2205双相不锈钢及焊管监造质量控制概述

张伟福，高亚军，王长安，王冬林

（石油管工程技术研究院，陕西西安 710077）

0 引言

2205 双相不锈钢（也称22Cr 双相不锈钢）组织由奥氏体和铁素体构成，结合奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢各自优良的特性，具有良好的韧性、强度和焊接性。2205 双相不锈钢虽然是一种性能良好的材料，但是，在焊接或固溶处理时，不当的工艺会产生损害性能的析出相。

1 不锈钢的类型及特点

不锈钢种类繁多，不锈钢的类型分为：

（1）按钢的组织结构：马氏体、铁素体、奥氏体、双相不锈钢等不锈钢。

（2）按钢中的主要的化学成分或特征元素：铬不锈钢、铬镍不锈钢及超低碳不锈钢、高钼不锈钢等。

（3）按钢的性能特点和用途：耐硝酸、硫酸、点蚀、应力腐蚀、高强度等不锈钢。

（4）按钢的功能特点：低温、无磁、易切削、超塑性等不锈钢。

不锈钢在工业中得到广泛的应用得益于如下特点：

（1）不锈钢：通称的不锈钢是不锈和耐酸钢的总称：①不锈性：耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的不锈钢特性；②耐蚀性：耐酸、碱、盐等化学侵蚀性介质腐蚀的不锈钢特性。

（2）铬含量影响不锈钢的不锈性和耐蚀性：①不锈性：耐蚀性钢中铬含量提高而增大；②临界铬含量：不锈性、耐蚀性发生突变需要铬≥12%。

（3）不锈性和耐蚀性源于钢表面富铬氧化膜钝化层：不锈钢表面富铬氧化物钝化层在介质中的缓慢溶解和再修复，而使金属损失非常缓慢。

2 2205 双相不锈钢合金元素及其作用

2205 双相不锈钢主要的合金元素是铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）和氮（N），含有约22%的铬、5%的镍、3%的钼和0.15%的氮。铬能使双相不锈钢形成含铬钝化膜，保护不锈钢免受大气及介质腐蚀，同时能促进铁素体的形成。镍促进奥氏体形成，控制并稳定奥氏体组织结构的比例，同时镍能够提高双相不锈钢的耐蚀性。改善耐蚀性是钼在2205 双相不锈钢中最重要的作用，但是钼也是铁素体形成元素，会促使金属间相的析出，导致韧性变差。氮是强奥氏体形成元素，对改善不锈钢的组织、性能和抗蚀性非常有效，提高在高氯离子环境下的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力，在现代双相不锈钢合金化中起非常重要作用。双相不锈钢中一般加入几乎溶解度极限的氮量，同时尽量避免氮在热加工过程中的损失。

3 2205 双相不锈钢相比例及析出相

铁素体与奥氏体两相的比例决定2205 双相不锈钢的组织和材料的机械性能和抗腐蚀性能。2205 双相不锈钢组织的理想状态是铁素体和奥氏体比例各占一半，但是工业应用中铁素体和奥氏体含量在一个范围内波动。性能试验结果显示，铁素体含量在一定的范围内均能获得良好的机械性能和较好的耐腐蚀性能。如果2205 双相不锈钢铁素体含量＜25%，就有可能降低其强度和抗应力腐蚀能力。如果铁素体含量＞65%，就有可能降低其抗点蚀能力、韧性和氢致开裂性能。

2205 双相不锈钢因含有一定比例的铁素体组织，因此容易析出有害相，有害相能明显降低双相不锈钢的韧性和耐蚀性。有害相产生的原因与材料所经历的固溶处理工艺过程有关，在（300～1000）℃温度范围内热加工或固溶处理会使材料产生明显的有害相。试验中2205 双相不锈钢在850 ℃下时效有害相明显，475 ℃下时效有害相不明显。

4 2205 双相不锈钢焊管的制造

（1）2205 双相不锈钢焊管制造工序可以分为：原材料板材验收、成型、焊接工序、无损探伤工序、固溶处理、校直、压力试验工序、酸洗、成品检验等。

2205 双相不锈钢焊管制造行业中，普遍将以下的过程设为停止点：原材料验收、无损检测、化学实验、性能试验、压力试验。

（2）2205 双相不锈钢焊管制造、检验及发运流程（图1）。

图1 2205 双相不锈钢焊管制造、检验及发运流程

5 2205 双相不锈钢焊管质量控制

2205 双相不锈钢焊管监造质量控制是对制造厂质量体系的正常运行，对焊管制造的符合性进行监督检验。监造依据为国际国内标准、委托合同、技术协议。根据标准及技术文件要求确定监造方式及注意事项。

