超级双相不锈钢焊后固溶处理的实际应用

GXF360 2019-10-27

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0 前言

随着双相钢材质的发展，对于双相钢焊接及热处理的研讨也逐渐深入，制作的产品涉及到双相钢的焊接及焊接后的固溶处理，该产品直径较大、壁厚较厚、焊接量较大，耐腐蚀要求及冲击韧性要求都较苛刻。在产品制作过程中在固溶处理温度的选择上，遇到了一些问题，参考一些资料以及实际试验的研究结果，解决了生产中遇到的问题。

2014年9月的一天，李淑荣接到勘探南方分公司打来的电话，旺1井需要尽快完成测井资料解释。作为在西藏部署的首口重点预探井，这口井的成败直接关系到整个西藏地区的勘探前景。可西藏冬季有封山期，距离甲方试油仅剩一个月的时间，留给测井解释的时间就更少了，只有48小时。

1 设备简介

文中所研究的对象为一种闪蒸罐设备，该设备的主体材料为超级双相不锈钢，牌号为SA240 S32750，筒体内径为7 620 mm，筒体壁厚为36 mm，封头及锥体壁厚为38 mm，设备总重量为122 t。该闪蒸罐设备的设计制造过程符合ASME 第Ⅷ卷第1册的设计要求及制造规范。

该闪蒸罐设备外形尺寸较大，壁厚较厚，在制造过程中除了需要满足标准要求外，对材料及焊缝的冲击韧性及耐腐蚀性等性能有着更高的要求，具体性能指标要求如下：(1)冲击吸收能量，在冲击试验温度为-45 ℃的情况下，焊缝的冲击吸收能量应不低于54 J；(2)抗腐蚀性能，腐蚀试验按照ASTM A923 C法进行试验，试件需在40 ℃的 FeCl3溶液(质量分数为6%)中浸泡24 h，试样的腐蚀速率不得超过10 mg/(dm2·d)；(3)焊缝的铁素体含量应控制在40%～60%以内；(4)耐点蚀当量(PREN)不小于40。该闪蒸罐设备的结构示意图如图1所示，图2为该闪蒸罐设备制造完成后的实物照片。

图1 闪蒸罐设备结构简图

图2 闪蒸罐设备实物图

2 母材成分和性能

2.1 SA240 S32750超级双相不锈钢化学成分

SA240 S32750超级双相不锈钢的化学成分见表1。钢的抗点蚀和缝隙腐蚀能力主要由Cr，Mo和Ni元素含量决定，用来衡量这种抗腐蚀性能的指数就是PREN值(抗点蚀当量)，PREN=Cr+3.3Mo+16N[1]。

2.2 力学性能及影响因素

双相不锈钢力学性能的影响因素主要有合金元素、晶粒度以及相比例等。从表2中可以看出：双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的2～3倍，SA240 S32750钢的屈服强度比其他双相不锈钢的高原因在于氮元素的强化作用。而在奥氏体不锈钢的内部晶粒之间有更多的滑移面，所以它的断后伸长率明显高于双相不锈钢。在双相不锈钢中的主要合金元素Cr，Ni，Mo，N等对钢的各项性能都起到了很重要的作用。

初读是学习课文的第一环节，承担着读通课文和初步感知课文的任务。所以，“初读”的有效落实尤显重要。因此在初读环节，除达成读准、读顺课文这一保底工程外，还需知晓大意、理清文脉。如教学《李时珍夜宿古寺》，在此环节时，教师要求学生带着“李时珍为什么要夜宿古寺？又在古寺里做了什么？”的问题去读通课文，自然而然地把课文两个重点的部分突出出来。这样的训练，学生既初步理解了文本大意，又培养了阅读理解能力。

表1 SA240 S32750化学成分(质量分数,%)

类别CMnSiSPCrNiMoCuN标准要求值0.0301.200.800.0200.03524.0～26.06～83～50.500.24～0.32典型值0.0160.600.470.0010.02725.607.153.570.330.24

