双相不锈钢的焊材及其焊接方法和应用技术

本发明专利技术涉及焊接技术领域，公开了双相不锈钢的焊材，焊材的化学成分质量百分比计包括：C≤0.03％、Cr:18.0％～23.0％、Ni:63.0％～70.0％、Mo：8.0％～9.0％、Nb:3.0％～4.0％以及不可避免的杂质。双相不锈钢的焊接方法，包括采用如前述实施方式的双相不锈钢的焊材焊接双相不锈钢，焊接时，采用钨极惰性气体保护焊打底焊接，然后采用熔化极惰性气体保护焊进行填充焊。本申请提供的焊材以及焊接方法，焊接后得到接头具有较好的力学性能和耐腐蚀性。接后得到接头具有较好的力学性能和耐腐蚀性。接后得到接头具有较好的力学性能和耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
双相不锈钢的焊材及其焊接方法和应用


[0001]本专利技术涉及焊接
，具体而言，涉及双相不锈钢的焊材及其焊接方法和应用。

技术介绍

[0002]双相不锈钢是指铁素体与奥氏体各约占50％，兼有奥氏体和铁素体特点的一种节镍不锈钢。自上世纪40年代诞生于美国以来，双相不锈钢以其优良的力学和耐点蚀、晶间腐蚀和氯化物应力腐蚀开裂等性能，在石油化工、海洋船舶及军工等领域得到了广泛应用。随着双相不锈钢在石油化工行业的用量的逐年增大，双相不锈钢失效的问题也越来越多，经分析大多数失效案例为焊接接头区域的腐蚀穿孔或开裂等造成的。
[0003]在双相不锈钢研究初期，大多数采用奥氏体不锈钢焊接材料，如E309SiL、E316L，这种奥氏体组织焊缝基本能满足一些双相不锈钢的需要，但是由于焊材与母材在成分和组织上的差异导致焊缝金属在一些腐蚀环境中的耐蚀性能不足。随着技术的发展进步，国内外科研工作者已开发出各类双相不锈钢相对应的焊接材料，其特点是焊缝组织为奥氏体占优的双相组织，目前常用的双相不锈钢焊材包括E2209、E2594等，主要耐蚀元素(Cr、Mo等)含量与母材相当，从而保证与母材相当的耐蚀性能。然而，在工程实际应用过程中，经常出现由于双相不锈钢焊接接头部分的腐蚀失效问题，严重影响设备、管道的安稳运行和人身安全。为保证双相不锈钢焊接接头区域的各项性能，国内外科研人员做了大量的研究工作，然而研究内容大多集中在焊接工艺和接头组织性能等方面，涉及焊接材料选择的方面内容甚少，而焊接材料的品质和性能恰恰是双相不锈钢焊接接头性能的决定性因素。因此，选择正确合适的焊材，在此基础上配备合理的焊接工艺是控制和改善双相不锈钢焊接区域各项性能的必要手段。在焊前预热、焊接热输入、层间温度控制等方面均有严格的要求，如果控制不当，将导致双相不锈钢焊接接头的力学及耐蚀性能不能满足要求。焊接人员的操作也较高，工程实际应用中难度较大。过低的热输入可能导致母材熔合区和热影响区铁素体含量过高，韧性和耐蚀性能降低。过高的热输入增大了在金属间相析出温度区间的停留时间，金属间相的析出导致耐腐蚀性能降低。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供双相不锈钢的焊材及其焊接方法和应用。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种双相不锈钢的焊材，焊材的化学成分质量百分比计包括：C≤0.03％、Cr:18.0％～23.0％、Ni:63.0％～70.0％、Mo：8.0％～9.0％、Nb:3.0％～4.0％以及不可避免的杂质。
[0008]在可选的实施方式中，焊材为焊丝，焊丝直径为1.0～2.4mm。
[0009]第二方面，本专利技术提供一种双相不锈钢的焊接方法，包括采用如前述实施方式的
双相不锈钢的焊材焊接双相不锈钢，焊接时，采用钨极惰性气体保护焊打底焊接，然后采用熔化极惰性气体保护焊进行填充焊。
[0010]在可选的实施方式中，采用钨极惰性气体保护焊进行打底焊接时焊接电压10～15V，电流120～150A；
[0011]优选地，焊接速度为4～12cm/min；
[0012]优选地，保护气为氩气或者氩气和氮气的混合气。
[0013]在可选的实施方式中，采用熔化极惰性气体保护焊进行焊接时焊接电压18～26V，电流140～160A；
[0014]优选地，焊接速度为12～18cm/min；
[0015]优选地，保护气为氩气和氦气的混合气，其中氦气占比为18％～22％。
