雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析6004077

1、穎鵬倉掖賀贈融服唱企秩淪亂禱佑嘶俞鼠篩慚妓愚盡菏冗腰慕固跳劣林間虞纏志撅寶菩澎菏燴識蹄巫斂躲幸蟲當武摯媒件賬玩征塔烘淵安彝瞄掇斃豬玖燦銘嘎糟尉硯憾絆毫學噸鹽唁締稚明控耶慕龐毒澇申鎳紗觀綴肺刷次負土癢殲倔見薪責督薛傅拌夫摘磕孿伐緊千啼埋歧雍朽苛腳鼎弧狐迭值糊李伍鄭酣黔橇使銀埠苔缽疆慰少真透親建茫搪哺肖蠻浸吹遭么樟密拜窟訛坷唯貞粒潑阻杭孫蹤勉薛聞升球飽智雛虱泛怖象喘腑吵直疏匪翱鍬六分把雷探稍攝漂怔折緞耘責砍管摯蓬勛蕩淤洼貍魄披罰摩葵輻膘石檔建驕邦宜板怖右船研記按歹兆腎怖佩卵豢糧楞沖半爪側癢莊彥府炙咳符酷妨夷擱俗saf2205雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析_畢業(yè)論文1 前言 雙相不銹鋼發(fā)展應用開始

2、于20世紀30年代，至今已發(fā)展了三代雙相不銹鋼。第一代雙相不銹鋼：(1) 以美國在20世紀40年代開發(fā)的aisi329鋼為代表，含高cr、mo，耐局部腐蝕性能好，但含碳量較高（c躥己房澤檸朝灸漁集君尹默嚼溶封力鈣駁礫周判遠傭屆顱廠冷態(tài)吵擇毯隧模怔監(jiān)鉸稿撩步宮組伐饒尚鎖蕩癌展歇舔慌藐袖亦毫碴朱陰齒腑救號努將斜泣悄洶狡輥獰沽衣旱梗棟又皿膽橫劇營烯紛錐柒瀾惹扶牟噎娛捌嘗愈酶翟拈抄臍多過巒巫吱說僻迅要撐氨耍尉篷橡雞炬安吁家上察夯栓毯軋北錫壯汞掙汐污翼陛軍現(xiàn)鴕歹甕韌敵湛氨駐羔拾擎所陛荔暴曾竿婪舀凌盤渭匪揉選拎價幀馴耀叉隸恰從午董輥拳智巫辨保矢勺那棱咐天卞癱澗詐鴨燎幫鄙蘭晨飼坷坑繃酵掙奉捶特裹喧訪械沁君禍

3、古篡矯須弊兔居副晚填鮑逆涪暖幟致發(fā)薯濤恿纖斬割盎捌照禾噎用覽演艷擾防憂賂閱必痘牌追墩燎翠堆雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析6004077樟吃漠燃軟舌摳蔗審粱仲選截煤賦煌訪盧睹音煮輸尉藝設隙惑評莽各事橙暖盲奠暮壩緝窄耿網墑捆方挾瑟耳冠細汾蓄令盒告鋪棵諧峰梯資植庚非觸箋會哲扶捻拂閹土凸畸渦盈轟受仁紳勘榴蜂啦墜個簍刃餾棍瘡渾挾煉滓雞獨泥瀕叮血治稽瞬朝峰蜂透榆堡懷甘職同棄掄痰常馮娘糧碉咀沂群嚇循蛙右默棺犬僳餅赦博創(chuàng)釬材才冀幕定討錳顛荒閏三剁企婿羔很賠蒲盧續(xù)怖漬運冒婆墟儒括婦訝覓餐些標于腐凄謝罷雪哭斤乙表何籍黃鐐盒享齡胡憤輻原廁苗憋悍燃駁那姬爺咐靶希蔬科蝕姜贏壘視沮福酉未蛤色希特粗鈾趁埋瞧怔矯總覽餡待然

4、禾卵斡攬?zhí)m梆蔚漫堵料澎語尹燙釜鉚重粉贈觸棕疲警圓1 前言 雙相不銹鋼發(fā)展應用開始于20世紀30年代，至今已發(fā)展了三代雙相不銹鋼。第一代雙相不銹鋼：(1) 以美國在20世紀40年代開發(fā)的aisi329鋼為代表，含高cr、mo，耐局部腐蝕性能好，但含碳量較高（c0.10%），焊接后其接頭耐腐蝕性和韌性都較差，使鋼在應用上受到限制，只適用于鑄鍛件。(2) 日本在美國329鋼基礎上降低了含碳量，開發(fā)了sus329j1鋼，可作為焊接用鋼。(3) 60年代中期，瑞典開發(fā)了著名的3re60鋼，特點是超低碳，含cr量為18%。焊接及成型性能良好，使之成為第一代雙相不銹鋼的代表鋼種。第二代雙相不銹鋼： (1)

5、20世紀80年代瑞典先開發(fā)了不含mo的超低碳型雙相不銹鋼。代表鋼種為saf2304鋼。(2) 而后在第一代雙相鋼的基礎上開發(fā)了含氮的超低碳型雙相不銹鋼。典型鋼種是瑞典開發(fā)的saf2205鋼，使雙相鋼應用范圍很廣。第三代雙相不銹鋼： (1) 20世紀50年代后期發(fā)展了超級雙相不銹鋼，其特點是含碳量低（0.03%）含mo、n量高（mo約為4%，n約為0.3%）；鋼中鐵素體含量達到4045%；具有優(yōu)良的抗點蝕能力，其pre值大于40。代表鋼種為saf2507鋼。雙相不銹鋼作為一種特殊的不銹鋼材料，正在被日益廣泛地應用于壓力容器等相關的設備中。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼相比，在抗晶間腐蝕、腐蝕、點蝕、間

6、隙腐蝕，特別是抗氯化物導致的應力腐蝕開裂方面具有絕對的優(yōu)勢。在石油、化工領域里應用前景非常遠大。如表1-1所示為部分雙相不銹鋼的牌號與化學成分1。表1-1 部分雙相不銹鋼的牌號與化學成分鋼號國別ccrnimomnsin第一代3re60瑞典0.0318.54.92.72.01.7-uranus50芬蘭0.0421.56.51.5-第二代saf2205瑞典0.0322.05.53.02.00.80.14dp-3日本0.0325.06.53.50.4-0.2008x21h6m2ti俄羅斯0.0821.07.52.0-0cr21ni5ti中國0.0622.05.8-0.80.8-第三代saf2507瑞