表2 SA240 S32750板材力学性能

类别屈服强度ReL/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A(%)(-40 ℃)冲击吸收能量KV/JPREN布氏硬度(HB)标准要求值≥550≥795≥15—≥40≤310图纸要求值≥550≥795≥15≥54—≤310实测值66085044270,267,27741.22258

3 双相不锈钢的焊接

双相不锈钢具有良好的焊接性能，热裂纹倾向小，焊接时不需预热，焊后不需热处理。与奥氏体不锈钢焊接相比较，焊缝的热裂纹倾向低；与铁素体不锈钢焊接相比较，焊接接头焊后的脆化程度低；而且焊接热影响区(HAZ)中单相铁素体的粗化程度也较低。双相不锈钢的焊接关键是要使焊缝金属和焊接热影响区(HAZ)均保持有适量的铁素体和奥氏体的组织[2-3]。

3.1 焊接工艺规范

3.1.1 GTAW焊接工艺参数

“一切自在的客体为主体所掌握都要经过主体已有的心智结构(包括已经内化了的知识、观念及思维模式等)的筛选与转换。”换言之,个体素质形成与发展的水平,在很大程度上就取决于个体将周围的精神文化有选择地逐步内化这个过程。对所参照的人格规范及价值体系的内化,决定着个体的理想自我的形成。教育活动中向学生所提出的外部的、客观的知识、规范,只有通过“内化”才能成为学习主体内部的知识和规范。考察职业院校学生责任文化素质形成的过程,其内化是一个由认知转化、知能转化、知行转化相辅相成的综合统一、反复交错的动态开放系统。

2.3.3 混播组合对混播植物MDA含量的影响 A2B0和A1B0组合禾草MDA含量显著高于其他组合(P<0.05)。猫尾草不同混播比例组合MDA含量普遍较低，为1.77～4.36 μmol/g(表5)，而披碱草为5.65～12.84 μmol/g，无芒雀麦为6.69～12.83 μmol/g，除A2B3外，其余组合均显著高于猫尾草组合(P<0.05)。在不同混播组合条件下，苜蓿MDA含量最高的组合是A2B1,显著高于A3B2，A3B3和A1B4组合(P<0.05)，其余混播组合间苜蓿MDA含量差异不显著(表6)。

GTAW焊接工艺参数见表3。焊接过程中保护气体是99.99% Ar，气体流量为8～12 L/min；背面保护气体为99.99% Ar。焊前必须清理焊件表面的油污,水分等。操作上应特别注意收弧质量,收弧时先将焊接电流衰减下来,填满弧坑后移向坡口边沿收弧,以防产生弧坑裂纹。

近10年来，随着教育改革和教学改革的逐渐深入，江苏南通田家炳中学的育人理念发生很大变化。2014年，在北京师范大学朱小蔓教授专家团队的关心与扶助下，学校开始深入思考教育的本质问题，重点是如何让教育回归到应然状态。一批热爱教育和热心教育科研的教师从学校办学现状出发，反复研究探讨，质疑辩论，几经酝酿，最终提出“校园情感场生态”概念，经多方专家论证后，学校将“构建校园情感场生态”作为未来几年的重要工作目标，希望借此推动学校办学更上一层楼。

3.1.2 焊条电弧焊SMAW焊接工艺

SMAW焊接工艺参数见表4。焊条在使用前应按有关规定进行烘干；焊前必须清理焊件表面的油污,水分等[4]。

经过多次焊接试验，焊接工艺评定结果合格，产品焊接试板也全部合格。

表3 GTAW焊接工艺参数

焊材型号焊丝直径d/mm电流极性焊接电流I/A电弧电压U/V热输入E/(kJ·cm-1)ER25942.4直流正接120～20010～158～15

表4 SMAW焊接工艺参数

焊材型号焊条直径d/mm电流极性焊接电流I/A电弧电压U/V热输入E/(kJ·cm-1)E2594-163.24.0直流反接90～130120～18020～248～15