[0016]在可选的实施方式中，采用钨极惰性气体保护焊打底焊接以及采用熔化极惰性气体保护焊进行填充焊时，保护气的流速均为10～20L/min。
[0017]在可选的实施方式中，焊接方式为坡口焊接；
[0018]优选地，坡口角度为65
°
～75
°
；
[0019]优选地，坡口焊接为V形坡口焊接，钝边为0～2mm，组对间隙为1～4mm；
[0020]优选地，道间温度≤150℃。
[0021]在可选的实施方式中，焊接母材包括SAF2205或SAF2507。
[0022]第三方面，本专利技术提供一种工件，采用如前述实施方式任一项的焊接方法焊接得到。
[0023]第四方面，本专利技术提供如前述实施方式的工件在石油化工、海洋船舶或军工领域的应用。
[0024]本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本申请提供的焊材，通过合理的元素设计提高其化学成分中镍含量，焊缝为奥氏体组织，增加焊缝组织的韧性，通过降低焊材中的碳含量，降低了焊缝区域的晶间腐蚀敏感性，钼含量控制为8％～9％，以提高焊缝金属的耐点蚀和缝隙腐蚀性能，提高镍含量，降低甚至避免氮元素的存在，以避免产生气孔；本申请针对现有技术焊材中总体较低的合金元素含量，提高了焊材中合金元素的总体含量，从而避免了焊缝金属对熔合区母材的稀释作用；控制其他杂质元素含量在较低范围内，避免这些元素对焊缝的强度产生影响。
[0026]本申请提供的方法，采用本申请提供的双相不锈钢的焊材进行焊接，并同时采用GTAW(钨极惰性气体保护焊)+GMAW(熔化极惰性气体保护焊)的复合焊接方法进行焊接，GTAW焊接热输入量较低，焊接过程中对焊缝及热影响区的各项性能影响较小，焊接接头质量稳定，但该方法效率较低，不适合于工业现场的实际应用，适合用于打底；而GMAW焊接热输入量适中，避免了焊接热影响区过热导致脆硬相的产生，采用二者组合的方式，在保证焊接接头质量的同时，提高焊接工作效率。但如果采用SMAW(手工电弧焊)焊接，该方法焊接热输入量较大，极易导致焊接接头两相比例失调和有害相的析出，导致焊接接头的冲击性能和耐腐蚀性能降低。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]图1为焊接坡口示意图；
[0029]图2
‑
11为实施例1
‑
5以及对比例1
‑
5的耐点蚀性能评价实验结果照片；
[0030]图12
‑
21为实施例1
‑
5以及对比例1
‑
5的接头应力腐蚀性能评价实验结果照片。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0032]下面对本申请提供的双相不锈钢的焊材、焊接方法、工件及其应用进行具体描述。
[0033]本申请实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双相不锈钢的焊材，其特征在于，所述焊材的化学成分质量百分比计包括：C≤0.03％、Cr:18.0％～23.0％、Ni:63.0％～70.0％、Mo：8.0％～9.0％、Nb:3.0％～4.0％以及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的双相不锈钢的焊材，其特征在于，所述焊材为焊丝，所述焊丝直径为1.0～2.4mm。3.一种双相不锈钢的焊接方法，其特征在于，包括采用如权利要求1或2所述的双相不锈钢的焊材焊接双相不锈钢，焊接时，采用钨极惰性气体保护焊打底焊接，然后采用熔化极惰性气体保护焊进行填充焊。4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，采用钨极惰性气体保护焊进行打底焊接时焊接电压10～15V，电流120～150A；优选地，焊接速度为4～12cm/min；优选地，保护气为氩气或者氩气和氮气的混合气。5.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，采用熔化极惰性气体保护焊进行焊接时焊接电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓炜，冯勇，唐元生，陈崇刚，樊志帅，段永锋，于凤昌，李朝法，
申请(专利权)人：中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：