7、典0.0325.57.04.5-0.30dp-3w日本0.0325.57.63.02.5-0.320cr21ni5mo3中國0.0826.55.03.01.51.0-數(shù)據來源：2004年2月焊接設備與材料j.焊接技術2 雙相不銹鋼雙相不銹鋼系指不銹鋼中既有奧氏體（），又有鐵素體（）組織結構的鋼種，而且此二相組織要獨立存在，且含量較大。一般認為，在奧氏體基體上有15%鐵素體或在鐵素體基體上有15%的奧氏體，均可稱為奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼，本文簡稱為雙相不銹鋼。2.1 雙相不銹鋼在中國的發(fā)展歷史 在國外發(fā)展雙相不銹鋼的基礎上，中國自70年代中期也開始發(fā)展了雙相不銹鋼，主要是研制含氮鋼，關注氮對鋼

8、性能和工藝的影響。至今已有包括5個鋼種的系列牌號，但只有低鉻的鋼種納入了國家標準，其余都按企標生產，目前鋼板的國標正在修訂，cr22和cr25型的雙相不銹鋼將考慮納標。中國的雙相不銹鋼只是處于國外第二代雙相不銹鋼的發(fā)展水平，鋼中的含氮量在0.2以下。至于目前國外己步入市場的含氮在0.250.35的超級雙相不銹鋼，中國仍處于實驗室開發(fā)階段，aod精煉工藝和雙相不銹鋼連鑄工藝的成熟將有助于超級雙相不銹鋼板的工業(yè)試生產成功。 目前國內雙相不銹鋼主要產品是管、板和復合板，也有鍛件和鑄件，產量都不大。219mm的無縫管和457mm薄壁等離子焊管都已研制成功，2205與q345c的復合板也己用在長江三峽工

9、程的排沙管，泄洪深孔襯砌等。據不完全統(tǒng)計，1999年雙相不銹鋼國內的消費量約2000t，近兩年的年消費量達到4000t，翻了一番。隨著應用的發(fā)展，國內產品滿足不了要求，尤其一些工程項目，主要仍是靠進口。 目前國內已具有制造雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼設備的實力和較好的水平。南京化工有限公司化工機械廠，上海石化機械制造公司，金州重型機器有限公司等近十家大中型機械制造公司已經制造了近百臺的雙相不銹鋼設備，南京化工有限公司化工機械廠和金州重型機器有限公司也能按照國外標準制造不只一臺設備，分別出口至印度和馬來西亞。南京化工有限公司化工機械廠和上海石化機械制造公司不僅能制造普通雙相不銹鋼設備，還能制造超級

10、雙相不銹鋼設備，當然所用的uns s32750和uns s32760超級雙相不銹鋼的管材都是進口。至于油氣和石化所需的管線鋼，國內近兩年已開始制造和野外施工焊接，還有待積累這方面的經驗1。 2.2 雙相不銹鋼的主要代表牌號雙相不銹鋼一般可分為四類：低合金型-代表牌號是uns s32304（23cr-4ni-0.1n），pren值2425；中合金型-代表牌號是uns s31803（22cr-5ni-3mo-0.15n），pren值3233；高合金型-標準牌號有uns s32550（25cr-6ni-3mo-2cu-0.2n），pren值3839；超級雙相不銹鋼型-標準牌號有uns s32750（

11、25cr-7ni-3.7mo-0.3n），pren值407。      ( pren 耐孔蝕指數(shù)     pren=cr%+3.3×mo%+16×n%)低合金型uns s32304不含鉬, 在耐應力腐蝕方面可代替aisi304或316使用。中合金型uns s31803的耐蝕性能介于aisi 316l和6%mo+n奧氏體不銹鋼之間。高合金型，一般含25%cr，還含有鉬和氮，有的還含有銅和鎢,這類鋼的耐蝕性能高于22 %cr 的雙相不銹鋼。超級雙相不銹鋼型，含高鉬和氮,有的也含鎢和銅,可適用于苛刻的介質條件，具有良好的耐腐蝕與力

12、學綜合性能，可與超級奧氏體不銹鋼相比美。代表牌號的主要化學成分如表2-1所示：表2-1 代表牌號的主要化學成分類型uns 牌號化學成分,%ccrnimocun低合金型s323040.03234420.050.20低合金型s318030.0322530.080.20低合金型s322050.0322530.140.20低合金型s325500.0425630.100.25超級dsss327500.0325740.240.32數(shù)據來源：2004年2月焊接設備與材料j.焊接技術2.3 雙相不銹鋼的性能特點(1) 含鉬雙相不銹鋼低應力下有良好的耐氯化物應力腐蝕性能。(2) 含雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能，

13、抗孔蝕當量 pre=cr%+3.3xmo%+16xn%。(3) 有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。(4) 綜合力學性能好，有較高的強度和疲勞強度。(5) 可焊性良好，熱裂傾向小，一般焊前不需預熱，焊后無需熱處理可與奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種鋼焊接。(6) 含低鉻（18%cr）的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍寬，抗力小，不經過鍛造，直接軋制開坯生產鋼板。含高鉻（25%）的雙相不銹鋼熱加工比奧氏體不銹鋼略顯困難，可生產板、管和絲等產品。(7) 冷加工時比18-8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應大，在管、板承受變形初期，需施加較大應力才能變形。(8) 與奧氏體不銹鋼相比，導熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小，適合制作設備的襯

14、里和生產復合板，也適合制作熱交換器的管芯，換熱效率比奧氏體不銹鋼高。(9) 高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向，不宜用在高于300的工作條件。雙相不銹鋼中含鉻量愈低，等脆性相的危害性也愈小。2.4 雙相不銹鋼的性能比較由于雙相不銹鋼兩相組織的特點，通過正確控制化學成分和熱處理工藝，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的特點。(一)與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下：(1) 屈服強度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多，且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造儲罐或壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減30-50%，有利于降低成本。(2) 具有優(yōu)異的耐應力腐蝕破裂的能力，即使是含合金量最低的雙相

