Q345R与SAF2507超级双相钢焊接及质量控制

第 52 卷第 2 期2015 年 4 月化　工　设　备　与　管　道PROCESS EQUIPMENT & PIPING V ol. 52　No. 2Apr. 2015Q345R 钢是低合金高强度结构钢，是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢材，具有良好的综合力学性能和工艺性能，适合于重要的焊接结构，特别是压力容器。

SAF2507为超级双相钢，具有铁素体和奥氏体的双重性，既具有铁素体不锈钢的导热系数大、耐点蚀、缝隙腐蚀及氯化物应力腐蚀的特点，又具有奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀、力学性能、焊接性能良好的特点。

本文以Q345R δ=20 mm ，SAF2507超级双相钢δ=20 mm 为例，着重论述Q345R 与SAF2507超级双相钢焊接方法及保证焊接质量的措施。

1 Q 345R ，SAF 2507超级双相钢的特性分析Q345R 为低合金钢，焊接性良好。

其化学成分与力学性能如表1、表2所示。

SAF2507为超级双相钢，铬、镍、钼、氮含量较高，耐蚀性较强与屈服强度高，兼具奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢特点，其化学成分与力学性能见表3、表4。

对比上述表格可得，SAF2507与Q345R 虽然化Q 345R 与SAF 2507超级双相钢焊接及质量控制杨平平（中石化集团南京化学工业有限公司化工机械厂，南京 210048）摘 要：对国内应用较少、耐蚀性强的SAF2507超级双相钢的特点进行分析，对比Q345R 与SAF2507焊接性，参考异种钢焊接，利用舍弗勒图选取合适焊材。

针对Q345R 与SAF2507超级双相钢焊接进行试验分析并归纳其焊接工艺，提出了防止缺陷产生的焊接方法和保证焊接质量的措施。

关键词：Q345R ； SAF2507；异种钢焊接；焊接质量；措施中文分类号：TQ 050.4+1；TH 142 文献标识码：A 文章编号：1009-3281（2015）02-0030-004收稿日期：2014-07-25作者简介： 杨平平（1989—），男，江苏南京人，工程师。

主要从事压力容器焊接工艺工作。

学成分相差较大，但其伸长率相近，即其热膨胀性相近。

在此基础上进一步对比两者热导率，见表5。

对比以上数据分析可得，虽然两者热膨胀性相近，但热导率相差较大。

焊接过程中若不严格规范控制焊接电流、焊接速度、层间温度等焊接参数，其焊接质量很难得到保证，容易产生裂纹等缺陷。

Q345R 的焊接性分析：Q345R 的可焊性良好，对冷热裂纹不敏感，常温下焊接热影响区一般不易产生淬硬组织。

低温焊接时可能会出现脆硬组织，易产生焊接裂纹。

因此在低温焊接、厚板焊接时应采取预热措施，防止脆硬组织导致裂纹的产生[2]。

2015 年 4 月· 31 ·SAF2507的焊接性分析：SAF2507超级双相不锈钢兼有奥氏体钢和铁素体钢各自的优点，焊接冷裂纹和热裂纹都的敏感性都较小，具有良好的焊接性。

通常焊前不预热，焊后不热处理。

焊接材料选用合理、焊接线能量控制适当时，焊接接头具有良好的综合性能[3]。

Q345R 与SAF2507异种钢焊接分析：异种钢焊接接头与同种钢焊接接头存在本质差异，主要表现为熔敷金属与两侧焊接热影响区和母材的不均匀性，可分为四个方面：（1）化学成分不均匀。

（2）组织的不均匀性。

（3）性能的不均匀性。

（4）应力场分布不均匀。

因此为保证Q345R 板与SAF2507超级双相钢产品焊接工艺的合理有效，首先需做工艺评定进行验证。

2 工艺评定参照NB/T 47014—2011标准， 为使评定方便简单易操作，Q345R 与SAF2507异种钢对接评定选用板厚为δ=10 mm ，焊件母材厚度有效范围覆盖20 mm 。

Q345R 与SAF2507异种钢对接工艺评定： Q345R 与SAF2507异种钢对接板厚为20 mm 时焊接方法主要为焊条电弧焊、钨极氩弧焊。

异种钢焊接宜选用过渡性焊材，Q345R 不含Cr 、Ni 等合金元素会对焊缝产生稀释作用，改变焊缝金属组织使接头脆性增大，为补偿焊接过程中焊缝金属的稀释而导致的Cr 、Ni 元素含量的降低与焊接过程中Cr 、Ni 元素的烧损应选用Cr 、Ni 元素高且含碳量较低的焊材[4]。

而对比E2594-16，ER2594与E309MoL-16三种焊材化学成分（表6）发现E2594-16 、ER2594同样具有充当两者焊接焊材的性能。

应用舍弗勒图进一步验证。

计算Q345R 、SAF2507、ER2594-16、ER2594、E309MoL-16各自的铬镍当量见表7。

各自在相图的点见图1。

图1 Q 345R 与SAF 2507焊接的舍弗勒焊缝组织图Fig.1 Q 345R and SAF2507 welding seam organizationSchaeffler diagramA+MA+M+FA+FAifghk d e cm n a5%10%20%40%100%80%F+MM+FbMFSAF2507超级双相钢为a 点，Q345R 为b 点，作a —b 连线。

