双相不锈钢的焊接工艺研究.docx
《双相不锈钢的焊接工艺研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双相不锈钢的焊接工艺研究.docx（52页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
双相不锈钢的焊接工艺研究
学号1010131030_
毕业论文（设计）
课题双相不锈钢的焊接工艺研究
学生姓名罗浩
院部机械工程学院
专业班级10金属材料工程
（2）班
指导教师杨付双
二〇一四年六月
双相不锈钢的焊接工艺研究
摘要
双相不锈钢是由奥氏体和铁素体两相组织按一定比例所组成，它兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的性能。
与单相组织的不锈钢相比较，具有强度高的特征。
近年来，双相不锈钢应用范围迅速扩大，已成为奥氏体不锈钢在许多应用领域最有力的竞争对手。
本论文首先介绍双相不锈钢的定义、分类和性能以及其内部组织和化学成分,并且具体对每一种化学成分进行介绍.然后阐述针对不同的双相不锈钢焊接方法的选择,焊接设备的选用,焊接材料的选择,焊接工艺参数的制定等等.最后以2205双相不锈钢为例重点阐述其焊接工艺研究。
关键词：
焊接工艺;焊接参数;焊条电弧焊。
TheWeldingProcessof duplexstainlesssteel
Abstract
Duplexstainlesssteelismadeofausteniteandferritetwo-phasestructurecomposedbyacertainpercentage,whichcombinestheperformanceofausteniticstainlesssteelandferriticstainlesssteels.Comparedwiththesinglephasestainlesssteelwithhighstrengthcharacteristics.Inrecentyears,therapidlyexpandingrangeofapplicationsofduplexstainlesssteel,austeniticstainlesssteelhasbecomethemostpowerfulcompetitorinmanyapplications.Thispaperintroducesthedefinitionofduplexstainlesssteel,classificationandperformanceaswellasitsinternalorganizationandchemicalcomposition,andspecificchemicalconstituentsforeachpresentation.Thenexplainedthechoiceforchoosingdifferentmethodsofduplexstainlesssteelwelding,weldingequipment,Finallyin2205asanexamplefocusesontheselectionofweldingparametersforweldingmaterials,etc.todeveloptheirresearchweldingprocess.
Keyword:
Weldingprocess;Processparameters;SMAW
目录
摘要
Abstract
第1章双相不锈钢···························································1
1.1双相不锈钢的定义和分类··················································1
1.1.1双相不锈钢的定义·····················································1
1.1.2双相不锈钢的分类·····················································1
1.2双相不锈钢的组织和性能··················································1
1.2.1双相不锈钢的基本组织特征·············································1
1.2.2双相不锈钢的基本性能·················································1
1.3双相不锈钢的化学成分····················································2
第2章双相不锈钢的焊接····················································4
2.1双相不锈钢的焊接材料及选用···············································4
2.1.1双相不锈钢的焊接材料··················································4
2.1.2对焊缝金属的要求······················································4
2.1.3焊接材料的选用························································5
2.2双相不锈钢的焊接方法····················································6
2.2.1焊接方法的选择························································6
2.2.2双相不锈钢常用的焊接方法··············································7
2.2.3多层焊和工艺焊缝······················································8
2.2.4几种双相不锈钢焊接接头的性能··········································8
2.3双相不锈钢的焊接工艺要点················································9
2.4双相不锈钢焊缝金属的力学性能···········································10第3章SAF2205双相不锈钢的焊接············································11
3.1SAF2205双相不锈钢的概述················································11
3.2SAF2205双相不锈钢的焊接特点············································12
3.3SAF2205双相不锈钢的焊接技术············································12
