超级双相不锈钢的焊接
2507超级双相不锈钢的组织_性能及其焊接工艺
焊接技术第43卷第3期2014年3月2507超级双相不锈钢的组织、性能及其焊接工艺程巨强，李杰，弥国华，刘志学（西安工业大学材料与化工学院，陕西西安710021）摘要：介绍了2507超级双相不锈钢的组织、性能特点及其焊接工艺。
指出2507超级不锈钢焊接方法适应性较广，气体保护焊焊接效果较好，焊接热输入和冷却速率影响焊缝组织中铁素体和奥氏体相比例，焊接时，为保证焊缝组织中具有合适的相比例和良好的力学性能及其腐蚀性能，应该控制焊接热输入2～20k J /cm 之间，多道焊时道间温度控制在100℃以下，实际生产中通过调整焊接热输入及控制道间温度，可以得到合适的焊接接头组织及较好的性能。
关键词：2507双相不锈钢；组织与性能；焊接工艺中图分类号：TG457.11文献标志码：B文章编号：1002－025X (2014)03-0024-05收稿日期：2013-03-100引言双相不锈钢已成为一种重要的工程材料，广泛应用于石油化工、海上及海岸设施、油田设备、造纸、造船、环境保护等领域［1-2］。
2507双相不锈钢是在第二代双相不锈钢2205基础上发展起来的，目前有SAF2507，UR52N +，Zeron100，S32750，00Cr -25Ni7Mo4N 等牌号，2507组织由奥氏体和铁素体两相组织构成，兼有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的双重特征，具有比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和更高的热导率，它的孔蚀系数（PREN ）大于40，具有很高的耐孔蚀、耐间隙腐蚀、耐氯化物应力腐蚀开裂性能，同时具有高强度、高抗疲劳强度、低温高韧性等，是一种应用广泛的双相不锈钢。
近年来，随着双相不锈钢应用领域不断扩大，对焊接技术的需求增加，加速了焊接技术的发展。
因此，总结和探讨国内外对2507不锈钢焊接性的研究成果，对于2507双相不锈钢的应用具有重要的工程实用意义。
本文综述了2507双相不锈钢的组织和焊接工艺特点，为该不锈钢组织分析和焊接工艺提供参考。
双相不锈钢焊接工艺要点
双相不锈钢焊接工艺要点
双相不锈钢是一种具有很高的耐腐蚀及耐热性能的材料，所以在
工业领域中得到了广泛应用。
焊接是双相不锈钢的常见加工方法之一，下面介绍几个双相不锈钢焊接工艺的要点。
1. 焊接前的预处理：在双相不锈钢板材或管道上进行焊接前，
必须进行严格的加热处理。
预处理温度一般在1000℃以上，时间要根
据板厚、孔径大小、管子长度等因素来确定。
2. 焊接设备：在进行双相不锈钢焊接时，需要使用直流电弧焊
机和专门针对双相不锈钢的焊丝。
其焊丝的成分应该与基材成分一致，以保证焊接质量。
3. 焊接位置：焊接双相不锈钢时，大部分情况下采用横向焊接
的方式。
如果采用竖直位置焊接，需要加大电弧电流和电弧长度，以
保证焊接质量。
4. 焊接工艺：推荐采用氩弧焊接法进行双相不锈钢的焊接，其
中采用保护气体是关键。
氩气压力一般在0.2~0.4MPa之间，其流量大
小应该根据想要达到的焊接速度来调整。
综上所述，焊接双相不锈钢有以下几个要点：焊接前的预处理、
使用专门的设备和材料、适当选定焊接位置和采用氩弧焊接法。
只有
在严格遵守这些要点的前提下，才能够保证焊接质量以及双相不锈钢
的使用寿命。
双相和超级双相钢的焊材选择
在这些焊缝上进行的腐蚀试验呈现出各异的景象（图 4 和 5）。不管用何种焊接材料，双相钢 S 31803 (1.4462) 上的所 有焊缝的临界点蚀温度（CPT）都在 35 ℃。腐蚀总是最先发生在熔合边界附近。但是，超级双相钢 S 32760 (1.4501) 上的焊缝具有不同的腐蚀表现。当用与双相钢 S 31803 (1.4462)匹配的焊接材料（Thermanit22/09）焊接，点蚀如所料 地发生在熔合区，临界温度 35 ℃，对于这种材料来说，这已经是非常高的数值。虽然 Thermanit 25/09 CuT 与超级双 相钢 S 32760 (1.4501)的化学成份匹配，但是它的经测定的 CPT 值从未超过 35 ℃，且腐蚀总是在靠近熔合边界处。