4 双相不锈钢焊接后的固溶处理

根据标准规定，在制作过程中，若试件为冷成型且成型后应变率超过5%的部件，成型后应进行固溶处理。

以板成型的圆筒应变率计算公式如式(1)所示，以板成型的球形或蝶形封头应变率如式(2)所示：

读了《杂文月刊》文摘版2018年9月下《电梯风景》一文，颇有同感。漫画味很浓的压题图片赫然出现在文章标题“电梯风景”旁边，刻画出乘坐电梯者的众生相。该是上班高峰期吧，赶着上班的人硬生生挤入已经满员或超载的电梯，电梯门无法关上，电梯更无法运行。压题图片定格了这一瞬间，这另类的“风景”本身就非常诙谐幽默了。

ε=(1.0t/2Rf) ×(1-Rf/R0)×100%

(1)

ε=(1.5t/2Rf) ×(1-Rf/R0)×100%

(2)

式中,ε为应变率；t为成型前板或管子的公称厚度；Rf为成型后的平均半径；R0为初始半径；对于平板R0=∝。

若试件需要进行热成型，则所有热成型加工试件，在成型后均应进行固溶处理。

闪蒸罐设备共有13个接管冷成型后应变率超过5%；还有一个小锥体为热成型,都需要进行固溶处理。

4.1 焊接工艺评定试板的固溶处理

产品的小锥体需要热成型、部分接管进行冷成型(变形率超过10%)，应进行固溶处理。根据标准推荐的固溶处理温度(980～1 130 ℃)，预定固溶处理的温度为1 050 ℃±20 ℃，首先焊接一块焊接工艺评定试板，按照图3热处理工艺进行固溶处理。

而数据仓库集成是从不同数据库中提取数据后将它们集成并存储到一个集中的数据库中，然后再对集成的数据库进行智能的多重、复合和交叉检索[3]。数据仓库集成强调的不是检索的转换，而是实际数据源的转换集成。因此，相比之下数据仓库集成系统减少了对网络数据实时访问性能的依赖，有效地消除了如网络瓶颈、低响应时间和突发的数据源不可用等问题。同时，由于数据仓库的特殊特征，数据仓库集成也方便构建面向特定主题的数据库，提高数据检索速度，并实现对决策支持的检索。目前采用数据仓库方法的系统有GUS[4]，BioMolQuest[5]，InterPro[6]等。

图3 固溶处理工艺示意图

焊接工艺评定试板固溶处理后进行了焊缝的化学分析试验，试验数据见表5；并根据根据WRC—1992(FN)图计算铁素体含量：48%，作为验证，按照ASTM E562法采用系统人工点计数法测定体积分数的试验方法，检测结果铁素体含量为58%；按照ASME QW—150方法进行了拉伸试验，试验结果见表6；按照ASME QW—160方法进行了弯曲试验，弯曲试验结果见表7；按照ASME QW—170方法进行冲击试验，冲击试验结果见表8。

表5 焊缝的化学成分(质量分数，%)

CSiMnSPCrNiMoCuNNb0.0240.670.680.0040.02125.329.543.750.120.230.03

表6 拉伸试验参数及结果

试样编号试样尺寸/(mm×mm)抗拉强度Rm/MPa屈服强度ReL/MPa断后伸长率A(%)断裂位置138×191 001——母材238×191 058——母材

表7 弯曲试验参数级结果

试样编号试验类型试样厚度d/mm弯心直径D/mm弯曲角度δ(°)试验结果3侧弯1040180°断裂4侧弯1040180°断裂5侧弯1040180°断裂6侧弯1040180°断裂