3.4SAF2205双相不锈钢的焊接方法············································13
3.4.1SAF2205双相不锈钢焊接方法概述·······································13
3.4.2SAF2205双相不锈钢的焊条电弧焊······································13
3.4.3SAF2205双相不锈钢的埋弧焊··········································16
3.4.42205双相不锈钢的TIG焊··············································17结论·······································································19
参考文献···································································20
致谢·······································································21
插图清单
图2-12205双相不锈钢的金相组织·············································11
表格清单
表1-1各类型双相不锈钢的化学成分············································3
表2-1双相不锈钢的焊接材料熔敷金属的化学成分································4
表2-2各类双相不锈钢焊接材料的选用··········································6
表2-3典型的双相不锈钢推荐的最佳的焊接线能量和层间温度······················7
表2-4焊缝金属中的N含量和奥氏体含量·······································8
表2-5焊缝金属中的δ铁素体含量、化学成分和力学性能··························9
表3-100Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的化学成分···································11
表3-200Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的室温力学性能·······························11
表3-3SAF2205双相不锈钢焊缝金属冲击功技术标准·····························12
表3-4SAF2205双相不锈钢熔敷金属化学成分···································14
表3-5SAF2205双相不锈钢熔敷金属力学性能···································14
表3-6焊条电弧焊焊接参数···················································14
表3-7焊条电弧焊焊接接头铁素体含量及性能···································15
表3-8AVESTA2205/AVESTA805熔敷金属化学成分······························16
表3-9AVESTA2205/AVESTA805熔敷金属力学性能······························16
表3-102205双相不锈钢SAW焊焊接参数·······································16
表3-11焊接接头性能························································16
表3-12TIG焊熔敷金属化学成分··············································17
表3-13TIG焊熔敷金属力学性能··············································17
表3-14TIG焊焊接参数······················································18
第1章双相不锈钢
1.1双相不锈钢的定义和分类
1.1.1双相不锈钢的定义
所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，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，强度高且耐晶间腐蚀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。
1.1.2双相不锈钢的分类
双相不锈钢一般可分为四类：
第一类低合金型，代表牌号UNSS32304，钢中不含钼，PREN：
24-25，耐应力腐蚀方面可代替AISI 304或是316使用。
第二类中合金型，代表牌号UNSS31803，PREN：
32-33耐蚀性能介于AISI316L和6%MO+N奥氏体不锈钢之间。
第三类高合金型，一般含25%Cr，还含有钼和氮，有的还含有铜和钨，标准牌号有UNSS32550，PREN：
38-39耐蚀性能高于22%Cr双相不锈钢。
第四类超级双相不锈钢型，含高钼和氮，标准牌号有UNSS32750，有的也含钨和铜，PREN>40可使用于苛刻的介质条件，具有良好的耐蚀与力学综合性能，可与超级奥氏体不锈钢相媲美[1]。
（注：
PREN：
孔蚀抗力当量值）
1.2双相不锈钢的组织和性能
1.2.1双相不锈钢的基本组织特征
双相不锈钢是由40%~60%的铁素体加体积分数为60%~40%的奥氏体组成的，因此又称奥氏体-铁素体双相不锈钢。
双相不锈钢兼具奥氏体不锈钢具有的优良的塑性、韧性与铁素体系不锈钢具有的抗应力腐蚀裂纹性能。
此外，由于其组织是双相的微细化组织，所以，与单相组织的不锈钢相比较，具有强度高的特征（屈服强度是耐腐蚀性能相当的高合金化奥氏体不锈钢的2倍）。
由于双相不锈钢具有奥氏体和铁素体双相组织结构，因而那它也兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点，双相不锈钢与铁素体和奥氏体不锈钢相比，具有无可比拟的特点。
与铁素体不锈钢相比，奥氏体-铁素体双相不锈钢的韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀性和焊接性均显著提高;同时，它也保留了铁素体不锈钢的一些特点，如475℃脆性、在铁素体中析出σ相的脆化现象、热导率高、线涨系数小、具有超塑性、有磁性等。
与奥氏体不锈钢相比，奥氏体-铁素体双相不锈钢的强度高，特别是屈服强度高，且耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐疲劳腐蚀等有明显改善。
目前用它替代奥氏体不锈钢作为耐应力腐蚀设备的材料已成为趋势。
1.2.2双相不锈钢的基本性能
