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SAF2205双相不锈钢焊接换热管热处理工艺及设备改进
发布者: 发布时间:2019/12/4 阅读:179

  浙江宏盛特钢有限公司为开发SAF2205双相不锈钢焊接管这一新产品,根据SAF2205双相不锈钢焊接管生产过程中母材会发生组织、力学性能及工艺性能改变的特点,通过改造部分加工设备和制定合理的在线固熔热处理工艺,获得了组织均匀、奥氏体质量分数40%~60%和铁素体质量分数60%~40%的SAF2205双相不锈钢焊接换热管。

  近年来,石化行业为解决抗氯离子腐蚀问题,对双相不锈钢的应用进行了大量的研究和探索。随着这些研究的深入,SAF2205双相不锈钢焊接换热管在含氯离子的工况环境中得到了较多地使用。但目前国内只有极少数厂家能生产SAF2205双相不锈钢焊接换热管,且价格昂贵。为此镇海石化建安公司通过改造部分原有不锈钢管加工设备和改变在线固熔热处理工艺,开发了市场紧缺的SAF2205双相不锈钢焊接换热管。

  SAF2205双相不锈钢为瑞典Avesta公司生产的一种铁素体+奥氏体双相结构的不锈钢,兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。其化学成分和力学性能分别见表。由表可见,该钢的铬和钼质量分数较高。因此,具有极好的抗点腐蚀和均匀腐蚀能力。铁素体和奥氏体双相组织不仅保证了该钢具有很高的抗应力腐蚀破裂能力,而且力学性能良好。根据相关文献,当钢中铁素体和奥氏体双相组织的比例不同时,其耐应力腐蚀的性能也不同。SAF2205双相不锈钢耐应力腐蚀的性能随钢中铁素体和奥氏体组织比例的变化见图。从图1中可以看出,铁素体质量分数为40%、奥氏体质量分数为60%时其耐应力腐蚀效果为最佳。据有关资料,该钢在1997年用于国内某石化厂一套常减压塔顶循环水和两套减顶油气冷凝器,至今运行状态良好。SAF2205双相不锈钢焊接性能优良,焊前不需要预热,它不像铁素体不锈钢焊接热影响区会晶粒严重粗化而造成塑韧性大幅降低,也不像奥氏体不锈钢对焊接热裂纹比较敏感[8]。但为了防止近焊缝区晶粒粗化,焊接时应尽量使用低的线能量焊接。

  在弯曲成形和在线TIG自动焊焊接过程中,通常钢板的内外表面会产生10%~12%的应变。由于它是在强力约束状态下焊成成品管,因此管内存在很大内应力,冷塑性变形后金属的某些物理、化学性能会有显著的变化,如硬度增加、耐蚀性降低等。焊接过程中,在形成焊缝的同时其附近的母材不可避免地经受了一次焊接热循环的特殊影响。因此,形成了组织和性能均不同于母材的焊接热影响区,使该区域的组织、力学性能以及耐腐蚀性能发生改变。正是存在这些原因,在其施焊结束后必须进行恢复性能的热处理。双相不锈钢与纯铁素体或纯奥氏体不锈钢不同,在热处理过程中有相的转变,对性能会产生重要影响。相的转变主要有两相比例的变化以及新相的生成,如碳化物和金属间相生成。当加热达到一定温度时,会发生γ→α的转变,铁素体相增多而奥氏体相相应减少。当温度升高到1250~1300℃时部分低镍双相不锈钢甚至会变成纯铁素体组织,再急冷至室温可获得纯铁素体。当加热温度低于1 000℃时碳化物在铁素体2奥氏体相界上析出。

  热处理的过程要经过一系列由低、中、高的升温过程,SAF2205双相不锈钢在350~500℃加热可能会产生475℃脆性,产生475℃脆性的双相不锈钢将促进应力腐蚀。在600~700℃加热,特别是800℃加热,会产生脆性σ相,这些相的产生也将促使耐应力腐蚀能力下降。随着固溶温度的升高,γ相的量减少,而α相量增加,晶粒长大,粗大的单相铁素体组织的耐应力腐蚀性能将大幅下降。从以上分析可知,在SAF2205双相不锈钢焊接管成形、焊接、热处理的过程中,对材料微观组织、力学性能、工艺性能及铁素体与奥氏体双相比例变化等都会产生一系列不利影响。理论和实践检验表明,SAF2205双相不锈钢焊接管恢复性能的热处理方法只能选择固溶热处理。其热处理曲线见图。为避免双相不锈钢在热处理过程中脆性增加,加热过程和冷却过程都在较短时间内完成。按现有感应加热的方式,经过12~15 s将焊接管从常温加热到所需热处理温度(1070±5)℃,再进行120~150 s的保温,然后进行急速冷却,冷却时间越短越好,宜在90 s内将温度降至易产生脆性的敏化温度以下,甚至低至60℃,而60℃时对焊接管的性能已没任何影响,可以在空气中自然冷却。通过固溶处理可使SAF2205双相不锈钢焊接换热管的组织均匀,硬度降低,焊接应力消除,使焊缝区的组织与母材相似,得到良好稳定的金相组织。

  根据经验,焊接管的表面及内壁的污垢和水分对热处理效果有很大影响。一旦表面有湿气、油脂及其它污垢附着的焊接管进入炉胆时,会使焊接管发生氧化发黑。尤其是在焊接过程中管内不慎进水,热处理过程中水与焊接管接触,其中水中的氧组分使焊接管表面发生氧化导致表面色泽变化,从而影响光亮固溶热处理效果。因此,热处理系统通入保护气前必须先用氮气置换干净热处理系统中的空气,杜绝焊接管进入炉子前有脏污和水分。

 

 
 

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