Thermanit 26/22/5，一种全奥氏体填充金属，它的腐蚀发生在熔合边界处，其 CPT 值为 45 ℃。当本文付梓时， Thermanit Nimo C 24 的焊缝上进行的腐蚀试验显示即使在 65 ℃时也未发生任何点蚀现象。目前还不太清楚， Thermanit 26/22/5 和 Thermanit Nimo C 24 在超级双相钢 S 32760 (1.4501)上取得的优异的耐腐蚀性能是否来自于在熔 合边界处析出的抗腐蚀沉淀物。然而正如前文所述，这些焊缝的塑性都有明显下降。
[3] Arit, N.; Heimann, W.; Ladwein, T.; Michel, E.: Performance of nickel-alloy weldments in a high nitrogen superaustenitic stainless steel in oxidizing chloride environments. Thyssen Edelstahl Technische Berichte 17 (1), (1991), pp. 16-23.
UNS S32760超级双相不锈钢的等离子拼焊时氮和镍对微观结构和机械性能的影响
UNS S32760超级双相不锈钢的等离子拼焊时氮和镍对微观结构和机械性能的影响K.Migiakis.G.D.Papadimitriou收稿日期：2009.3.3/通过日期：2009.9.9/发表日期：2009.9.23版权：斯普伦格科学和商业媒体.LLC 2009理论超级双相不锈钢之所以能应用于优质焊接接头的机械力学性能和防腐蚀方面，主要是因为它具有严格的结构约束力和铁素体--奥氏体相平衡。
由于焊接过程中的过快的冷却速度，熔合区和热影响区的这种平衡无论如何都会被打乱，导致焊件失去了良好的防腐性能和力学性能。
目前正在研究氮加入到等离子工作气体中和增加填充材料中的镍含量对于用等离子弧焊接的超级双相不锈钢的微观结构和机械力学性能的影响。
实验结果表明氮加入到等离子工作气体中会对焊件的机械力学性能产生影响。
结果同时还表明将氮加入到等离子工作气体中以及提高填充金属中镍的含量都会对焊接试样的延伸率产生一种积极地影响，对于拉伸强度来说改善焊接参数后会获得很好的效果。
引言双相不锈钢是一种由相互平衡的铁素体和奥氏体所组成的合金。
在﹣50℃~250℃广泛温度区间内，这种不锈钢具有良好的抗腐蚀性能，高的屈服强度和良好的韧性。
这种所谓的超级双相不锈钢的成分含有更多的铬、镍、钼和氮，最典型的是它的耐点蚀数超过了40。
【1,2】由于这些高合金成分，超级双相不锈钢显示出了比普通合金更高的强度。
双相不锈钢展示出了良好的可焊性，但是由于熔合区和热影响区的铁素体相含量增加，导致这些合金的抗腐蚀能力下降，这种合金在焊接的时候任然还会存在一些问题。
这些铁素体相是由高温和过快的热循环冷却速度共同导致的结果【3~6】。
因此，确保这种双相微观结构在焊接区域的连续性是很必要的，这通常是通过控制冷却速度和增加热输入量来获得的。
然而，高的热输入会促进金属间有害相的析出，比如，σ相通常就会在不锈钢的熔合区析出，金属碳化物、金属氮化物或者一些其他的相通常也会在不锈钢的热影响区析出【7,8】。
超级双相不锈钢的焊接
图 1 是海上平台上压缩机油气分离罐的结构示 213 焊接材料
意图 ,其设计参数见表 1 。
由于该设备使用条件比较苛刻 ,对焊接接头的
设备名称 设计制造规范
表 1 压缩机油气分离罐设计参数
第一级分离罐
第二级分离罐
ASME 规范 Ⅷ卷 1 册和工程标准
第三级分离罐
设计压力 (MPa)
2194
6117
3155
0125
0158
0160
34 mm 项目
01015
厚度 (mm)
0139 0163 010005 01024 25109 7110 表 3 UNS S32760 力学性能
σb
σ012
σ1
δ5
(MPa) (MPa) (MPa)
( %)
HRC
3156
0124
0158
0160
V 冲击值 (J)
20 ℃
力学性能如表 5 和表 6 。
表 4 对焊接接头的要求
试验温度
ASME 规范要求
工程标准要求
+ 20 ℃(68°F)
侧向膨胀量
冲击平均值
≥01381 mm(01015in) ≥100J ;单个值 ≥75J
程标准要求的只有 Sandvik 25110141L 用于 GTAW ; Sandvik 25110141L + 15W 用于 SAW。其化学成分和
σb
δ
φ
(MPa)
(MPa)