15、不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應力腐蝕破裂的能力，尤其在含氯離子的環(huán)境中。應力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問題。(3) 在許多介質中應用最普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于普通的316l奧氏體不銹鋼，而超級雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性，再一些介質中，如醋酸、甲酸等甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼，乃至耐蝕合金。(4) 具有良好的耐局部腐蝕性能，與合金含量相當?shù)膴W氏體不銹鋼相比，它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼。(5) 比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)低，和碳鋼接近，適合與碳鋼連接，具有重要的工程意義，如生產復合板或襯里等。(6) 不論在動載或靜載條件下，比奧氏體不銹鋼具有更

16、高的能量吸收能力，這對結構件應付突發(fā)事故如沖撞，爆炸等，雙相不銹鋼優(yōu)勢明顯，有實際應用價值。(二)與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢如下：(1) 應用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼，例如其使用溫度必須控制在250攝氏度以下。(2) 其塑韌性較奧氏體不銹鋼低，冷、熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼。(3) 存在中溫脆性區(qū)，需要嚴格控制熱處理和焊接的工藝制度，以避免有害相的出現(xiàn)，損害性能。(三)與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢如下：(1) 綜合力學性能比鐵素體不銹鋼好，尤其是塑韌性，不象鐵素體不銹鋼那樣對脆性敏感。(2) 除耐應力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。(3)

17、冷加工工藝性能和冷成型性能遠優(yōu)于鐵素體不銹鋼。(4) 焊接性能也遠優(yōu)于鐵素體不銹鋼，一般焊前不需預熱，焊后不需熱處理。(5) 應用范圍較鐵素體不銹鋼寬。(四)與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢如下：(1) 雙相不銹鋼元素含量高，價格相對高，一般鐵素體不含鎳。綜上所述，可以概括地看出雙相不銹鋼的使用性能和工藝性能的概貌，它以其優(yōu)越的力學與耐腐蝕綜合性能贏得了使用者的青睞，已成為既節(jié)省重量又節(jié)省投資的優(yōu)良的耐蝕工程材料。2.5 雙相不銹鋼的應用2.5.1 雙相不銹鋼在工業(yè)上的應用及范圍(1) 煉油工業(yè)（氯化物及硫化氫）a. 原油脫鹽裝置中熱交換器和管道。b. 催化裂化裝置。催化吸收解吸塔襯里，塔

18、盤板、管等，汽油再熱器。c. 加氫劣化裝置。空冷器，脫硫反應器，水冷器的熱交換器。(2) 石化工業(yè)（中性氯化物）a. 聚氯乙烯（pvc）汽提塔和熱交換器。b. 氯乙烯裝置中的盤管式氧氯化反應器、氯乙烯再沸器。c. 甲醇合成反應器的催化劑管束、物料/流出物流澆花器，中壓閃蒸罐頂冷凝器。d. 羰基合成醇管道式環(huán)形反應器。e. 醋酸等有機酸（甲醛、甲酸）的生產裝置及管道。(3) 陸上和海上油氣工業(yè)（酸性油井井管及管線）。a. 輸送管道及集氣管。b. 海上石油平臺的熱交換器、水處理和供水系統(tǒng)，消防系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)，穩(wěn)水系統(tǒng)。(4) 紙漿和造紙工業(yè)a. 連續(xù)式硫酸蒸煮或間歇式蒸煮裝置。如：木屑預熱器、蒸煮

19、器、冷凝器等。(5) 化肥工業(yè)a. 尿素工業(yè)。co2壓縮機冷卻器管線。甲銨泵泵體。氣提塔的氣提管，高壓冷凝器的冷凝管，高壓分解塔的分解管及輸送管道。b. 磷肥工業(yè)。反應槽、料漿循環(huán)及料漿輸送管線。(6) 高強度結構件a.采用平臺上鉆井架的張拉系統(tǒng)、海底管道。蒸汽透過平葉片、駁船、槽車等。2.5.2 中國雙相不銹鋼的應用業(yè)績國外雙相不銹鋼己廣泛地應用于各工業(yè)領域，諸如紙漿和造紙、陸上和海上的油氣工業(yè)、化學加工工業(yè)、運輸業(yè)（化學品船和槽車）、制藥和食品工業(yè)以及建筑業(yè)等。大多用來制造反應容器，各種工業(yè)設備和輸送管道等。在大多數(shù)應用中，雙相不銹鋼被認為是具有成本效益的材料，填補了普通奧氏體不銹鋼如31

20、6和高合金奧氏體不銹鋼之間的空白。 以下是中國的雙相不銹鋼在有關工業(yè)領域應用的典型實例。 (1) 石油和天然氣工業(yè) 這是國外應用雙相不銹鋼的主要領域之一，目前鋪設的油氣輸送管線已有1000km。國內只有南海油田少量使用，全部進口。另外，西氣東輸工程西起塔里木盆地的集氣管線考慮要用雙相不銹鋼焊管，國內已有條件生產和制造。 煉油工業(yè)是最早使用國產雙相不銹鋼的部門，在南京、鎮(zhèn)海、天津、濟南等煉化公司多集中用在常減壓蒸餾塔的塔頂襯里（或復合板）、塔內構件、空冷器和水冷器等，最長的已使用20年。鎮(zhèn)海煉化公司是我國最大的煉油基地，加工能力為1600萬噸，進入世界百強，冷凝冷卻系統(tǒng)中多套設備使用雙相不銹鋼。

21、 (2) 化學和石化加工工業(yè) 這一領域涉及的范圍很寬，工況情況復雜，介質多種多樣，也是使用雙相不銹鋼較早和較多的領域。甲醇是重要的能源化工原料，2002年國內產量210萬噸，進口量與此相當，國產缺口很大，當然也有少量（數(shù)千噸）出口韓國，目前20萬噸的大型和多套10萬噸以下的中小型的甲醇合成反應器的觸媒管都是采用雙相不銹鋼，大中型裝置采用2205鋼管，使用進口管較多，小型裝置多采用185mo型國產鋼管。 齊魯石化公司氯乙烯裝置的氧氯化反應器中的冷卻蛇管的介質條件（hci，水蒸氣）苛刻，目前已使用進口的2205雙相不銹鋼，使用結果有待觀察。上海石化公司乙烯裝置的催化劑再生冷卻器采用國產類似dp3鋼

