[发明专利]高纯铁素体不锈钢换热器的焊接工艺

说明书

本发明提供一种高纯铁素体不锈钢换热器的焊接工艺，包括管板堆焊及管板与换热管的焊接两大步骤；管板包括管板基层及管板复层,管板基层厚度为64mm材料为16MnⅢ，管板复层为4mm的S11972，在整个锻件上粗车外圆直径预留10mm加工量，在管板复层车密封面至待堆焊表面、刨隔板槽至待堆焊表面；然后，在待堆焊表面上堆焊镍基合金ENiCrMo‑3，换热管采用S11972材料；管板与换热管焊接时，焊接接头连接形式为强度焊加贴胀，分两层焊接，第一遍自熔，第二层添加焊丝；本发明的有益效果：本发明制定了可行的高纯铁素体不锈钢换热器的焊接工艺并成功的进行了管板堆焊、管板与换热管焊接，解决了焊接过程中、热裂纹、晶间腐蚀、复层损伤等缺陷，焊接后产品的质量好。

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及高纯铁素体不锈钢换热器的焊接工艺。

背景技术

热换热器是石化装置主要静设备，有相当部分采用装置循环水作为热交换介质，海水淡化是循环水的重要来源，其中氯离子浓度长期处于300ppm以上区间，致使换热管与管板焊接接头及换热管出现氯离子点蚀和应力腐蚀，影响了换热设备的使用寿命，严重影响装置的平稳运行和效益。某石化公司炼油装置中有大量设备处于类似工况，面临着恶劣的循环水质环境。通过研究铁素体不锈钢具有很好的耐腐蚀性，因此该石化公司决定进行对该类设备进行材料升级试验。

目前市面上有专门用于管式换热器用的铁素体不锈钢，例如：中国专利CN1341843A 公开了一种耐海水腐蚀的铁素体不锈钢换热器，换热器管束所用的换热管采用铁素体不锈钢 0Cr19Mo2TiRE 管材制作。加入稀土可有效改善焊缝性能，但工业生产条件下不锈钢中添加稀土一直存在结晶器水口结瘤，收得率难于控制、稀土分布不均匀等问题。中国专利 CN1367368A 公开了一种铁素体不锈钢换热器，其用铁素体不锈钢 RT360，即OCr13Ti( 或 Nb)RE 的无缝钢管制造换热器管束的换热管 3-2，焊接材料用超低碳奥氏体不锈钢焊丝 308L(H00Cr20Ni10) 或 H00Cr18Ni12Mo2，氩弧焊焊接。该铁素体不锈钢含铬量仅为13％，不适用于存在氯离子条件下工作的凝汽器。中国专利 CN1702186A 公开了一种超低碳铁素体不锈钢制造的换热器、空冷器，应用于石油、化工、冶金、电力等领域，抗硫化氢及氯离子应力腐蚀的铁素体不锈钢，具体的是 00Cr13Al。该铁素体不锈钢含铬量低，同样不适用于存在氯离子条件下工作的凝汽器。中国专利201410290317.3公开了一种管式换热器用铁素体不锈钢及其制造方法，其调整了铁素体不锈钢中 Cr 和 Mo 的含量，进而控制点蚀当量 PRE，从而使所述铁素体不锈钢的耐腐蚀能力与奥氏体不锈钢 316L 相当，但还是有冷热裂纹倾向和接头脆化、晶间腐蚀现象。

通过研究，S11972为高纯铁素体钢，该钢种在含有Cl-的水介质中耐应力腐蚀和点腐蚀的性能优良，其耐腐蚀性能优于304、316L，其C、N含量很低，其较好的塑性、韧性和可焊性。适合工况需要，并且与常规奥氏体不锈钢相比具有一定的经济性。

S11972钢的化学成分（%）如下：C≤0.025，Si≤1.00，Mn≤1.00，P≤0.030，S≤0.020，Cr：17.50~19.50，Mo：1.75~2.50，Ti （或Nb）：0.20+4（C+N）~0.80，N≤0.030；

S11972钢的力学性能如下：规定塑性延伸强度≤275/MPa，抗拉强度≤415/MPa，延伸率 ≤20%，硬度≤220HV；

S11972在室温下具有纯铁素体组织，强度不高，塑性、韧性良好。该类材料在高温下基本不出现马氏体组织，在焊接铁素体不锈钢时淬硬性小；其焊接热膨胀系数与碳钢相近，比奥氏体不锈钢小， S、P等杂质在铁素体中溶解度大，Nb、Ti等是铁素体形成元素，焊缝结晶时不易形成低熔点共晶，热裂纹倾向比奥氏体不锈钢小得多。因此解决了下述问题：