表8 冲击试验参数及结果

试验编号试样尺寸/(mm×mm×mm)缺口类型缺口方向缺口位置(-40 ℃)冲击吸收能量KV/J侧向膨胀量/mm755×10×10V⊥焊缝60—855×10×10V⊥焊缝88—955×10×10V⊥焊缝87—1055×10×10V⊥热影响区3—1155×10×10V⊥热影响区5—1255×10×10V⊥热影响区3—

按照ASTM A923 C法进行晶间腐蚀试验。40 ℃的6%FeCl3溶液中浸泡的2组试样的平均腐蚀速率为2 776.02 mg/(dm2·d),大于ASTM A923 C法标准要求的最大允许腐蚀速率10 mg/(dm2·d)，腐蚀试验结果不合格。

试验结果显示，弯曲试验、冲击试验以及腐蚀试验均不合格。

图1主要是被解释变量和解释变量随时间变化的趋势，如图1所示，横轴为时间序列所选取的年份，实线代表碳排放量，虚线代表GDP增长率，两者在数据选用年份中变化趋势一致。

4.2 不合格原因分析及研讨

4.2.1 固溶处理对力学性能的影响

当固溶温度在920～1 050 ℃时，SA240 S32750超级双相不锈钢的断后伸长率不足10%，硬度值(HB)大于330，断口呈明显的脆断特征，如图4所示。而固溶温度在1 050～1 100 ℃，断后伸长率一般在20%～30%，HB值为240～270。

图4 焊缝脆性断口形貌

在热处理过程中，双相不锈钢的晶界处极易析出一种含高Cr，Mo的Fe-Cr(-Mo)金属间化合物σ相，σ相属于四方结构，它硬且脆，可明显降低钢的韧性、塑性；同时因其富铬，故在其周围往往出现贫铬区或由于它本身的溶解而使钢的耐腐蚀性能降低。950 ℃固溶处理的拉伸脆性断口进行电镜和能谱分析(图5a)表明，在断口上形成了大量富Cr，Mo的金属间化合物σ相，其稳定存在的温度范围为800～950 ℃。对断口进行磁性对比，该断口磁性明显减弱。随着Cr，Mo含量的提高，该相在钢中稳定存在的上限温度提高，一般认为，在双相不锈钢σ相的析出机制为α→γ+σ，一旦大量析出，会严重恶化材料的塑性、韧性以及耐腐蚀性，在钢中少量的存在便可大大破坏钢的塑性和韧性[5]。

4.2.2 固溶处理对相比例的影响

对于双相不锈钢而言，相比例控制直接关系到材料最终的使用性能，特别是焊接性能。较为理想的情况是α∶ γ接近1∶ 1，或者是γ略多一些，这样可以保证焊接热影响区的γ相不低于30%，从而大大改善焊接热影响区(HAZ)的韧性。

经过1 050 ℃固溶处理的SA240 S32750超级双相不锈钢中铁素体含量为46%，金相组织显示深色的α相与浅色的γ相以合适的比例共存,如图5b所示；经过1 100 ℃固溶处理的SA240 S32750超级双相不锈钢中铁素体含量为50%，如图5c所示。

原来，汪建新“退贿交贿”，只是表面假象，而实际上却不是这样。就说徐某某那次行贿，汪在高调“退贿”的第五天，再次致电徐到办公室“坐坐”。这次徐带现金2万元，汪建新欣然收下。汪建新还组成分工协作的贪腐利益集团，自己成为“腐败公司老板”，以合伙人张某某的名义注资300万元，成立房地产开发公司。工作人员魏某以其授意用自身名义办理银行卡，专门为汪“理财”，为其进行经营性投资。汪建新利用职务之便，非法占有公共财物共计人民币371万多元，收受贿赂70万元，其滥用职权致使灌南县财政流失资金1436万元。

铁素体含量呈增加的趋势，但两相比例变化较小。而920～1 000 ℃，铁素体含量很少，金相组织显示有大量的析出相，经能谱分析，析出相为高Cr，Mo的σ相，而且随温度的升高，铁素体含量逐渐增加。正是因为无磁性的σ相析,导致了铁素体含量的大幅度降低。