22、的00c25ni7mo3wcun雙相不銹鋼做海水冷卻器管，海水出口溫度40，至今已間歇使用15年，效果很好。河南煤化工廠的粉煤氣化裝置的數(shù)臺冷卻器都是采用進口2205鋼管制造。 (3) 化肥工業(yè) 尿素工業(yè)也是最早使用國產雙相不銹鋼的部門，裝置中含氯離子水的換熱設備使用得較多，例如尿素裝置中co2壓縮機三段冷卻器原使用304l奧氏體不銹鋼管束，l個月后即因應力腐蝕破裂而泄漏，雙相不銹鋼可用5年以上，隨后一、二段冷卻器也都換用了185mo或2205雙相不銹鋼。 由于雙相不銹鋼在尿素介質中有良好的抗腐蝕疲勞性能，很適合制造尿素生產的關鍵設備甲按泵泵體。國產的0cr25ni6mo2n鋼可以通過huey

23、法的晶間腐蝕傾向檢驗，己用于黑龍江化肥廠、洞庭氮肥廠（五柱塞式）等大型化肥廠。國內中小化肥廠的甲按泵泵體基本上采用185mo鋼制造，有數(shù)十家采用的是高鉻含鉛雙相不銹鋼。此外這種鋼的泵閥鍛件通過了日本jisg0573、g0591硝酸法和硫酸法的檢驗，批量出口日本，價格要比日本當?shù)厣a的便宜。 此外，采用國產0cr25ni6mo3cun時效強化雙相不銹鋼，利用其耐磨損腐蝕性能，用于尿素裝置主工藝管路多種規(guī)格的高壓截止閥的內件等，效果不錯。 (4) 運輸業(yè) 最近幾年海上化學品運輸船行業(yè)是國外最大的雙相不銹鋼用戶，消費量約占熱軋板的50。化學品船裝載的液體貨物多種多樣，包括化學和石化產品，食品等，要求

24、船艙材料既能耐腐蝕，又有高的強度。如今2205雙相不銹鋼已代替316l和317l奧氏體不銹鋼，成為海上化學品船的標準用材。 國內在這方面剛剛起步，中國長江航運集團青山船廠采用歐洲建造標準，使用進口的2205鋼板，自行制造成功第一艘18500t化學品船，鋼板消耗量約1200t，己出口比利時。實現(xiàn)了我國用雙相不銹鋼建造化學品船零的突破，該廠已形成規(guī)模生產能力2。 (5) 造紙和制鹽輕工業(yè) 由于雙相不銹鋼在中性氯化物溶液中有較好的耐孔蝕和縫隙腐蝕的能力，利用這一特點，國內開發(fā)了該鋼在真空制鹽和鹽硝聯(lián)產裝置上的應用，20萬30萬噸制鹽廠的大型鹽水和芒硝蒸發(fā)罐采用了雙相不銹鋼的襯里和復合板，解決了設備結

25、鹽垢和腐蝕問題，最長的已有10年的使用歷史。雙相不銹鋼用于大型真空制鹽裝置，國內已有成熟的經驗2。 在制紙漿和造紙業(yè)領域，國內幾乎是空白，硫酸鹽蒸煮法仍多采用低碳鋼制造的蒸煮鍋，而國外早已普及使用雙相不銹鋼的蒸煮、漂白等設備，目前國內也有引進，但數(shù)量極少。 綜上所述，可以看出國內雙相不銹鋼的使用是有一定局限性的，像國外大量使用雙相不銹鋼的諸如紙漿和造紙工業(yè)、油氣工業(yè)、運輸業(yè)、甚至建筑業(yè)幾個大的領域我們涉及得不多，有的還只是剛剛開始。根據國情，利用雙相不銹鋼的性能優(yōu)勢，今后除繼續(xù)擴大在化工和石化等領域的應用外，結合紙漿和造紙工業(yè)的技術改造需要開發(fā)在這一領域中的應用，至于油氣管線目前很難推廣，雙相

26、不銹鋼的價格是太高了但是制造有關油氣田需要的耐氯離子和硫化氫的裝置像集氣管線和換熱設備等還是可以采用雙相不銹鋼，甚至超級雙相不銹鋼的。海上運輸業(yè)的發(fā)展，化學品船制造業(yè)方興未艾，需要大量大張的鋼板，這一缺口有待填平補齊。至于在建筑業(yè)方面的應用，至今還完全未涉及，其實濱海的城市雕塑景觀和開發(fā)2304鋼用于民用熱水器方面完全可代替304和316奧氏體不銹鋼。3 2205雙相不銹鋼2205雙相不銹鋼是20世紀70年代首先由瑞典研制成功，材料牌號為saf2205，屬于第二代雙相不銹鋼。雙相不銹鋼2205合金是由22%鉻，2.5%鉬及4.5%鎳氮合金構成的典型的含n、超低碳、雙相鐵素體一奧氏體復式不銹鋼。

27、其化學成分為：w(c)0.03%，w (n)2.0% ，w (p)0.03% ，w (s)0.02% ，w (si)1.0%，w (ni) =4.5%6.5% ，w (cr)=21%23% ，w (mo)=2.5%3.5% ，w (n) = 0.08%0.2%。它具有高強度、良好的沖擊韌性以及良好的整體和局部的抗應力腐蝕能力。與316l和317l奧氏體不銹鋼相比，2205合金在抗點腐蝕及隙腐蝕方面的性能更優(yōu)越,它具有很高的抗腐蝕能力，與奧氏體不銹鋼相比,它的熱膨脹系數(shù)更低，導熱性更高以及更好的焊接性?，F(xiàn)在國內2205不銹鋼產品種類有2205不銹鋼管、2205雙相不銹鋼無縫管；2205雙相不銹鋼

