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双相不锈钢设备的热加工与焊接 摘要:本文阐述了双相钢S31803 热成型和热处理参数选择的依据,通过焊接材料的选择和焊接工艺规范的合理制定,保证了产品焊接接头的金相组织和力学性能. 关键词:双相钢热成型热处理焊接 某造纸设备介质含有较高的氯离子,对抗应力腐蚀要求很高,设计选材为UNSS31803,设备厚度为 12mm,其瑞典 SANDVIK 的牌号为 SAF2205.该钢是一种固溶组织为铁素体和奥氏体约各占50%的典型双相钢,化学成分和力学性能见表1、表 2 表 1UNSS31803化学成分 C Si Mn P S Cr Ni Mo N 标准 ?0.03 ?1.00 ?2.00 ?0.030 ?0.020 21/23 4.50/6.50 2.25/3.5 0.08/0.2 检验 0.02 0.58 1.45 0.020 0.010 22.3 5.60 3.13 0.175 表 2UNSS31803机械性能 σMPa σMPa ψ% HB 0.2b 标准 ?450 ?620 ?25 ?293 检验 490 640 27.0 287 从表中看出该钢含有较高的Cr、Mo,与铬镍奥氏体不锈钢相比，提高了Ni 的含量，同事叫入了少量的N，该钢具有优良的耐点蚀、缝蚀和晶间腐蚀及良好的耐氯离子应力腐蚀能力，其点蚀指数为P=(Cr+3.3Mo+16N)%=35.43% I 由于该钢的屈服强度约为普通奥氏体不锈钢的2 倍，从而大大减少了设备的设计厚度和重量，但同时也给冷作变形造成了一定困难，要求冷成型设备有较大功率。

该不锈钢因成分和组织上的特点，要求热加工、热处理和焊接等方面要考虑其组织的变化影响设备的制造和使用性能该设备的热加工主要有封头的热成型和热处理，先将相关工艺做一介绍 1 封头热成型 所制造的设备，其封头直径为 φ1200，厚度为 12mm，采用热冲压成型热成型主 要考虑的问题是加热温度和成形温度不能造成材料脆化.根据几种双相不锈钢的时效脆化图(图 1),可以看出,该钢在 850?停留 60 分钟就会发生时效脆化,其主要原因是 σ 相和其他脆性相的析出 根据相关资料推荐,该双相钢热成型应在 950~1150?之间进行,如在低于 950?成形, 会因中温停留时间太长而发生时效脆化.因此,本设备的封头在热成形时,为了保证终压温度在 975?以上,要求加热炉最高温度要达到 1150?,且出炉到压制停留时间不能太长,否则不能保证终压温度的要求 2 封头热处理 封为了保证该双相钢在热成形后有稳定的双向组织,得到良好的抗腐蚀性能, 头在热成形 后进行了热处理 S31803 双相钢在加热过程中,随着温度上升,γ 相会逐渐溶解于 α 相中,在随后 的冷却过 程中,γ 相在 α 相晶间析出,其析出数量与固溶温度有一定关系,固溶温度升的太高 γ 相会减少,，而在 1050?左右可达 40%以上，因此，对封头固溶处理温度选1020~1100?之间比较合适。

从 S31803 双相钢连续冷却转变曲线及 CCT 图(图 2)可以看到当冷却速度大于 4500?/h 时，，新的组织是 γ+α，低于该临界冷速，σ 相会从 α 相中析出因此，该双相钢冷却速度要大于 4500?/h 进行快速冷却根据上述分析指定的设备的风头热处理曲线为图 3. 通过检查随炉试板，其晶相组织 γ 相为 46%，α 为 54%，力学性能也均满足 要求 3 产品焊接 双相钢的优点是力学性能高，防腐性能好对该双相钢焊接的要求就是保证 接头力学性 能的同时还具有同母材相当的耐蚀性能，而决定这两项指标的就是其金相组织为了获得相比例合适的焊接接头，必须从焊材的选择、焊接方法及工艺规范予以考虑 3.1 焊接材料 由于焊接加热与冷却迅速，α 相向 γ 相转变不完全，如用与母材成分相同的焊材，就可能抑制焊缝中 α 相过量增加，因而一般采用 Ni 含量比母材高 2%~4%的焊接材料，但 Ni 含量不宜过高，否则会产生双向凝固模式而发生元素偏析，同时还会存在因母材稀释率少时 α 相过低，使 Cr、Mo 元素相对集中，促使有金属间脆性相析出的可能性，在焊材中加入氮可以维持必要地相平衡来提高焊缝的耐蚀能力。

因此，一般在提高 Ni 的基础上，再加入与母材含量相当的 N 焊接 S31803 双相钢，此类焊材市场上有不同牌号可供选用AWS 标准的 E2209焊条和 ER2209 焊丝，以及 SADUIK 的 22.9.3L 焊条和 22.8.3L 焊丝均可用于手工焊和氩弧焊，该产品的焊接选用 SADUIK 焊材 3.2 焊接工艺参数 在焊接双相钢时，线能量的选择要慎重因为他不仅影响与母材的熔合比， 重要的是影 响热循环，从而影响焊接接头的组织状态当线能量小、层间温度低时，焊缝冷速快影响 α 相向 γ 相的转变，焊缝的相比例不合适，导致焊接接头的冲击韧性和耐蚀性降低另一方面，如果线能量太大，会在焊缝中形成金属间沉淀相，铁素体也可能向 σ 相转变，使接头的塑形下降因此，为了得到较好的接头组织，要合理的控制焊接线能量何层间温度一般线能量在 0.5~2KJ/cm，层间温度控制在150?以下会得到型比例合适的组织 表 3 焊接评定参数 焊接方法 焊材直径 mm 电压 V 电流 A 焊速 cm/min φ3.2 SMAW 21~23 100~125 8~10 φ2 GTAW 13~15 80~100 24~25 3.3 焊接工艺评定 采用钨极氩弧焊(GTAW)和手工电弧焊(SMAW)分别对板厚 12mm 的双相钢 S31803进行了焊接，并按 JB4708-2000 标准要求进行了力学性能检验。

焊接位置为平焊，采用不摆动焊接，层间温度不超过 150?，清根采用砂轮打磨，双面焊焊接工艺规范见表 3，焊接接头力学性能见表 4.两种焊接接头铁素体:SMAW 的焊缝 45%，热影响区 55%;GTAW 的焊缝 42%，热影响区 58%，满足了相比例在 34%~60%的要求 表 7 焊接接头力学性能 冷弯焊接方法 σMPa AKvJ HRC bD=4a H235、230、215 825 23~26 180? SMAW W102、115、105 820 22~24 H240、232、235 830 23~27 180? SMAW W135、130、128 827 23~25 3.3 产品焊接工艺 产品坡口之辈采用等离子切割下料后在进行机械刨制的方法由于双相钢的 高强度的高 粘性，并有较大的加工硬化倾向，所以机加工刀具应用硬质合金，并有足够多的润滑冷却液焊前不预热，采用多层多道焊，后续焊道对前焊道有热处理作用，可提高焊缝 γ 相转变率，并细化晶粒焊接线能量控制在 0.5~2.0KJ/cm层间温度小于 150?，,焊后不进行热处理产品通过试板检验各项指标均满足技术要求 4 结语 4.1S31803 双相钢热成型温度控制在 975~1150?可以得到符合质量要求的成形部件，其固溶热处理温度应在 1020~1100?之间且冷速应大于 4500?/h。

4.2S31803焊接为了保证焊接接头的合适相比例和力学性能，重要的措施就是焊材选择、线能量和层间温度的控制 。