浙江至德鋼業(yè)有限公司通過對(duì)2507超級(jí)雙相鋼的焊接性能進(jìn)行分析并制定焊接工藝，工藝評(píng)定合格后應(yīng)用于中壓分解塔的制造。結(jié)果表明，該工藝方法合理、可行，施焊效果良好，確保了中壓分解塔的焊接質(zhì)量，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

一、概述

  2507超級(jí)雙相鋼在固溶狀態(tài)下由奧氏體和鐵素體組成，具有屈服強(qiáng)度高、韌性良好、疲勞強(qiáng)度高和耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，2507超級(jí)雙相鋼在石油化工設(shè)備、海水處理設(shè)備和輸油輸氣管線等腐蝕性能要求較高的工業(yè)領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

  中壓分解塔是尿素裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一，介質(zhì)為甲銨液、氨氣和二氧化碳，工作壓力1.7MPa，工作溫度160℃，材料選用2507，封頭規(guī)格為EHA2600mm×20mm，筒體規(guī)格為φ2600mm×18mm，錐殼規(guī)格為φ2600mm/φ472×18mm，主體結(jié)構(gòu)如圖所示。

二、2507超級(jí)雙相鋼焊接關(guān)鍵點(diǎn)分析

 1. 焊接性分析

  2507超級(jí)雙相鋼具有良好的焊接性能，其鉻和鎳含量高于2505雙相鋼，與奧氏體不銹鋼相比，焊縫的熱裂紋傾向低，與鐵素體不銹鋼相比，焊縫焊后狀態(tài)的脆化程度低，而且熱影響區(qū)單相鐵素體相的粗化程度也比較低。由于2507在中溫有脆性相析出傾向，焊接時(shí)應(yīng)避免過大的熱輸入，盡量用小電流、高速焊、窄焊道和多道焊工藝，防止熱影響區(qū)晶粒粗化和單相鐵素體化。在焊縫金屬開始凝固時(shí)，形成幾乎是全鐵素體組織，進(jìn)一步冷卻則在鐵素體晶界開始形成奧氏體相，轉(zhuǎn)變成奧氏體相時(shí)伴隨著產(chǎn)生兩相之間鉻、鎳、鉬和氮元素的重新分配。由于冷卻速度決定了可轉(zhuǎn)變成奧氏體的鐵素體數(shù)量，因此在高溫受熱后的冷卻速度將直接影響相平衡。由于2507含碳量低、熱裂傾向小，焊前不需要預(yù)熱。

 2. 關(guān)鍵技術(shù)分析

  焊接接頭的力學(xué)性能及耐腐蝕性能取決于鐵素體相與奧氏體相的比例，鐵素體含量過低將導(dǎo)致材料強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕開裂能力下降，鐵素體含量過高則對(duì)耐腐蝕性能和沖擊韌性不利，當(dāng)比例接近于50%時(shí)綜合性能最好。在焊接過程中如何保證焊縫和熱影響區(qū)均保持適當(dāng)?shù)膬上啾壤?，成?507焊接的關(guān)鍵技術(shù)問題。當(dāng)焊縫在800~1000℃范圍停留超過1分鐘，在焊縫和熱影響區(qū)可能形成σ相或氮化物相，這些組織可能造成力學(xué)性能和耐腐蝕性能降低，所以在焊接過程中控制層間溫度非常關(guān)鍵。

三、焊接工藝評(píng)定

 1. 焊接材料的選擇

  綜合考慮焊縫的強(qiáng)度、韌性及耐腐蝕性，一般選擇與母材成分相近的焊材，本次選用國產(chǎn)焊材E2594-16，化學(xué)成分和力學(xué)性能見表所示。從表可以看出，E2594-16焊材的鉻、鎳和鉬含量比母材2507略高，氮含量比母材2507略低。從表中可以看出，焊材的抗拉強(qiáng)度比母材高，延伸率比母材低。

 2. 焊前準(zhǔn)備

  焊接工藝試板選用500mm×250mm×18mm。

  a. 坡口選擇

  此試樣選擇V型單面坡口，坡口角度α=60±5，鈍邊p=2±1mm，間隙b=2±1mm，坡口的加工宜采用機(jī)械方法。

  b. 坡口清理

  焊前清理坡口兩側(cè)內(nèi)、外表面各50mm范圍內(nèi)油污、鐵銹、水和其他影響焊縫性能的雜物，直至露出金屬光澤。

 3. 焊接工藝評(píng)定參數(shù)制定

  焊接方法及參數(shù)如表所示，焊接線能量控制在0.2~1.5kJ/mm，保護(hù)氣體采用98%Ar+2%N 2，正面氣體流量8~10L/min，背面氣體流量10~12L/min，保護(hù)氣體中加入氮?dú)庵饕袃煞矫孀饔茫皇荖元素在焊縫凝固過程中有助于奧氏體的轉(zhuǎn)變從而控制兩相平衡；二是焊接過程中補(bǔ)充N元素的燒損，提高焊縫區(qū)域的抗腐蝕性能。層間溫度控制在100℃以內(nèi)。