(25110141L
672
—
851
28
64
Sandvik 25110141L + 15W
687
757
211113748_脐带缆内套超级双相不锈钢S32750焊接工艺研究
焊接技术DOI ：10.3969/j.issn.1001-2206.2023.02.009脐带缆内套超级双相不锈钢S32750焊接工艺研究牛虎理1，2，刘剑1，2，何亚章1，2，王红1，2，张田利1，21.中国石油集团工程技术研究有限公司，天津3004512.中国石油集团海洋工程重点实验室，天津300451摘要：采用全位置TIG 焊接方式进行脐带缆内套超级双相钢S32750焊接工艺试验，研究分析了焊接接头的力学性能、微观组织、相比例和耐腐蚀能力。
结果表明，当焊接试验选用直径2.4mm 钨丝、直径1.0mm ER2594焊材材质；焊缝背面（管道内部）采用背面充氩的方式进行保护，通过焊接夹具形成的密闭空间，使内部保持氩气气氛，其中外保护气为99.999%Ar，喷嘴气体流量约为6~10L/min，内保护气为98%Ar +2%N 2，流量约为10~15L/min；焊接电流68~70A，焊接电压12~14V，焊接速度90~110mm/min，热输入0.45~0.65kJ/mm 时，焊接接头的力学性能、铁素体含量和耐点蚀能力均满足标准的相关要求。
关键词：超级双相不锈钢；焊接工艺；微观组织；相比例；点蚀Research on welding process of super duplex stainless steel S32750in umbilicalcableNIU Huli 1,2,LIU Jian 1,2,HE Yazhang 1,2,WANG Hong 1,2,ZHANG Tianli 1,2PC Engineering Technology Research Co.,Ltd.,Tianjin 300451,ChinaPC Key Laboratory of Offshore Engineering,Tianjin 300451,ChinaAbstract：The welding process experiment of the super duplex steel S32750in the umbilical cable was carried out by the all-position TIG welding method to study and analyze the mechanical properties,microstructure,phase ratio,and corrosion resistance of the welded joint.The results show that when the diameters of the tungsten wire and the welding material ER2594are 2.4mm and 1.0mm,the back of the weld (inside the pipe)is protected by filling argon and the closed space formed by the welding fixture keeps the argon inside,in which the external shielding gas is 99.999%Ar with the nozzle gas flow of about 6~10L/min and the internal shielding gas is 98%Ar+2%N 2with the flow of about 10~15L/min,as well as the welding current of 68~70A,the welding voltage of 12~14V,the welding speed of 90~110mm/min,and the heat input of 0.45~0.65kJ/mm,the mechanical properties,ferrite content,and pitting resistance of the welded joint all meet the relevant standard requirements.Keywords：super duplex stainless steel;welding process;microstructure;phase ratio;pitting corrosion随着探明的海洋油气储量逐年增多，海洋油气资源开发活动日益活跃，深水和超深水油气田开发将成为未来的发展趋势。