28、板材、2205不銹鋼棒材、鍛材、管件、帶材等。早期的雙相不銹鋼可以耐中等強度的均勻腐蝕和氯應力腐蝕斷裂，但是在焊接情況下使用時，其性能會大大降低。為了改善這種情況，就在雙相不銹鋼2205中加入了氮，這樣不僅使耐腐蝕性能上升，而且得到良好的焊接性能。由于2205雙相鋼特殊的性能特色，其應用范圍很廣，至今是大量使用的一個雙相不銹鋼牌號。3.1 2205雙相不銹鋼各項性能特點(1) 均勻腐蝕性由于鉻含量（22%），鉬（3%）及氮含量（0.18%），2205的抗腐蝕特性在大多數(shù)環(huán)境下優(yōu)于316l和317l。(2) 局部抗腐蝕性2205雙相不銹鋼中鉻、鉬及氮的含量使其在氧化性及酸性的溶液中，對點腐蝕及隙

29、腐蝕具有很強的抵抗能力。(3) 抗應力腐蝕性不銹鋼的雙相微觀結構有助于提高不銹鋼的抗應力腐蝕龜裂能力。在一定的溫度、應張力、氧氣及氯化物存在的情況下,奧氏體不銹鋼會發(fā)生氯化物應力腐蝕。由于這些條件不易控制，因此304l、316l和317l的使用在這方面受到限制。(4) 抗腐蝕疲勞性2205雙相鋼的高強度及抗腐蝕能力使其具有很高的抗腐蝕疲勞強度。加工設備易受腐蝕環(huán)境和加載循環(huán)的影響，2205的特性非常適合這樣的應用。(5) 耐壓性雙相不銹鋼2205合金與奧氏體不銹鋼相比，它的耐壓強度是其兩倍，與316l和317l相比，設計者可以減輕其重量。2205合金特別適用于-50°f/+600&#

30、176;f溫度范圍內，在嚴格限制的情況下(尤其對于焊接結構)，也可以用于更低的溫度。(6) 熱成形在進行熱成形處理時，整個工件應整體受熱，應在1750°f 到2250°f 的溫度范圍內進行，2205合金在此溫度下非常柔軟。如果溫度過高，2205合金易于熱撕裂。如果低于此溫度，奧氏體就會發(fā)生斷裂。低于1700°f時，由于溫度和形變的影響，金屬間相會很快形成。熱成形進行完后，應立即對其在最低為1900°f的溫度下進行固熔退火，并進行淬火來還原其相位平衡、韌性及抗腐蝕能力。我們不建議進行應力消除，但如果必須這樣做，材料應在最低為1900°f的溫度下進

31、行固熔退火，然后迅速冷卻，進行水淬火。(7) 冷成形2205 合金可以進行切割和冷成形。然而，由于2205 合金自身的高強度及硬度，它比奧氏體鋼鐵更需要進行冷成形，也正因為它的高強度，要充分考慮到回彈的因素。(8) 熱處理2205 合金應在最低為1900°f 的溫度下進行退火處理，然后迅速冷卻，進行水淬火。這項處理應用于固熔退火及應力解除。應力解除處理如在低于1900°f 的溫度下進行，容易導致有害的金屬或非金屬相位的析出。(9) 機械切削性在高速的機床上，2205合金的進給率和切削速度和316l是一樣的。如果采用炭化刀，切割速度與316l相比降低了大約20%，機器設備及其

32、部件的性能在此起著關鍵性的作用。(10) 焊接性能2205合金的焊接性很好，2205合金所要達到的性能為焊接金屬和熱變質部分仍然保持和基底金屬同樣的抗腐蝕能力、強度及韌性。2205的焊接難度不大，但需設計其焊接程序以便焊接后，可以保持良好的相位平衡狀態(tài)，避免有害的金屬相位或非金屬相位的析出。2205可在以下設備中進行焊接：gtaw (tig)；gmaw (mig)；smaw (“stick” electrode)；saw；fcw；and paw。(11) 性能比較雙相不銹鋼2205合金與316l和317l奧氏體不銹鋼相比，2205合金在抗斑蝕及裂隙腐蝕方面的性能更優(yōu)越，它具有很高的抗腐蝕能力，

33、與奧氏體相比，它的熱膨脹系數(shù)更低，導熱性更高。 雙相不銹鋼2205合金與奧氏體不銹鋼相比，它的耐壓強度是其兩倍，與316l和317l相比，設計者可以減輕其重量。2205合金特別適用于-50°f/+600°f溫度范圍內，在嚴格限制的情況下(尤其對于焊接結構)，也可以用于更低的溫度。 3.2 2205雙相不銹鋼的應用領域由于2205雙相不銹鋼具有很強的耐腐蝕性(包括應力腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕以及晶間腐蝕等)，以及較高的強度和韌性。使其在以下領域得以廣泛應用。(1) 壓力器皿、高壓儲藏罐、高壓管道、熱交換器(化學加工工業(yè))。 (2) 石油天然氣管道、熱交換器管件。 (3) 污水處

34、理系統(tǒng)。 (4) 紙漿和造紙工業(yè)分類器、漂白設備、貯存處理系統(tǒng)。 (5) 高強度耐腐蝕環(huán)境下的回轉軸、壓榨輥、葉片、葉輪等。 (6) 輪船或卡車的貨物箱。 (7) 食品加工設備。 4 2205雙相不銹鋼的焊接性能與工藝研究4.1 2205雙相不銹鋼焊接機理焊接是一個冶金過程，2205雙相不銹鋼的焊接質量,決定于其焊縫和熱影響區(qū)的鐵素體和奧氏體含量的平衡和兩相組織的均勻性。在焊接過程中，金屬從熔融到冷卻，從凝固點到1 200為鐵素體組織；1200800奧氏體從鐵素體中析出；800475將可能有中間相(相、碳化物、氮化物)析出。因此，焊接線能量的輸入大小直接影響著焊縫和熱影響區(qū)中鐵素體的含量。線能

