2205双相不锈钢的焊接工艺规程

2205双相不锈钢的焊接工艺规程双相不锈钢的焊接工艺规程随着工业技术的不断发展，奥氏体不锈钢已经不能满足应力腐蚀、点腐蚀和缝隙隧洞式腐蚀的要求。

为此，冶金工作者研制出了双相不锈钢，它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，成为一种可焊接的结构材料。

双相不锈钢的固溶组织中铁素体相和奥氏体相各约占50％，一般量少相的含量也需要达到30%。

在含C较低的情况下，Cr含量在18%-28%，Ni含量在3%-10%。

有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti，N等合金元素。

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。

与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间副食和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。

双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

双相不锈钢的应用范围不断扩大，除了在石油化工领域中用于、管道和零部件等，还在一般民用工程和能源交通方面得到广泛应用，如桥梁、飞机、船舶、汽车以及沿海城市和化工区的装饰建筑等。

双相不锈钢的发展经历了三代历程，我国的应用也在逐步增加。

在正确控制化学成分和热处理工艺的基础上，双相不锈钢的焊接工艺规程也得到了不断完善。

1.1.1 石油和天然气工业石油和天然气工业是国外应用双相不锈钢的主要领域之一，目前已铺设了1000公里的油气输送管线。

国内只有南海油田少量使用，且全部进口。

另外，西气东输工程在考虑使用双相不锈钢焊管作为集气管线，国内已有条件生产和制造。

炼油工业是最早使用国产双相不锈钢的部门之一。

在南京、镇海、天津、济南等炼化公司中，多集中使用双相不锈钢于常减压蒸馏塔的塔顶衬里（或复合板）、塔内构件、空冷器和水冷器等，最长的使用时间已达20年。

___是我国最大的炼油基地，加工能力为1600万吨，已进入世界百强，冷凝冷却系统中多套设备使用双相不锈钢。

这一领域涉及的范围很广，工况情况复杂，介质多种多样，也是使用双相不锈钢较早和较多的领域。

甲醇是重要的能源化工原料，2002年国内产量达210万吨，进口量与此相当，国产缺口很大，当然也有少量（数千吨）出口韩国，目前20万吨的大型和多套10万吨以下的中小型的甲醇合成反应器的触媒管都是采用双相不锈钢。

大中型装置采用2205钢管，使用进口管较多，小型装置多采用18-5Mo型国产钢管。

___氯乙烯装置的氧氯化反应器中的冷却蛇管的介质条件（HCI、水蒸气）苛刻，目前已使用进口的2205双相不锈钢，使用结果有待观察。

___乙烯装置的催化剂再生冷却器采用国产类似DP3钢的00C25Ni7Mo3WCuN双相不锈钢做海水冷却器管，海水出口温度为40℃，至今已间歇使用15年，效果很好。

河南煤化工厂的粉煤气化装置的数台冷却器都是采用进口2205钢管制造。

1.1.2 化肥工业尿素工业也是最早使用国产双相不锈钢的部门之一。

装置中含氯离子水的换热设备使用得较多，例如尿素装置中CO2压缩机三段冷却器原使用304L奥氏体不锈钢管束，1个月后即因应力腐蚀破裂而泄漏，双相不锈钢可用5年以上，随后一、二段冷却器也都换用了18-5Mo或2205双相不锈钢。

由于双相不锈钢在尿素介质中有良好的抗腐蚀疲劳性能，很适合制造尿素生产的关键设备——甲按泵泵体。

国产的00Cr25Ni6Mo2N钢可以通过Huey法的晶间腐蚀倾向检验，已用于___、___（五柱塞式）等大型化肥厂。

国内中小化肥厂的甲按泵泵体基本上采用18-5Mo钢制造，也有数十家采用的是高铬含铅双相不锈钢。

此外，这种钢的泵阀锻件通过了日本JISG0573、G0591硝酸法和硫酸法的检验，批量出口日本，价格要比日本当地生产的便宜。

双相不锈钢具有高屈服强度和足够的塑韧性，比普通奥氏体不锈钢的壁厚可以减少30-50%，从而降低成本。

表1-2列出了几种双相不锈钢的牌号和化学成分，其中2205是应用最广泛的耐腐蚀性优于316L奥氏体不锈钢的双相不锈钢之一。

双相不锈钢还具有耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中，这是普通奥氏体不锈钢难以解决的问题。

双相不锈钢还具有良好的耐局部腐蚀性能、耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能，以及低线膨胀系数和高能量吸收能力等优点。

与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢综合力学性更好，不容易出现脆性问题，耐局部腐蚀性能更优，冷加工和焊接性能也更好。

SAF2205双相钢是一种具有良好耐腐蚀性能的不锈钢，其应用范围比铁素体不锈钢更广。

为了确保焊接接头质量，需要满足一些基本要求。

首先，焊接接头不应存在超过质量标准规定的缺陷，并且力学性能应满足预期的使用性能要求。

此外，焊接热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀、点蚀和δ相脆化等现象都应该避免出现。

为了实现这些要求，需要采取一些防止措施。

首先，应选择与母材成分相同或相近的焊接材料，避免含碳量过高对抗腐蚀性的影响。

对于耐酸腐蚀性能较高的工件，应选用含Mo的焊接材料。

同时，应合理设计焊接接头，避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除应力集中，消除或降低焊接接头残余应力。

在焊接过程中，应采用小的热输入，即小电流，大的焊接速度，减少横向摆动。

焊后还需要进行750-800℃的退火处理，退火后应快冷，防止出现δ相和475℃脆化。

SAF2205双相钢具有良好的焊接性能。

在焊接过程中，应注意一些问题。

首先，需要注意其性能特点，包括良好的耐氯化物应力腐蚀性能、耐孔蚀性能和耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。

