[发明专利]一种双相不锈钢的焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种双相不锈钢的焊接工艺，尤其是用于含硫量高的炼油设备、腐蚀性强的石油化工设备、管道以及高参数的动力装置以及海水等氯离子腐蚀的环境中的双相不锈钢的焊接工艺。

背景技术

双相不锈钢是近几年发展比较快的一种新型不锈钢材料。它有多种型号，单是列入了ASME规范(American Society of Mechanical Engineers的钢种就有25种，其分类号为P10H。由于双相不锈钢的显微组织是奥氏体+铁素体结构，因此具有良好的抗腐蚀能力。双相不锈钢具有比316L奥氏体不锈钢(如下简称316L)更好的抗应力腐蚀裂纹的能力，特别在H₂S介质中是如此，它是目前国内外含Ni元素最低的、抗应力腐蚀良好且具有优良焊接特性的新型材料。不仅如此，它还具有良好的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀性能。由于显微组织中有大量的铁素体相，双相不锈钢的强度和硬度很高。强度高，特别是其屈服强度约为奥氏体不锈钢的两倍(SAFUREX：SA790UNS S32906材料的屈服强度就远远高于两倍)，使之在相同的工作条件下，用双相不锈钢代替奥氏体不锈钢，可大大减少设备的结构尺寸和管道的壁厚，降低设备制造成本。硬度高，使之宜应用于含有磨损固体质点的工艺系统和高流速的蒸汽系统。双相不锈钢有较低的热膨胀系数，加上良好的导热性，使之具有良好的抗热疲劳性能，有利于设备衬里和复合板的生产。此外，双相不锈钢还具有良好的热加工性能和冷加工硬化效应。

以上所列双相不锈钢的特性，展示了它广阔的应用前景。在国内外已逐步地被应用于含硫量高的炼油设备、腐蚀性强的化工设备、管道以及高参数的动力装置以及海水等氯离子腐蚀的环境。从发展的观点来看它将在它将在石油化工、近海工程、船舶建造、输油输气管线、造纸机械等领域逐步取代316L，使用越来越广泛。

目前国内外双相不锈钢的焊接都是在原有的奥氏体不锈钢的基础上演变过来的，对双相不锈钢的焊接，要求线能量不能大于15KJ/cm，层间温度不超过150℃，保护气体一般采用99.99％氩气，以及后来的98-99％氩气+1-2％氮气，这些都是在焊接奥氏体不锈钢所取得的经验的基础上提出来的并沿用到现在。但该沿用奥氏体不锈钢的焊接工艺具有多种不足。

1、目前采用的氩气或98-99％氩气+1-2％氮气作为背面保护气体，但由于在焊接过程中，合金元素N会有一定的损失，这样就抑制了铁素体组织向奥氏体组织的转变。焊缝金属中的铁素体组织含量容易出现超标现象。而本申请人经长时间的大量研究发现：在采用98％Ar+2％N₂作为正面保护气体，100％氮气或90％氮气+10％氢气作为背面保护气体时，可以使铁素体组织能更好的向奥氏体组织转变，保证获得合理的相比例，用纯氮做背面保护气体，能有效地抑制了铬的氮化物的生成，提高抗点蚀能力；采用90％氮气+10％氢气做为背面保护气体时，由于氮气中加入约10％的氢气，氢作为脱氧剂，可使底层焊道的内表面完全避免氧化膜，进一步改善抗点蚀能力。同时，氢的加入可提高焊接熔池的流动性，有利于获得良好成形的底层焊道。

2、现有的焊接工艺限定线能量的范围是5-20KJ/cm，由于严格限制了范围，因而造成焊接程序复杂，焊接时间较长，焊接速度慢；而申请人发现在焊接过程中，采用10-40KJ/cm的线能量，对提高焊接接头的冲击值、抗点蚀能力有利，而对而对σs、σb和抗Scc能力无明显有害的影响。

3、现有的焊接工艺中严格限制了层间温度，且不大于150℃，使焊接工作受到了很大限制。其实在双相不锈钢中，由于铁素体与奥氏体的比例合适，因此形成σ相的倾向很小。要使这种脆化能被检测出来也需要在475℃停留好几个小时。因此，过度的层间温度控制没有意义。

而本申请欲克服这些缺陷，提供效果更好的双相不锈钢焊接工艺。

发明内容

本发明的目的是针对双相不锈钢和双相不锈钢之间，以及双相不锈钢与碳钢或316L之间的焊接特点，提供一套新的焊接工艺，所述双相不锈钢指国际上采用的双相不锈钢，例如型号为Cr18型、Cr23型(不含Mo)、Cr22型、Cr25型的双相不锈钢。本发明的工艺具有节约氩气、提高焊接质量、减少工时等多个优点。

特别地，本发明的焊接工艺采用了有利于双相不锈钢焊接的特定保护气体，同时对焊接工艺中所限定的线能量和层间温度进行了调整，从而使得能克服如前所述的现有焊接工艺的不利缺陷，达到更优良的焊接效果

本发明的双相不锈钢的焊接工艺的技术方案如下：