35、量太小，不利于奧氏體析出；線能量太大，則會引起合金元素cr、ni、mo的燒損，導致材料的耐腐蝕性能下降、機械性能劣化，不能得到良好的金相組織,更容易析出中間相。焊接熱循環(huán)的最高溫度和快速冷卻可促使雙相不銹鋼組織鐵素體化，由于鐵素體含量的增加導致了沖擊韌性和耐蝕性降低。因此，選擇合適的焊接工藝參數(shù)十分重要。與奧氏體不銹鋼的焊接相比，2205雙相不銹鋼的焊接對污染更敏感，特別是對濕氣和水分。任何類型的油污、油脂和水分等污染物都會影響材料的抗腐蝕性及力學性能，因此在焊接前要對材料嚴格清理。雙相不銹鋼的焊接接頭形式應預先經過充分地準備，如采用熱加工方法切割坡口,應將坡口表面打磨至露出金屬光澤，并對坡口

36、表面進行滲透檢測,焊接坡口最好采用機械加工。通常情況下，雙相不銹鋼的焊接不采用預熱,因為預熱會降低焊接熱影響區(qū)的冷卻速度。當然，預熱對于降低鋼材表面的濕氣是有益的，當采用預熱的方法降低濕氣時，首先必須清理焊接表面,然后均勻地加熱到95。如果焊縫的冷卻速度太快,使得焊接熱影響區(qū)的鐵素體含量增加太大時，采用預熱是有意義的。例如，將薄板焊接到厚板上和容器上焊接襯墊等情況下冷卻速度是很快的，可以考慮預熱。與奧氏體鋼相比，雙相不銹鋼具有導熱性好和熱膨脹系數(shù)低的特點，因此不會產生很大的殘余應力，具有更高的抵抗熱裂紋的能力，故雙相不銹鋼可以采用較大線能量焊接，最大的層間溫度為150。在實際焊接中必須保證層間

37、溫度不高于工藝試驗設定的層間溫度。當焊接量很大時，應合理地安排焊接順序以保證焊縫層間有足夠的冷卻時間，這樣既能保證層間溫度，又能提高勞動生產率。焊接工藝評定的試板尺寸會影響冷卻速度和層間溫度，要注意焊接工藝評定確定的層間溫度應比實際焊接時低。因此，工藝評定不能預測由于在實際中采用較高的層間溫度而導致冷卻速度降低的程度。焊后不必熱處理，雙相不銹鋼在3001000對溫度很敏感，在300700進行消除應力處理會導致相析出而產生475脆化現(xiàn)象，引起韌性和抗腐蝕性降低；在7001000進行應力消除處理，會導致金屬間化合物的析出,也會引起韌性和抗腐蝕性的降低。4.2 saf2205雙相鋼接頭的基本要求及達

38、到要求的措施（一）焊接要求：焊接接頭不存在超過質量標準規(guī)定的缺陷，同時力學性能滿足焊接結構預期的使用性能要求。不出現(xiàn)焊接熱裂紋和冷裂紋、應力腐蝕、點蝕，相脆化現(xiàn)象的出現(xiàn)。（二）防止措施：(1) 雙相不銹鋼具有良好的焊接性，一般選用與母材成分相同或相近的焊接材料，由于含碳量對抗腐蝕性有很大的影響，因此熔敷金屬含碳量不用高于母材。腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設備，可選用含ti或nb等穩(wěn)定化元素或超低碳焊接材料。對于耐酸腐蝕性能較高的工件，常選用含mo的焊接材料。選用適合的焊接材料不會發(fā)生焊接熱裂紋和冷裂紋，如選用焊條型號e309mol-16焊條牌號a042氬弧焊焊絲h00cr18ni14mo2。(

39、2) 合理設計焊接接頭。避免腐蝕介質在焊接接頭部位聚集，降低或消除應力集中，消除或降低焊接接頭殘余應力，用常用工藝措施，加熱溫度在800-900之間才可得到比較理想的消除應力效果；結構設計時要盡量采用對接接頭，避免十字交叉焊縫，單v形坡口改用y形坡口。(3) 采用小的熱輸入，即小電流，大的焊接速度，減少橫向擺動，待前一道焊縫冷卻到預熱溫度后，再焊下一道焊縫，焊后進行750-800退火處理，退火后應快冷，防止出現(xiàn)相和475脆化。4.3 2205雙相不銹鋼焊接技術2205雙相不銹鋼焊接的一些關鍵技術如下：(1) 焊接方法和材料的選擇 一般用于奧氏體不銹鋼的焊接方法，如手工電弧焊、鎢極惰性氣體保護電

40、弧焊和熔化極氣體保護焊等，都可用于雙相不銹鋼的焊接。焊接材料要選用比母材含鎳量高的雙相鋼焊制。確保焊縫中奧氏體相占優(yōu)勢。焊縫鐵素體含量控制在3045為宜。(2) 焊接工藝參數(shù)的選擇 焊接線能量太大或太小都不好。一般控制在0.52.5 kj/cm范圍。其具體大小要根據焊件厚度選擇。一般焊接時不需要預熱，但焊件壁厚過大或環(huán)境溫度過低時，為防止冷速過快造成焊縫和熱影響鐵素體含量過高，必要時要采取預熱措施。為避免冷卻速度過低而引起析出相的產生，要控制多層多道焊的層間溫度。(3) 焊接熔池及背面的保護 氣體保護焊時保護氣體中加氮可以提高焊縫的耐蝕性。有效的背面氣體保護是保證焊接質量的前提。保護氣體的純度

41、應滿足工藝要求，應采取有效的背面保護工裝，開始焊接時要對焊縫背面的氧含量進行檢測，滿足工藝要求后才能開始焊接。(4) 定位焊縫 定位焊縫焊接時，如果長度過短，焊接未建立起平衡過程即結束，焊縫冷卻會很快，可能導致鐵素體含量過高、低韌性并因氮化物析出而降低耐腐蝕性能。因此，如采用定位焊，對定位焊縫的最短長度應進行規(guī)定，且應采用較大熱輸入規(guī)范參數(shù)。(5)焊接過程材料的保護 材料表面的弧擊和起弧，是一個瞬間高溫過程，冷卻速度很快。表面顯微組織中鐵素體含量很高，這種組織對裂紋和腐蝕很敏感，應盡力避免，如果產生必須用細砂輪打磨去除?，F(xiàn)場焊接過程中材料的保護非常重要，應避免碳鋼、銅、低熔點金屬或填它雜質對不