所谓双相不锈钢即其金属组织为奥氏体和铁素体各约占一半，或者其中之较少相的含量至少也有30%的不锈钢。
因此，双相不锈钢的性能也是综合了奥氏体和铁素体组织的性能。
将奥氏体不锈钢所具有的优良的韧性和焊接性与铁素体不锈钢的高强度和耐氯化物应力腐蚀性结合在一起[2]。
奥氏体-铁素体双相不锈钢具有如下的基本性能：
有良好的耐氯化物应力腐蚀裂纹的能力。
有较好的抗点蚀缝隙腐蚀性能，优于奥氏体不锈钢。
有良好的耐腐蚀疲劳和耐磨损腐蚀性能。
结合力学性能好。
有较高的强度，屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的约两倍。
焊接性好，热裂倾向小。
一般不需要焊前预热和焊后热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢及碳钢进行异种钢焊接。
低铬的双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽，抗力小，高铬的双相不锈钢热加工比18-8型奥氏体不锈钢难。
双相不锈钢比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大。
与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的热导率大，线涨系数小。
仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆化倾向，不宜在高于300℃的温度下使用。
若铬含量较低，脆性相析出的危害性较小。
1.3双相不锈钢的化学成分
双相不锈钢一般可分为四类，按其分类，各类型双相不锈钢的化学成分如表1-1所示：
表1-1双相不锈钢的化学成分表【2】
类别
标准
商业牌号
化学成分1%
孔蚀当量
低合金型
UNSS32304
SAF2304
0.03
23
4
0.1
0.1
0.2
24
W.Nr1.4362
UR35N
SS2327
中合金型
UNS
SAF2205
0.03
22
5
2.8
0.15
32/33
SS2377
UR45N+
0.03
22.8
6
3.3
0.18
35/36
UNSS31500
3RE60
0.03
18.5
5
2.7
0.1
29
WNr1.4417
A903
UNSS32900
10RE51
0.08
25
4.5
1.5
30
W.Nr1.4460
SS2324
AISI329
UR50
0.06
21
7.5
2.5
1.5
29
UNSS32950
Carp7Mo+
0.03
27
4.8
1.75
0.25
35
高合金型
UNSS32550
Ferralium
0.05
25
6
3
0.18
1.8
37
38
UNSS31250
DP3
0.03
25
7
3
0.16
0.5
37
UR47N
0.03
25
6.5
3
0.22
38/39
W.Nr14507
UR52N
0.03
25
6.5
3
0.17
1.5
38
VS25
0.03
25
6.5
3
0.18
38
超级DDS
UNSS32760
Zeron100
0.03
25
7
3.5
0.24
0.7
0.7
40
41.5
W.Nr1.4501
UNSS32750
SAF2507
0.03
25
7
3.8
0.28
41
W.Nr1.4410
UR47N+
SS2328
UNS.S32550
UR52N+
0.03
25
7
3.5
0.25
1.5
41
W.Nr1.4507
UNS.S32740
DP3W
0.03
7
3
0.27
2
39
42.5
第2章双相不锈钢的焊接
2.1双相不锈钢的焊接材料及选用
2.1.1双相不锈钢的焊接材料
双相不锈钢的焊接材料列入标准的不多，目前国内外已开发出各种双相不锈钢用的焊接材料，具体有电弧焊用焊条。
气体保护焊用实心焊丝和药芯焊丝。
埋弧焊用焊丝和焊剂、堆焊用焊丝和焊带等。
表2-1所示为国外（以瑞典Sandvik公司为代表）常用双相不锈钢所采用的填充材料的牌号及典型的化学成分。
表2-1瑞典研制的双相不锈钢的焊接材料熔敷金属的化学成分（质量分数）【3】
类别
牌号
C
Si
Mn
Smax
Pmax
Cr
Ni
Mo
N
实芯焊丝
22.8.3.L
0.02
0.5
1.6
0.025
0.030
23
9
3.2
0.16
25.10.4.L
0.02
0.3
0.4
25
9.5
4.0
0.25
药芯焊丝
22.9.3LT
0.02
0.6
1.5
22.5
9
3.0
0.15
焊条
22.9.3LR
≤
0.8
0.8
22
9
3.0
0.13
22.9.3Lb
≤
0.5
0.7
25
9.5
4.0
0.25
25.10.4LB
≤
0.8
0.8
22
9
3.0
0.15
25.10.4LB
≤0.04
0.5
0.7
25
9.5
4.0
0.25
2.1.2对焊缝金属的要求
尽管说双相不锈钢是由奥氏体-铁素体这两相组成，但实际上，一般来说，焊缝金属并不是各占一半，而是奥氏体占优势。
因为若铁素体占优势，铁素体组织晶粒粗大，部分铁素体会转变为二次奥氏体γ2。
因为，铁素体中C、N的溶解度低，将可能造成Cr的C、N化合物的析出，引起焊缝金属的脆化和耐腐蚀性下降。
但若焊缝金属中奥氏体含量过高，必须提高Ni含量，这样焊缝金属的结晶将是α→γ的转变，造成铁素体含量太低，焊缝金属的强度必然下降。
又由于Cr、Mo在α、γ中的溶解度的不一样，Cr、Mo在α相的过分集中而易于析出脆性相。
实践证明，双相不锈钢焊缝金属中有60%~70%的奥氏体，具有优良的力学性能和耐腐蚀性。
可以有效的防止C、N化合物和二次奥氏体γ2的析出，而提高韧性和耐腐蚀性及细化晶粒，由于大部分铁素体在冷却时间要转变为奥氏体，可以形成较细的亮相组织，提高焊缝金属的韧性和抗裂性。
由于奥氏体占优势，使得Cr、Mo、Ni等合金元素在两相中分配比例适当，避免两相成分差异太大。
对于一些超级双相不锈钢，脆性的σ相析出比较敏感，奥氏体占优势可以有效地防止σ相析出。
2.1.3焊接材料的选用
在双相不锈钢研究初期，大多采用奥氏体焊接材料，如E309SiL、E309MoL/E316L等。
这种奥氏体焊缝金属基本上能满足一些双相不锈钢的需求，至今仍有应用。
但是，焊缝金属与母材在化学成分和组织上的差异，焊缝金属的强度比母材低，耐腐蚀性也不匹配[3]。
现在，国内外已研制出适应于各种双相不锈钢的焊接材料，其特点是焊缝金属组织为奥氏体占优势的铁素体-奥氏体双相组织，主要耐腐蚀元素（Cr、Mo等）含量与母材相当，从而保证焊缝金属与母材有相当的耐腐蚀性。
为了保证焊缝金属中奥氏体含量，通常都要提高其Ni和N的含量，也就是提高约2%~4%的镍当量。
在双相不锈钢母材中，一般都有一定的N含量，在焊接材料中也应有一定的N含量，但一般不宜太高，否则会产生气孔。
因此，焊接材料的Ni含量比母材高就是一个主要差别。
由于双相不锈钢发展时间不长，各国和不同厂家对焊接材料的选用差别较大，表2-2所示为我国和瑞典等各国选用的与母材相匹配的双相不锈钢焊接材料。
表2-2各类双相不锈钢焊接材料的选用【4】
类型
母材
焊接方法
AWS
国内
瑞典
英国
Cr18
00Cr18Ni5Mo3Si3RE60
TIG
MIG
ER309MoL
H00Cr25Nil3Mo3
-
-
升级会员 