超级双相钢复合板的焊接及质量控制

刘凯

摘 要：双相钢复合板具有较强的抗腐蚀性、高强度，是以不锈钢为覆层、低合金钢为材料的复合钢板，具有奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀、力学性能、焊接性好的特点，现已得到了广泛应用。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。对于超级双相钢复合板的焊接与质量控制，有待进一步探索研究。

关键词：超级双相钢复合板 焊接 质量控制

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（a）-00-02

双相钢符合板是由奥氏体相和铁素体组成，其中，F-A各占50%，有着高强度、高韧性、高焊接性性特点，主要应用在煤化工、石油炼化中。焊接不均匀的加热过程，双相钢在熔融环境下为铁素体相，伴随着温度的下降铁素体逐渐转为奥氏体。此时，若冷却较快铁素无法转向奥氏体导致铁素体含量过高；反之焊接热影响区铁素体晶粒过大和C-N化合物有害相析出，影响焊缝冲击韧性。因此，焊接过程中做好各要点比重控制尤为重要。

1 超级双相钢复合板特点

选择Q345R的低合金高强度钢材料与SAF2507材料，该材料具有高强度、焊接性好的特点，当复合板厚度超过25mm后将会发生轻质冷裂纹、焊缝热裂纹、热处理不当的再热裂纹。Q345R化学质量参数为：C<0.20、Si<0.55、Mn<1.20～1.60、P<0.025、S<0.015。其力学性能为：抗拉强度500～620、屈服强度325、伸长率21%。SAF2507有着较高的铬、铝、氮含量的双相钢，耐蚀性、屈服强度较高，焊接性接近奥氏体不锈钢，同时具有铁素体刚的特征。因此，该种材料焊接要求较高，其化学质量参数为：C<0.03、Si<0.8、Mn<1.20、P<0.035、S<0.020、Cr<25、Ni<7、Mo<4、N<0.3。力学性能为：抗拉强度800～1000、屈服强度550、伸长率25%。两种材料化学质量参数差别较大，伸长率相近，表示热膨胀性较近。对此，进行热导率比较：Q345R、SAF2507在20℃热导率分别为47.5、14；100℃下热导率为48、15。两种材料热膨胀相似，但热导率差异明显还需要在焊接时做好材料选择与焊接过程控制，如：预热温度、热处理。

2 超级双相复合板焊接过程

2.1 工艺与材料控制

结合产品特点看，使用这种材料的直径较小，通常在 φ500～φ800之间。焊接工艺采取焊条电弧焊，接管法兰构件选择钨极氩弧焊。SAF2507焊缝内奥氏体众多，焊条电弧焊选择25.10.4LR，钨极氩弧焊选择25.10.4L，过渡层为E308MoL与E5015。

2.2 焊接过程

如果容器直径较大需先焊接基层，再焊接过渡层，最后为覆层。如果容器直径较小可以先焊接覆层，再焊接过渡层和基层。焊接过程中，覆层应选择相应材料，其他两层使用过渡层材料，基层焊材盖面。但要注意，纵缝焊接过程中，想要避免焊缝裂缝现象需做好环缝过渡层与覆层控制，在环缝50mm位置需待焊缝基层焊接后焊接纵缝。

3 超级双相钢复合板质量控制

经过严格的焊接技术控制确保各项指标达到标准要求。复合板两种钢热导率差异明显焊缝熔合线周围存在较大附加应力进而产生裂缝。并且，如果焊材偏差过大则会导致基层渗铬，覆层渗碳影响抗腐蚀性。所以，做好焊接质量控制才能避免各种问题发生。接下来，笔者结合实践研究，对超级双相钢复合板质量控制方法展开分析。

双相钢复合板质量应从焊接前、焊接过程、焊接后入手，才能保证质量控制效果。第一，焊接前质量控制。焊材需根据标准规程要求烘干储存；受板材厚度与直径影响，焊接前需通过电加热形式预热母材，其温度控制在100℃以上，高于焊缝两端100mm。纵缝焊接的引弧板与熄弧板必要与覆层对齐。第二，焊接时质量控制。焊接时选择小热输入展开，多道迅速焊接，做好焊接热输入控制约0.2～1.5kJ/mm。此外，做好层间温度控制，一旦的温度过高需及时停工进行降温，防止出现脆性区温度停留时间过长影响焊接熔池控制，通常层间温度保持在110℃左右。单面焊接过程中，过渡层焊接与基层主要为过渡层焊材，基层焊接过程中温度较高，需保持在150℃。焊接角焊缝选择管内壁的覆层和壳体覆层相溶，端部對其，圆滑过渡，防止混层。第三，焊接后质量控制。主体焊缝在内部覆层焊接后再次焊缝处理，打磨，使焊缝圆滑过渡，实现消氢、消应热处理。因为产品直径在φ500～φ800，材料厚度较厚，约束度较高，因而要求焊接后进行应力热处理。不过，超级双相钢SAF2507具有较强的脆性，可能生成6相，为避免加热时间过长导致壳体氧化。所以，需选取适合的热处理规范，才能确保材料性能不变。第四，焊接环境控制。手工电弧焊风速高于8m/s；氩弧焊风速高于2m/s；湿度大于90%及雨雪气候；环境温度低于-5℃应提高温度。第四，腐蚀试验。氯离子点蚀实验，金属材料在氯离子盐溶液内出现电化学腐蚀，因而

4 实例分析

以某厂为例，该厂承担了数十万吨甲醇项目中黑水过滤器的工作，过滤材料为16MnR+SAF2507，厚度为28+4mm，金属重量为6070kg，焊缝接头参数是1，水压实验为13.08MPa。结构简单，由双相钢复合板的焊接与直径小企鹅封头为球性封头。所以，该项目中封头成型是关键点。

首先，16MnR+SAF250属于低合金钢材，满足复合钢板对强度、刚度、韧性要求，性能良好，无需其他工艺方案。不管是加热成型或是冷加工成型都是成熟的工艺。但SAF2507则不同，属于超复式不锈钢，导热性高与热膨胀性低。SAF2507在300℃下铁素体产生脆性变化，即600℃～900℃区间与500℃以下475℃脆性。复合钢板中因为材质热膨胀参数差异，复合钢板力学性能与原两种材质有较大差别。其次，热成型压制实验。选择φ1300mm板展开模拟压制实验，压制温度为900℃，预热后出现断裂现象。根据裂纹判断为脆性断裂。通过专家研究后对SAF2507从以下几方面展开质量控制。SAF2507热膨胀性与碳钢相近，比不锈钢小、高温环境下碳钢脱碳影响较小、热成型过程中需做好加热温度控制、终压温度控制、压制后采用急冷处理方法。最后，检验：因为该封头为复合板B1级，所以成型后超声波进行面积监测，结合律为100%，满足标准规程要求。力学性能检验：经过拉伸试验、弯曲实验、结合剪切强度实验，均达到了标准要求。尺寸检查：使用弦长为604.5mm的内样板展开球缺内表面形状检验，最大缝隙为87mm，满足标准要求。由于复合钢板结构差异，在热成型过程中应选择两相均匀变形的热加工温度。同时，做好保温温度与终压温度控制，温度不应过低导致 相发生。压制结束后采取快速冷却从而降低到稳定状态。

5 结语

综合分析，经过焊接处理、技术评价选择最佳的焊接材料与焊接技术，保证产品达到标准规程要求，有效提升了产品质量与效果。此外，结合材料特点应尽可能规避焊缝二次处理，特别是覆层焊缝，防止组织脆性增加。

参考文献

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