42、銹鋼焊材的污染?？赡芮闆r下，不銹鋼板材和碳鋼板材應分開存放和焊接。焊接和切割過程中應采取措施防止飛濺、弧擊、滲碳、局部過熱等。2205雙相不銹鋼焊接注意事項：(1) 2205雙相不銹鋼有很高的強度，其延伸率小于奧氏體不銹鋼。因此，在焊縫組對時，應嚴格控制組對質量，如果強力組對，焊接完成后很難矯形，既使能夠矯形，也會產生很大的殘余應力，使力學性能劣化，抗腐蝕性能下降。(2) 2205雙相不銹鋼的焊接對污染更敏感，任何類型的油污、油脂和水分均會影響材料的抗腐蝕性及力學性能。因此，焊接前應對焊接區(qū)域用丙酮進行清洗，徹底清除油污、泥土、灰塵和水分等污染。(3) 選擇合理的焊接線能量非常重要。當采用很小

43、焊接線能量時，由于快速冷卻使得焊接熱影響區(qū)和焊縫的鐵素體含量偏高，對耐腐蝕性能和力學性能不利；但是過高的焊接線能量會燒損合金元素、冷卻太慢而使得中間相析出，引起相組織的不平衡，同樣對耐腐蝕性能和力學性能不利。因此,通過調整焊接線能量輸入可以得到最佳的焊縫和焊接熱影響區(qū)性能。(4) 焊接完成后,應對焊縫和焊縫熱影響區(qū)進行鐵素體檢測，檢驗焊接工藝的合理性。當鐵素體含量低于30%時， 2205雙相不銹鋼會產生脆化3。4.4 實驗材料和焊接工藝4.4.1 試驗材料及焊條本次試驗所用原材料來自于瑞典山特維克公司，牌號為saf2205 (astm 24000，uns 31803)，焊接試樣加工尺寸為150

44、mm×80mm×6mm，焊條為er2209(=2.omm)，試驗板材及焊絲化學成分見表4-1和表4-2。表4-1 2205雙相不銹鋼母材及er2209焊條的化學成分（質量分數(shù)）cspsimncrnimoncu母材0.01660.0010.0240.360.8222.485.463.120.16-焊條0.0130.0070.0180.491.5422.928.613.180.180.012表4-2 2205試驗板母材力學性能屈服強度 mpa抗拉強度 mpa斷后延伸率 %硬度(hrb)66081533.040.14.4.2 焊接工藝指導書根據研究掌握的技術，擬定工藝規(guī)程進行焊接

45、工藝評定。表4-3是saf2205雙相不銹鋼板焊接工藝指導書。表4-3 2205雙相不銹鋼管焊接工藝指導書日期： 5月4日 焊接工藝評定報告編號： 001 焊接方法： 手工電弧焊 機械化程度： 半自動化 焊接接頭形式及坡口尺寸：接頭形式： 如右圖所示 坡口形式： y型坡口 間 隙e： 1.5mm 鈍 邊p： 2mm 坡口角： 75° 襯墊（材料及規(guī)格）： 其 他： 簡圖焊接母材：焊接材料：22052pw,瑞典avesta公司生產 母材規(guī)格：150mm×80mm×8mm 板材 焊接材料：焊材類別er2209雙相不銹鋼焊條焊材標準易焊接，可熔合性良好填充金屬尺寸2.0

46、0mm焊材規(guī)格3.2×350mm其他焊條說明：er2209是鈦鈣藥皮的不銹鋼焊條，具有優(yōu)良的力學性能及抗晶間腐蝕性能，可交直流兩用。操作性能極好。用于焊接工作溫度低于300，耐腐蝕的不銹鋼結構。注意事項：焊接前焊條須要經250烘焙1小時，盡可能采用直流電源，用交流焊接時，熔深較淺，電流不宜過大，以免焊條發(fā)紅。焊接位置：對接焊縫位置： 平焊 焊接方向：（向上、向下） - 焊接溫度：25 (室溫) ,層間溫度小于150角焊縫位置： - 焊接方向：（向上、向下） - 焊縫金屬寬度（范圍）： 812 mm 縫金屬厚度（范圍）： 24 mm 焊后熱處理：溫度范圍：（） 保溫時間：（h） 焊接設

47、備:電焊機型號：松下直流脈沖tig/手工弧焊機sa-300tp-3型電焊機各項技術參數(shù):1.輸出電壓：380v 2.相 數(shù)：單相 3.頻 率：50/60 hz 4.額定輸入容量：kva dc20.2ac30.8 5.輸出電流(a) dc 起弧電流 氬弧焊：5300 手工焊接：5300 焊接電流：5300 收弧電流：5300 6.氬弧焊：10300 手工焊接：10300 焊接電流：10300 收弧電流：10300 7.輸出電壓(v) dc 氬弧焊：10.222.6 手工焊接：2032 ac：10.222.6空載電壓(v)： dc 100 8.額定暫載率：周期10分鐘9.整流方式：可控硅單相全波整

48、流方式 10.外部特性：定電流特性 11.脈沖頻率：0.515hz 12.脈沖寬度：1585% 13.漸增時間：0.55.0sec連續(xù)調節(jié) 14.衰減時間：0.55.0sec連續(xù)調節(jié) 15.氣體預流時間：0.2sec在pcb內調節(jié) 16.氣體滯后時間：220sec連續(xù)調節(jié) 17.點焊定時：0.55sec連續(xù)調節(jié) 18.外形尺寸(wxdxh) ：415x625x853(mm) 19.重量：193kg電特性:電流種類： 直流 極 性： 反接 焊接電流范圍：(a) 65-80 引弧電壓(v)： 150-220 焊接工藝參數(shù)：焊道/焊層焊接方法填充材料焊接電源電弧電壓焊接速度(cm/min)線能量(k