4.2.3 固溶处理对耐蚀性的影响

将移动互联网技术使用在学校资产管理系统当中能够有效地提高学校园对于资产管理的准确性，并且全面提高了管理的工作效率。伴随着网络技术手段的不断进步与提升，将拥有固定资产内容通过移动端互联网技术来实现各个分校区域、各不同的部门当中，从而实现资源共享这一中心目的，同时要求做到数据资料的及时更新，从而实现资产管理的实时操作性，全面提高各学校自身资产管理的效率。资产管理系统可以完全满足单个或多个用户进行同时访问，可以根据自身不同的权限来实现不同的自身需求[3]。

SA240 S32750超级双相不锈钢含有高Cr，Mo，N，在Cl-富集的环境下，该钢种的耐点蚀指数PREN，一般要求大于40。

SA240 S32750超级双相不锈钢中，σ相析出会带来材料耐腐蚀性能的降低。σ相析出的温度上限因钢中Cr，Mo含量的提高而提高，在1 000 ℃固溶处理也有析出的危险。一旦析出σ相，导致材料的硬度升高，塑性、韧性降低，相比例失调，并明显恶化钢的耐腐蚀性能。因此，避免环境设备等因素的影响，提高固溶处理温度到1 100 ℃。

图5 固溶处理温度对SA240 S32750超级双相不锈钢相组织的影响

4.3 解决方案及工艺评定

经过分析，决定重新进行焊接工艺评定，将固溶处理温度提高至1 100 ℃，固溶处理工艺如图6所示。

图6 修改后固溶处理工艺示意图

按照修改后的固溶处理工艺将焊接工艺评定试板固溶处理后进行了焊缝的化学分析试验，试验数据见表9；并根据WRC—1992(FN)图计算铁素体含量为50%，作为验证，按照ASTM E 562法采用系统人工点计数法测定体积分数的试验方法，检测结果铁素体含量为58%；按照ASME QW—150方法进行了拉伸试验，试验结果见表10；按照ASME QW—160方法进行了弯曲试验，弯曲试验结果见表11；按照ASME QW—170方法进行冲击试验，冲击试验结果见表12。

按照ASTM A923 C法进行腐蚀试验。40 ℃的6%FeCl3溶液中浸泡的2组试样的平均腐蚀速率为2.649 mg/(dm2·d),小于ASTM A923 C法标准要求的最大允许腐蚀速率10 mg/(dm2·d)，腐蚀试验结果合格。

表9 焊缝化学成分(质量分数,%)

CSiMnSPCrNiMoCuNNb0.0280.780.770.0050.02226.259.743.850.140.250.03

表10 拉伸试验参数及结果

试样编号试验温度T/℃试样尺寸/(mm×mm)抗拉强度Rm/MPa屈服强度ReL/MPa断后伸长率A(%)断裂位置1327.636×19805——焊缝1427.636×19822——焊缝

表11 弯曲试验参数及结果

试样编号试验类型试样厚度d/mm弯心直径D/mm弯曲角度δ(°)试验结果15侧弯1040180°合格16侧弯1040180°合格17侧弯1040180°合格18侧弯1040180°合格

表12 冲击试验参数及结果

试验编号试样尺寸/(mm×mm×mm)缺口类型缺口方向缺口位置(-40 ℃)冲击吸收能量KV/J侧向膨胀量/mm1955×10×10V⊥焊缝901.112055×10×10V⊥焊缝811.032155×10×10V⊥焊缝820.932255×10×10V⊥热影响区1411.442355×10×10V⊥热影响区1141.352455×10×10V⊥热影响区1371.41

试验结果显示，提高固溶处理温度至1 100 ℃后，焊接工艺评定试板的各项检测结果都合格。