EQ2594焊带在超级双相不锈钢耐蚀合金堆焊中的应用

2015-11-30JohanthmanAndersWallerOlaRunnerstam张怀征

金属加工(热加工) 2015年18期

Johan Löthman, Anders Wallerö, Ola Runnerstam, 张怀征

Johan Löthman, Anders Wallerö, Ola Runnerstam, 张怀征

与奥氏体不锈钢和镍基材料相比，超级双相不锈钢（SDSS）具有一系列独特特性，使SDSS适合用于各类严苛的应用环境中。本文对Sandvik 25.10.4.L超级双相钢焊带通过使用非合金焊剂进行电渣堆焊（ESW）获得符合EQ 2594成分的堆焊层。结果显示，堆焊层熔敷金属的化学成分以及综合力学性能都达到了使用要求。

1. 概述

与奥氏体不锈钢和镍基材料相比，超级双相不锈钢（SDSS）具有一系列独特特性，如能有效抵御应力腐蚀开裂，具有更高的机械强度，良好的耐氯化物腐蚀能力。此外，SDSS还具有卓越的焊接性、耐侵蚀腐蚀以及耐腐蚀疲劳等优异特性。凭借出色的耐蚀性，SDSS适合用于各类严苛的环境中，如氯化海水以及温度<300℃的酸性含氯介质。在应用温度＜300℃的腐蚀环境下，SDSS是替代镍基材料的一种具有良好的成本效益解决方案。

超级双相不锈钢SDSS牌号目前仅有焊丝（ER2594）和焊条（EQ2594）两种形式的产品。之前超级双相钢表面堆焊只能采用丝极埋弧焊，焊条电弧焊或氩弧焊，生产效率较低，因此，SDSS尚未能有效替代奥氏体不锈钢和镍基合金等拥有埋弧焊（SAW）或电渣焊（ESW）焊带材料。目前EQ2594焊带已推向市场，使用这款超级双相钢焊带进行带极电渣堆焊，可以极大地提高表面堆焊的生产效率。本文将对用ESW方法获得的EQ2594 堆焊层进行熔敷金属化学成分、铁素体含量、PRE值、力学性能以及耐腐蚀性等方面进行测量和分析。

2. 试验材料和方法

试验采用一种或两种焊带，堆焊得到两层或三层熔敷金属，以评估母材未经过或经过焊后热处理情况下的焊接工艺（见表1）。

本试验中ESW带极堆焊在AISI A182级母材试板上进行，使用Sandvik 47S焊剂，这是一种用于ESW方法的烧结型中性焊剂，试验用焊带的化学成分如表2所示。

表1 测试中的ESW堆焊顺序

表2 试验用焊带的化学成分（质量分数）（%）

3. 试验结果和分析

（1）堆焊层化学成分试验显示，在母材（未经热处理）上直接堆焊两层EQ2594所得到的堆焊层表面的化学成分，与先堆焊一层EQ309L过渡层再堆焊两层EQ2594的表面化学成分几乎完全一致。在这两种情况下，PRE 值都达到了41（见表3）。

（2）铁素体含量根据ASTM E562 标准测量堆焊层的铁素体含量，并根据WRC－1992

标准计算。两种堆焊层的铁素体含量几乎完全相同（见表4）。

（3）微观组织在对母材未经热处理和经过热处理（第一层使用过渡层309L）堆焊层的微观结构进行分析后发现，两者均含有典型的双相焊缝结构以及铁素体含量30%左右的平衡的铁素体-奥氏体比例（见附图）。微观组织中基本不含二次析出相成分（二次奥氏体、σ相和氮化铬），极低的孔隙率和孔径（直径约为50μm），如表5所示。

（4）腐蚀试验中采用ASTM G48A和ASTM G48E两种不同方法分析耐点蚀性能。根据NORSOKM－601标准，ASTM G48A方法应在40℃环境下进行，曝露时间最少为24h（见表6）。ASTM G48E方法中的临界点蚀温度（CPT）试验在40℃、45℃及50℃三种不同的温度下进行结果显示在45℃时已发生点蚀（见表7）。

（5）力学性能通过对纯熔敷金属在室温下进行拉伸试验，从而研究材料的力学性能（见表8）。

根据NORSOK M/601标准，对纯熔敷金属的上层、每组取6个样本进行了冲击性能测试，测试温度为-46℃（见表9）。

侧弯试验选取了3个试样进行，所有试样均通过了测试（见表10）。

（6）结果分析对于超级双相不锈钢的焊接，一般不需要进行焊后热处理，但如果需要对母材（例如低合金钢）进行焊后热处理的话，在堆焊第一层奥氏体过渡层之后进行焊后热处理。在本试验中，过渡层采用了309L（Sandvik 24.13.L）材料。如无需对母材进行焊后热处理，则仅需两层EQ2594熔敷金属就能获得未稀释的EQ2594堆焊层。

微观组织图

表3 熔敷金属表面层的化学成分（质量分数）（%）

表4 铁素体含量

表 5 空隙和σ相及氮化铬情况

表6 表层氯化铁点蚀试验（G48A法）

表7 表层氯化铁点蚀试验

表8

EQ2594的堆焊可使用ESW

（电渣焊）工艺。采用Sandvik 25.10.4.L（EQ2594）焊带和Sandvik 47S焊剂，可实现良好的焊接性和表面光滑度。两层堆焊可以获得未稀释的EQ2594堆焊层的表面化学成分，以及铁素体-奥氏体微观组织，且基本上不含第二相。

表9 堆焊层在-46℃环境下的冲击性能

表10 堆焊层的侧弯试验

铁素体-奥氏体微观组织的铁素体含量约为30%（按ASTM E562标准测量）。根据WRC—1992标准计算，铁素体数为50%～60%，抗点蚀当量（PRE）约为41。较为平衡的铁素体-奥氏体比例加上较高的PRE值，表现出了卓越的耐腐蚀性。根据NORSOK M—601标准，能满足40℃条件下ASTM G48 A试验要求，并在ASTM G48 E标准下达到45℃极高的临界点蚀温度（CPT）。

由于很好的两相平衡铁素体-奥氏体，加之不存在第二相，使得焊缝的力学性能和伸长率较高，一般可达到30%的伸长率，这对于超级双相焊接金属而言是相当高的，同时还能实现出色的抗拉强度（约830MPa）和屈服强度（约670MPa）。在冲击性能测试中，表面熔敷金属还展现出优异的韧性，在-46℃下约为125 J。此外，所有样品均通过侧面弯曲测试。

经试验证明，使用Sandvik 25.10.4.L焊带和Sandvik47S焊剂进行ESW方法堆焊，可成功获得EQ2594耐蚀合金（CRA）堆焊层。这种方式可提高CRA耐蚀合金堆焊的成本效益，适用于石油、天然气、化工、海水相关应用、纸浆和造纸工业等氯漂白环境以及化学工业等较为严苛的应用领域。