利用钨极氩弧焊和没有熔敷金属填充时，两种钢同等比例混合后的成分为a —b 连线中点i ，此为待焊母材的平均成分。

具有i 点成分的母材再与成分为c 、d 、e 的焊条金属熔合后，即构成焊缝金属。

具体成分应位于i —c 、i —d 、i —e 的连线上，并取决于熔合比的大小。

i —c 线按熔合比10%~35%的线段f —g ，此线段处于A+F 组织区。

可见E309MoL-16焊条能避免焊缝中马氏体组织出现。

以同样方法类推发现E2594-16焊条(对应h —k 连线)、ER2594焊丝（对应m —n 连线）亦可避免马氏体组织出现。

故E2594-16、ER2594、E309MoL-16都可作为异种钢焊接焊材，由于SAF2507焊接过程中焊缝在高温时为全铁素体组织，冷却过程中逐渐有奥氏体组织通过固相转变。

焊接过程中加热温度高，冷却速度极快，不利于奥氏体相变，而E2594-16、ER2594焊材中含有N 元素。

N 元素是奥氏体形成元素，少量的加入即能明显提高焊缝中的奥氏体含量，且焊缝中存在少量的N 元素，可以起到细化晶粒的作用，显著地提高焊缝的抗拉强度。

选用E2594-16、ER2594焊材更有利于杨平平.Q345R 与SAF2507超级双相钢焊接及质量控制第 52 卷第 2 期· 32 ·化　工　设　备　与　管　道Q345R 与SAF2507异种钢焊接过程中焊缝奥氏体与铁素体组织的形成。

E2594-16、ER2594焊材相比于E309MoL-16焊材铬镍当量高，也利于焊缝中铁素体奥氏体组织过渡，使性能更为均匀。

进一步对比三种焊材的抗点系数（抗点系数PRE = Cr%+3.3Mo+16N%）[5]，E2594-16抗点系数为41.35，ER2594为42.392， E309MoL-16为29.063。

故它们的抗点蚀能力依次为ER2594＞E2594-16 ＞E309MoL-16。

故在对抗点蚀要求高的工作环境中应使用ER2594， E2594-16焊材。

进一步做工艺评定验证此两种焊材作为Q345R 与SAF2507异种钢对接焊材的力学性能，工艺评定内容为拉伸试验、弯曲试验、冲击试验。

（1）Q345R 与SAF2507异种钢对接（钨极氩弧焊）工艺评定内容与数据见表8~10。

以上工艺评定试验数据符合NB/T 47014—2011要求，表明E2594-16，ER2594可直接用于充当Q345R 与SAF2507超级双相不锈钢焊接焊材。

3 焊接工艺的制定异种钢焊接为避免焊缝组织性能因过多的稀释而引起变化应减少稀释率，而影响稀释率的因素有以下四点：（1）预热，预热温度越高，稀释率越大，因为熔深增加了；反之就减小。

（2）焊接参数，电流大，稀释率大；焊接速度小，稀释率小。

（3）接头形式，坡口大，稀释率小；坡口窄，稀释率变化不大。

（4）焊接方法：手工电弧焊的稀释率为15%~30%、钨极氩弧焊因为使用的不是熔化电极，其稀释率可在10%~100%范围内变化，为获得稀释率低的焊缝金属，应尽可能地多向熔池中添加填充材料（焊丝）。

综上所述异种钢焊接应采用大坡口、小电流、浅熔深的焊接方法。

3.1 坡口形式的选择以本文为例，两者分别板厚为20 mm ，为减少焊缝稀释率，X 型坡口的稀释率比V 型坡口小，故采用X 型坡口，为避免打底时烧穿应留钝边，X 型坡口钝边取1~2 mm 。

小电流焊接为保证焊透应留根部间隙，在保证焊透的情况下根部间隙应尽可能减小。

根据我厂多年实际生产经验钝边取2 mm 、根部间隙取2 mm ，坡口图见图2。

3.2 焊接顺序及参数的选择SAF2507超级双相不锈钢对C 、Cr 、Ni 等合金元素要求极为严格，Q345R 与SAF2507超级双相钢组对施焊过程当中应严格禁止碳弧气刨清根，以避免渗碳，元素烧损等影响。

故采用ER2594焊丝打底，（2）Q345R 与SAF2507异种钢对接（焊条电弧焊）工艺评定内容与数据见表11~13。

2015 年 4 月· 33 ·本文Q345R 板厚为20 mm ，不需要进行预热；SAF2507双相钢对冷裂纹和热裂纹敏感性都较小，焊接性良好，通常不需要预热。

SAF2507在300 ℃以上时，铁素体的分解会产生脆性相的转变，且有两个脆性区。

600~900 ℃区间，475~500 ℃区间。

且其脆性相析出较为敏感，在加工过程中应注意脆性相的析出[6]。

故坡口加工应采用机加工方法进行加工。

坡口加工完成后100%PT 检测确认无剥层、裂纹等缺陷后方可进行组对焊接。

组对完成后氩弧焊打底做好背气保护与气保护，保护气为Ar （99.99%）背气流量为8~10 L/min ，气保护气体流量为12~16 L/min 。

填充焊过程中严格控制线能量与热输入量，采用水冷工艺，采用红外测温仪严格控制层间温度，层间温度小于150 ℃后方可焊接下一道。

焊接完成后进行100%RT ，100%PT 检测，检测标准按照 JB/T 4730—2005承压设备无损检测要求。

4 结论（1）氩弧焊打底，手工焊条焊填充盖面，X 型对称坡口焊接工艺，是SAF2507与Q345R 异种钢中厚板对接焊中合适的焊接工艺，可以很好地控制焊接质量，确保产品的合格率，提高产品质量与生产效率。

（2）在对设备要求抗点蚀的情况下E2594-16焊条与ER2594焊丝可直接运用于Q345R 与SAF2507超级双相钢相焊，既能满足设备的耐蚀性能，其力学性能也能得到很好的保证。

（3）在选择异种钢焊接焊材中，可以先利用舍弗勒图进行初步判断，且舍弗勒图在对异种钢焊接焊材的选择上具有可靠地参考价值。