5.1 制造厂体系审查

在监造中，首要审核制造厂体系文件、资质类文件。包括：生产资质、质量手册及程序文件、ISO 9000 体系认证；生产及检验人员资质；检验试验设备、量具等是否在计量校验有效期。

5.2 工艺文件审核

审核生产及检验文件是否符合标准及技术协议要求，焊接工艺评定是否符合要求。当监造人员发现制造厂的生产工艺有误时应向制造厂提出工艺修改意见。

5.3 原材料质量控制

对2205 双相不锈钢原材料板材进行入厂复检，确保其外观质量、几何尺寸、化学成分及力学性能符合标准及技术协议书的要求。

5.4 2205 双相不锈钢焊管焊接、焊缝无损检测、固溶处理、静水压试验质量控制

2205 双相不锈钢焊管焊接需要多种焊接方式，在焊接时每种焊接方式焊接参数包括电流、电压、焊速、焊丝牌号均要符合焊接工艺评定。

2205 双相不锈钢焊管焊接在焊接后进行焊缝无损检测，目前国内通常进行RT 拍片。如果焊缝存在不合格缺陷，在缺陷修复后需重新进行RT 拍片。

2205 双相不锈钢焊管焊缝及热影响区性能不够稳定，需对进行固溶处理，同时，由于不合适的固溶处理温度会导致2205双相不锈钢存在析出相，因此在固溶处理时，加热温度、保温温度、保温时间、冷却方式等均要符合工艺要求。

2205 双相不锈钢焊管在静水压试验时需要按标准要求选择合适量程的在校验有效期内的压力表。在试验过程中，试验压力和保压时间均符合工艺要求，同时不得有任何肉眼可见的泄露及变形。

5.5 监造要点

监造人员在监造过程中需要注意的要点包括以下6 类：

（1）原材料问题：原材料板材必须符合技术协议及标准要求；是否存在原材料代用；原材料是否按照标准进行了复验。

（2）焊接问题：焊接工艺是否已通过焊接工艺评定；焊接过程是否符合工艺评定要求。

（3）固溶处理问题：固溶处理时加热温度、保温温度、保温时间、冷却方式是否符合工艺要求。

（4）压力试验问题：合适的压力表量程、水压试验值、保压时间；试验过程是否符合标准及工艺要求。

（5）外观几何尺寸问题：酸洗后表面质量是否合格；几何尺寸是否符合要求。

（6）包装发运问题：包装是否能有效防护酸洗后钝化膜；吊装过程中对焊管的保护；运输时是否固定。

5.6 质量问题处理及案例分析

监造人员在监造过程中发现的严重质量问题，要及时通知制造厂并下发监理通知书，要求厂方及时处理并回复整改措施。监造人员要对发现的问题进行跟踪处理，并最终判断问题是否得到解决。

案例分析：现场监造人员在检验时，发现一根焊管坡口面存在缺陷（图2）。经分析，可能是板材缺陷，但超声波分层探伤及酸洗前渗透探伤均没有发现，在酸洗后暴露，制造厂将本根钢管重新倒坡口，复查结果合格。监造组针对问题对制造厂下发监理通知书，对这批焊管管端逐根检验并跟踪处理，同时要求制造厂对超声波分层探伤及管端渗透岗位加强培训和管理，避免问题的再次出现。

图2 坡口面缺陷

6 结束语

2205 双相不锈钢焊管广泛应用于油气输送、石油炼化和海洋工业等行业，其质量关系到管线及设备的安全运行，目前国内2205 双相不锈钢焊管还未大规模应用，制造厂家生产水平参次不齐，存在较多低层次、小规模的企业，质量不够稳定，这就要求在2205 双相不锈钢焊管监造过程中严格执行标准，提高生产厂家的质量意识，提升行业制造水平，为将来大规模应用2205 双相不锈钢焊管打下坚实的基础。