双相不锈钢焊接知识
4)综合力学性能好。有较高的强度（包括疲劳强度），屈服强度 是普通Cr-Ni奥氏体不锈钢的2倍；
5)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； 6) 低铬（ωCr18%）的双相不锈钢热加工温度范围比 18-8 型奥氏
例如：700℃下冷速为70℃/s时， 含N量0.130%的钢，HAZ中α含量达85%； 含N量0.396%的钢，HAZ中α含量仅43%。仍能保持满意的
力学性能和耐腐蚀性能。
Φ（α）为85%
Φ（α）为43%
不同N含量双相不锈钢的HAZ组织
结论： 含 N 量较高的双相不锈钢采用低热输入的焊接
工艺，不会对HAZ 组织产生不良影响，且无需进行焊后固 溶退火处理。
σ相析出 双相不锈钢焊接接头有析出σ相脆化的可能,σ相是铬和铁的金属间化合 物,它的形成温度范围600~1 000℃。不同钢种形成σ相的温度不同,如 00Cr18Ni5Mo3Si2钢在800~900℃,而双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3CuN在 750~900℃形成, 850℃最敏感。形成σ相需经一定的时间，一般1~2min萌生， 3~5min σ相增多并长大，因此，焊接时应采用小热量输入,快速冷却。消除 应力处理时,采用较低的温度,如550~600℃为宜。这样可以防止σ相的产生。
根据成分和PREN值分类： ⑴ 低 合 金 型 ， 23%Cr 无 Mo 双 相 不 锈 钢 ： Cr:23% Ni:4% N:0.1-0.2% Mo:3% N:0.14-0.17% PREN=24～25 PREN=30～36 ⑵ 中 合 金 型 ， 22%Cr 标 准 双 相 不 锈 钢 ： Cr:22% Ni:5-5.5% ⑶ 高 合 金 型 ， 25%Cr+(0-2.5%)Cu 双 相 不 锈 钢 ： Cr:25-27% Ni:4-7% Mo:1.5-3.3% N:0.15-0.25% PREN=32～40 ⑷ 25%Cr超级双相不锈钢：Cr:25-26% Ni:6-7% Mo:3.5-4% N:0.25-0.28% PREN>40
超级双相不锈钢的焊接工艺评定及应用
摘
要
进 行 了超 级 双 相 不 锈 钢 的 手 工 电 弧 焊 、 工钨 极 氩 弧 焊 以 及 模 拟 封 头 热 成 形 、 固溶 化 热 处 理 手 经
的手 工 电 弧 焊 的 对 接 焊 缝 焊 ４ ｒ 艺评 定 和 产 品 的 施 焊 ， 项技 术指 标 均 满足 要 求 ， 明所 选 用 的 焊 接 方 ￣＿ － 各 证 法、 接材料、 焊 焊接 工 艺 和 热 成 形 工 艺正 确 合 理 。 关键词 超 级 双相 不锈 钢 焊 接 工 艺评 定 焊接 材料
从２ ０世 纪 ７ ０年 代 开 始 ， 随着 二 次 精 炼技 术
学 性能 好 ， 因此可 以大 量节 约用 材 ， 降低设 备制 造
成本 。 由于超 级 双 相 不 锈 钢 的 以上 特 殊 优 点 ， 已 广 泛应 用于 海上 和 陆 地 油气 装 置 、 工 压 力 容 器 化 及 纸浆 和造 纸等 行业 。
双 相不锈 钢保 留 了铁 素体 不 锈 钢 强 度 高 、 热 系 导 数 大及线 膨胀 系 数 小 等特 点 ， 时 又具 备 奥 氏 体 同
相不 锈钢 的 发展 与应 用 开 始 于 ２ ０世 纪 ３ ０年 代 ，
至今 已发 展 了三代 。第 一 代 以美 国在 ２ ０世 纪 ４ ０
２ ０世 纪 ８ ０年代 后期 发 展 的超 级 双 相 不锈 钢 属 于第 三 代 双 相 不 锈 钢 ， 型 牌 号 有 Ｓ Ｆ ５ ７ 典 Ａ ２０ 、
Ｕ ５ Ｎ＋及 Ｚ ｒｎ ０ Ｒ２ ｅｏ ｌ０等 ， 这类 钢 的 特点 是 含 碳 量 低 （ ． １～ ． ２ ） 且 含 有 较 高 的 Ｍｏ和 Ｎ（ ００ ０ ０ ％ ， Ｍｏ 约４ ， ％ Ｎ约 ０ ３ ） 铁 素体 含 量 约 占 ４ ４ ％ ； ．％ ， ０— ５