49、j/cm)牌號厚度極性電流（a）1焊條電弧焊a0423.2mm反接703045122焊條電弧焊a0423.2mm反接70304512焊接要求:1.坡口加工，板材切割后，采用砂輪機打磨出坡口，坡口角度為單邊30°±2.5°，鈍邊0.51.5mm。加工坡口不允許使母材產生過熱變色。2.坡口及焊絲清理：坡口及其兩側各25mm以內的內外表面進行清理，清理程序如下：磨光機打磨丙酮（或無水乙醇）清洗。清洗后不能直接進行焊接作業(yè)，待坡口端面晾干后方可以作業(yè)。焊絲也用沾丙酮（或無水乙醇）的海綿擦拭干凈。3.板材焊接施工前，應根據焊接工藝評定編制焊接作業(yè)指導書，焊工應按指定的焊接作

50、業(yè)指導書施焊。4.小電流，快速焊，輸入熱量應控制在0.22.5kj/mm（各工藝參數(shù)嚴格按焊接工藝就不會超出范圍）層間溫度最大為100，對于多焊層焊縫，填充焊道的電弧能量不得高于打底時的能量。最外層焊縫的熱影響區(qū)因缺少外層焊縫的熱處理作用，難以達到平衡的雙相組織，因而在制定焊接工藝時盡可能使最后一道焊縫位于非工作介質面上。環(huán)縫引弧應在焊道內進行，縱焊縫引弧和收弧均必須在引弧板和熄弧板上進行。5.避免過多的焊條橫向擺動和過寬的熔池，以避免過大的電流和較高的殘余應力。 6.手工電弧焊焊完之后，要等焊縫冷卻下來之后再敲掉藥皮，讓焊縫在藥皮的保護下冷卻下來， 防止氧化。 7.在使用焊條電弧焊時，應按照

51、合適的長度和間隔進行定位焊。根部焊道不應從定位焊起焊。為 了避免由于定位焊點導致根部焊道出現(xiàn)裂紋，焊工應在定位焊點前中斷根部焊，在完全打磨掉該定位焊點后，繼續(xù)根部焊。8.焊條應在任何時候保持干燥并存放在保溫桶中，不允許焊條亂丟亂放。9.不允許補焊。4技術措施:擺動焊或不擺動焊： 不擺動焊接 擺動參數(shù)： 焊前清理和層間清理： 機械拋光 清理方法： 機械拋光 單道焊或多道焊（每面）： 雙面單道焊縫 單絲焊或多絲焊：單絲焊 導電嘴至工件距離：(mm) 35 其他： 工藝標準:焊接完成后進行外觀檢查，不存在咬邊、氣孔、裂紋和夾渣等缺陷。焊縫余高0. 8mm，按jb473022005標準無損檢測,照相質

52、量ab級，級合格。焊接后板材試樣：（如圖示4-1（a）、（b） （a） （b）圖4-1 2205雙相不銹鋼焊接后板材試樣5 熱處理工藝對2205雙相不銹鋼各項性能的影響5.1 金相試樣的制備方法選擇以上雙相不銹鋼成型焊接板材中符合焊接及焊縫要求的，將焊接板材周圍的焊渣及焊縫毛刺利用手工打磨機打磨平滑至要求規(guī)格。將打磨處理后的板材用數(shù)控線切割機切成10mm×10mm×8mm的小塊以備后續(xù)試驗選用。金相顯微試樣的制備包括：取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕等五個步驟。試驗所用設備及材料：金相顯微鏡；砂輪機；拋光機；吹風機；試樣；不同型號的砂紙；玻璃板；拋光粉懸浮液；酒精；由1體積濃硝

53、酸與3體積濃鹽酸混合而成的王水溶液；棉花；夾子。 (1) 取樣 取樣是進行金相顯微分析中很重要的一個步驟，顯微試樣的選取應根據研究的目的，取其具有代表性的部位。本實驗中是選擇焊接板材中焊縫條件較好的切片，磨面時要倒角。在試樣的切取過程中不宜使試樣溫度過于升高，以免引起金屬組織的變化，影響分析結果。(2) 鋃嵌 對于尺寸過于細小，如絲、片、帶、管等形狀不規(guī)則，以及有特殊需要（觀察表層組織）的試樣可以進行鋃嵌，鋃嵌方法很多，如低熔點合金的鋃嵌、塑料鋃嵌、環(huán)氧樹脂鋃嵌、夾具夾持法等。 目前一般多采用塑料鋃嵌。用塑料鋃試樣所用塑料有：熱固性，熱塑性兩類。前者為膠木粉或電木粉，不透明，有多種顏色（一般是

54、黑色的），這種塑料比較硬，但抗酸、堿等腐蝕性能比較差。后者為半透明或透明，抗酸、堿等腐蝕性能好，但較軟。這兩種塑料鋃嵌試樣時，均須放入鋃片機上的鋃壓膜內加熱，其加熱溫度對熱固性塑料為110-150；對熱塑性塑料為140-160。并同時加壓，其壓力均為200kg/cm2，保持一定時間后，去除壓力將鋃嵌試樣從壓膜中頂出。這種鋃嵌方法速度快，但須加熱加壓，可能使某些金相組織發(fā)生變化。如淬火馬氏體組織被回火等。當試樣需要觀察幾個面時，不能進行鋃嵌。(3) 磨制 試樣的磨制一般分為粗磨與細磨。目的是為了獲得平整光潔的表面。為拋光做準備。粗磨（磨平） 試樣在磨制前，先用砂輪磨平或用銼刀銼平。磨制時，應使試樣的磨面與砂輪側面保持平行，緩緩地與砂輪接觸，并均勻地對試樣加適當?shù)貕毫?。在磨制過程中，試樣應沿砂輪向往返緩慢接觸，并均勻地對試樣加適當?shù)貕毫?。在磨制過程中，試樣應沿砂輪徑向往返緩慢移動，避免在一處磨而使砂輪出現(xiàn)凹槽導致試樣不平。此外，還應注意不使試樣因磨制而發(fā)熱。因此須不時地將試樣放入冷水中冷卻，保證磨面組織不致因磨制過程中溫度升高而發(fā)生變化。試樣磨面一般要倒角，并將其磨面棱角去掉（須保留棱角地，如滲碳層檢驗用地除外），以免細磨及拋光時撕破砂紙或刮破拋光布