 4. 焊接工藝評(píng)定結(jié)果

   a. 外觀檢查及無損檢測(cè)

  焊縫外觀檢查合格后，經(jīng)100%PT按NB/T 47013.5-2015Ⅰ級(jí)合格，經(jīng)100%RT按NB/T47013.2-2015Ⅰ級(jí)合格。

  2. 力學(xué)性能試驗(yàn)

  對(duì)焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，如表所示。

 3. 相比例檢測(cè)

  按ASTM E-562標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試焊接接頭相比例，其中母材、焊縫及熱影響區(qū)的鐵素體含量為47.5%~53.5%，測(cè)試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

 4. 腐蝕試驗(yàn)

  按ASTM-A262標(biāo)準(zhǔn)B法檢測(cè)焊接接頭的晶間腐蝕敏感性，在硫酸鐵-50%硫酸溶液中煮沸120小時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如表所示。

  從表可知，試樣平均腐蝕速率分別為0.2325g/m 2·h和0.2300g/m 2·h，均低于標(biāo)準(zhǔn)要求的1.6g/m 2·h，抗晶間腐蝕性能良好。

  按ASTM G46-2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇性腐蝕試驗(yàn)，任何方向上的腐蝕深度不超過100μm，經(jīng)測(cè)量腐蝕深度最大處為19μm，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，如圖所示。

四、2507焊接工藝在中壓分解塔中的應(yīng)用及難點(diǎn)分析

 1. 2507焊接工藝在中壓分解塔中的應(yīng)用

  工藝評(píng)定合格后應(yīng)用于中壓分解塔的制造。筒體段由五個(gè)筒節(jié)組成，共六道環(huán)縫，各筒節(jié)有一道縱縫，錐段共二道環(huán)縫，環(huán)、縱縫經(jīng)100%RT檢測(cè)，按NB/T47013.2-2015Ⅱ級(jí)合格要求，一次合格率達(dá)到98%。

 2. 難點(diǎn)分析及措施

  在制造過程中容易出現(xiàn)下述問題其解決措施如下：

  a. 層間溫度和熱輸入量容易超標(biāo)極低的熱輸入容易導(dǎo)致熔合區(qū)和熱影響區(qū)鐵素體含量過高，相應(yīng)降低韌性和耐蝕性。極高的熱輸入會(huì)增加形成金屬間相的危險(xiǎn)。解決措施是安排專人使用紅外線測(cè)溫儀及時(shí)監(jiān)控層間溫度。

  b. 氬弧焊打底時(shí)氣體保護(hù)措施不到位，氣體保護(hù)措施不到位，焊縫有過熱及氧化現(xiàn)象。解決措施是保證氬氣和氮?dú)饧兌燃氨壤?，設(shè)計(jì)專用氣體保護(hù)罩，如圖3所示。

  c. 焊縫容易存在夾渣缺陷 ，在組裝過程中，圓度和組對(duì)間隙不易控制，焊道之間打磨不干凈容易導(dǎo)致局部夾渣缺陷。解決措施是通過打磨去除缺陷，表面100%PT檢測(cè)合格后按返修焊接工藝補(bǔ)焊，重新RT檢測(cè)，按NB/T47013.2-2015要求Ⅰ級(jí)合格。

  d. 角焊縫焊渣清理時(shí)容易產(chǎn)生表面損傷，采用細(xì)磨方法去除焊渣，不宜采用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)刷，因?yàn)楸砻嫒菀仔纬杉?xì)微裂縫。2507強(qiáng)度高，表面應(yīng)力大，表面缺陷容易誘發(fā)開裂。不能隨意引弧，任何飛濺點(diǎn)應(yīng)清理干凈。

五、結(jié)語

  浙江至德鋼業(yè)有限公司通過對(duì)2507超級(jí)雙相鋼的焊接性能進(jìn)行分析并制定焊接工藝，工藝評(píng)定合格后應(yīng)用于中壓分解塔的制造。結(jié)果表明，該工藝方法合理、可行，施焊效果良好，確保了設(shè)備的焊接質(zhì)量，總結(jié)了實(shí)際施工過程中常見問題及解決措施。