的焊接对污物非常敏感，任何类型的油污、油脂和水分等污染都会影响材料的抗腐蚀性及力学性能，因此在焊接前要对材料严格清理。