其次，需要选择适合的焊接材料，避免出现应力腐蚀断裂等问题。

最后，在焊接过程中需要注意小的热输入和合理的焊接接头设计，以确保焊接接头质量。

4）这种双相钢具有优良的综合力学性能，强度和疲劳强度较高，其屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的两倍。

在固溶态下，延伸率可达25%，韧性值AK（V型槽口）在100J以上。

5）该钢具有良好的可焊性，热裂倾向小，一般无需预热即可进行焊接，而且焊后无需热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种钢材进行焊接。

6）含低铬（18%Cr）的双相不锈钢的热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢更广，抗力小，可直接轧制开坯生产钢板。

而含高铬（25%Cr）的双相不锈钢热加工略显困难，但仍可生产板、管和丝等产品。

7）与18-8型奥氏体不锈钢相比，该钢在冷加工时加工硬化效应更大，在管、板承受变形初期，需要施加较大应力才能变形。

8）该钢的导热系数较大，线膨胀系数较小，适合用作设备的衬里和生产复合板。

同时也适合制作热交换器的管芯，其换热效率比奥氏体不锈钢更高。

9）需要注意的是，该钢仍存在高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向，不宜用于高于300℃的工作条件。

双相不锈钢中含铬量愈低，σ等脆性相的危害性也愈小。

3.1.2 SAF2205双相钢的组织特点目前，双相不锈钢由于冶炼质量要求高，价格较贵，其产量不高，约占世界不锈钢产量的1%。

然而，自上世纪90年代以来，其产量增长较快。

1990年产量约为10万吨，而到1999年已达到11万吨，2000年约为20万吨。

我国自上世纪60年代开始研究双相不锈钢，主要包括低铬（Cr18）、中铬（Cr22）和高铬（Cr25）三种类型。

其主要产品为管、板和复合板，产量都不大，约为2000吨。

而到2001年，我国双相不锈钢的消费量约为4000吨，其中有一半随工程进口。

双相不锈钢的组织，根据W(Ni)eq，W(Cr)eq和Schaeffer 图，一般奥氏体（A）和铁素体（F）的比例约为60%:40%，但由于化学成分和固溶处理的温度偏差，实际上可能出现A 或F≥70%的情况，这会对性能产生一定影响，因此最好将其控制在各为50%左右。

表3-2未列出不同组织类别不锈钢的力学性能。

力学性能组织类型钢种热处理状态σs/MPaσb/Mpaδ5（%）硬度奥氏体0Cr18Ni9205-300520-58040200SAF2205奥氏体+铁素体950-1100DP-3W固溶、水冷或快冷550-580750-78030220560-590760-78020270双相不锈钢相对于奥氏体不锈钢存在铁素体相，因此其塑性和韧性相对较低。

特别是铁素体相中易产生脆性相，如δ相、χ相、R相、∏相等，如果处理不当，会严重影响钢材的塑性和韧性。

在工程上，双相不锈钢应用的加工方法包括冶炼、铸造、热变形加工、冷变形加工、机加工、热处理、焊接等。

其中，双相钢的冶炼和铸造难度较大，需要高度控制。

热变形加工难度也较大，而机加工则不存在较大的加工难度。

热处理对双相钢性能有特殊影响，不同的热处理参数可直接影响钢材性能。

不恰当的热处理会使钢材的性能恶化。

双相不锈钢焊接的难点在于焊接接头是否能获得与母材相同或相近的两相组织，这是保证焊接接头具有与母材同样性能的关键所在。

焊缝熔合区的两相组织相对容易控制，而高温热影响区则是其相组织最难控制的一个区域。

应采用较大的焊接线量，使焊缝冷却速度降低，使高温铁素体有一定的时间向奥氏体转化，从而使相组织均衡。

至该温度保温1-2h，然后快速冷却σ相生成温度范围/C475-700475.C脆性最敏感温度/C475在焊接双相不锈钢时，___的析出可能会导致475℃脆性的产生。

δ相是由Cr和Fe的金属间化合物组成，形成温度范围为600-1000℃。

不同钢种形成δ相的温度也不同，如00Cr18Ni5Mo3Si2钢在800-900℃，而双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3CuN的在800-900℃，850℃时最敏感。

形成δ相需要经过一定的时间，一般1-2分钟萌生1-2分钟δ相增多并长大。

因此，在焊接时应采用小热输入、快速冷却，并在消除应力处理时采用较低的温度，如550-600℃为宜。

2）氢致裂纹和脆化双相不锈钢的扩散氢含量不及奥氏体不锈钢，但在焊材中或周围环境中氢的质量浓度较高时，焊接双相不锈钢时仍可能出现氢致裂纹和脆化。

为了防止这种问题的发生，应采用合适的焊接线量并控制层间温度，以减少氢的吸收。

3）热影响区的问题双相不锈钢焊接时主要问题不在焊缝，而在热影响区。

在焊接热循环作用下，热影响区处于快冷非平衡态，冷却后总是保留更多的铁素体，从而增大了腐蚀倾向和氢致裂纹（脆化）的敏感性。

因此，采用合适的焊接线量并控制层间温度是防止低温热影响区性能变坏的主要手段。

双相不锈钢一般不进行焊后热处理。

起皮温度为475℃，δ相形成温度为1040℃，脆化温度为1000℃，对于2205双相钢和2507超级双相钢等，其焊接接头存在氢脆和氢致裂纹的问题。

双相不锈钢的凝固结晶为单相铁素体，但在拘束条件下，焊缝金属的热裂纹很小。

然而，当δ/γ适当时，冷裂纹敏感性也较低，但双相不锈钢中含有较高的δ相，当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，还存在氢致裂纹的危险。