超級(jí)奧氏體不銹鋼的發(fā)展_性能與應(yīng)用_下_

1、超級(jí)奧氏體不銹鋼的發(fā)展,性能與應(yīng)用(下孫長慶瑞典AvestaSheffield有限公司研究發(fā)展部4超級(jí)奧氏體不銹鋼的加工與工藝性能 奧氏體不銹鋼有良好的可加工性,改進(jìn)后的加工技術(shù)不僅降低了現(xiàn)階段的生產(chǎn)成本,普通級(jí)的不銹鋼不再那么昂貴,且使更高級(jí)的不銹鋼也納入了商業(yè)供應(yīng)渠道。4.1熱加工 與標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼相比,超級(jí)奧氏體不銹鋼在形變過程當(dāng)中通常會(huì)表現(xiàn)出流動(dòng)應(yīng)力增大,特別是那些鉬和氮含量較高的不銹鋼。盡管這些超級(jí)奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度較高,見表2(本文第2.2節(jié),但仍可用加工力較大的設(shè)備進(jìn)行熱加工。特別值得注意的是對(duì)于熱加工的溫度范圍必須嚴(yán)格控制。溫度過高會(huì)導(dǎo)致過度氧化并最終降低其延展性。而溫度過低又會(huì)導(dǎo)

2、致其可成型性的降低。根據(jù)阿維斯塔謝菲爾德有限公司多年生產(chǎn)和使用超級(jí)奧氏體不銹鋼的經(jīng)驗(yàn),6鉬和7鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼的熱加工溫度范圍應(yīng)分別為12001000和11501000。對(duì)于大部分超級(jí)奧氏體不銹鋼,有必要在熱成形加工后進(jìn)行一次固溶熱處理。對(duì)于退火溫度高達(dá)至少1150的6鉬和7鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼來說,要求在熱處理后進(jìn)行快速淬水。冷卻速度要求越快越好。冷卻速度過慢會(huì)導(dǎo)致耐腐蝕能力的降低。4.2冷加工因?yàn)檠由炻史浅ｎ愃?超級(jí)奧氏體不銹鋼與標(biāo)準(zhǔn)的300系列奧氏體不銹鋼相比,在性能上無本質(zhì)差別。其冷加工性能良好。如板式換熱器的生產(chǎn)甚至使用了高合金化的654SMO 型含7%鉬的超級(jí)奧氏體不銹鋼,而鐵素體

3、不銹鋼和雙相不銹鋼則因延伸率低而不適于這種應(yīng)用。但由于強(qiáng)度較高,這些鋼在冷成型處理時(shí)需要更大的初始力。同時(shí),這些高合金不銹鋼具有較高的加工硬化速率。在進(jìn)行加工制造時(shí)應(yīng)給予注意。圖2和圖3分別表示了254SMO和654SMO 在冷變形情況下硬化情況。圖2(14254SMO 在冷加工后的機(jī)械性能圖3(15654SMO 在冷加工后的機(jī)械性能超級(jí)奧氏體不銹鋼可以在冷加工條件下使用,性能不會(huì)有太大變化。但冷加工部件一旦經(jīng)受象焊接之類的熱加工及熱操作就會(huì)加快金屬中間相的析出。因此,當(dāng)用于壓力容器時(shí),規(guī)范中一般均有一些限制,如通常限制最大允許冷加工量為15%等等。4.3切削加工奧氏體不銹鋼的切削性之所以相對(duì)

4、較差是因?yàn)樗母哐诱剐?高度加工硬化和低熱傳導(dǎo)率。特別是那些含鉬和含氮量較高的鋼種。盡管如此,阿維斯塔謝菲爾德有限公司還是為這些材料開發(fā)出了一些適表10不同種類的焊接接頭設(shè)計(jì)焊接接頭設(shè)計(jì)應(yīng)用范圍及注意事項(xiàng)種類一(見圖5(a 對(duì)接接頭,可用于鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊,熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊和涂藥焊條手工電弧焊接。種類二(見圖5(b 單相V 型接頭,適應(yīng)于4至12毫米厚的板材。種類三(見圖5(c 雙相V 型接頭,適應(yīng)于厚于12毫米的板材。種類四(見圖5(d U 型接頭,單相坡口焊縫,為厚于20毫米的板材而設(shè)計(jì),此設(shè)計(jì)能減少焊接時(shí)間和填充焊材。種類五(見圖5(e U 型接頭,雙相坡口焊縫,為厚于20

5、毫米的板材而設(shè)計(jì)。種類六(見圖5(f J 型接頭,單相坡口焊縫,為厚于20毫米的板材而設(shè)計(jì),此設(shè)計(jì)能減少焊接時(shí)間和填棄焊材。種類七(見圖5(g 能滿足完全充分焊透的角焊縫的設(shè)計(jì)。充分焊透可提供最大的強(qiáng)度,同時(shí)也能避免可能出現(xiàn)的縫隙。種類八(見圖5(h 普通角焊縫,角焊縫尺寸應(yīng)最薄部件的0.71.0倍,此種接頭不能承受機(jī)械疲勞的負(fù)載。而且,必須將微小縫隙清除掉以防止腐蝕的發(fā)生。圖5(16焊接接頭設(shè)計(jì)方案用的切削工序從而使其達(dá)到可以接受的切削性。雖仍不及普通奧氏體不銹鋼切削性,但已超過鎳基合金的切削性。通過選擇適當(dāng)?shù)募庸すぞ呒白罴亚邢鲄?shù)可以改善其有限的切削性能。圖4表示了254SMO 與316L

6、 相比的相對(duì)切削性能指數(shù)。該指數(shù)越高,說明材料的切削性能越接近316L 的切削能力。由此可以看出,254SMO 的切削性能雖比316L 的要差一些,但差距并不是很大。圖4相對(duì)切削性指數(shù),刀具為高速工具鋼4.4焊接如今,6鉬和7鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼通過長期的焊接實(shí)踐證實(shí)用目前常用的焊接方式可以獲得令人完全滿意的焊縫。實(shí)際上只要遵照鎳基填充料的特殊要求,焊接操作與標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼的操作很相似。對(duì)于超級(jí)奧氏體不銹鋼,須注意的是與凝固有關(guān)的兩種現(xiàn)象,即微小熱裂現(xiàn)象以及元素偏析現(xiàn)象。超級(jí)奧氏體不銹鋼因?yàn)槭峭耆珚W氏體型凝固所以比普通的304和316型奧氏體不銹鋼更容易發(fā)生微小熱裂現(xiàn)象。6鉬不銹鋼也不象310

7、S (25-20等耐熱不銹鋼那樣對(duì)熱裂敏感。但是,通常用于這類型不銹鋼的鎳基填充料可能會(huì)在焊縫中形成較容易出現(xiàn)微小熱裂紋的化學(xué)成分。為了避免或減少熱裂現(xiàn)象,應(yīng)使用較低的線能量進(jìn)行焊接,且對(duì)接頭設(shè)計(jì)要求也比較高。雖然焊接超級(jí)奧氏體不銹鋼有許多特殊的要求,但只要遵循焊接操作規(guī)程,就能取得完好的焊接結(jié)果。不會(huì)出現(xiàn)上述問題。下面就以焊接254SMO為例,將有關(guān)超級(jí)奧式體不銹鋼的焊接原理與工藝方面的情況作一介紹。其中所使用的許多焊接數(shù)據(jù)是阿維斯塔謝菲爾德有限公司研究開發(fā)部和阿維斯塔焊材有限公司(Avesta Weld2 in g AB多年來合作研究和實(shí)踐的結(jié)果。如何焊好超級(jí)奧氏體不銹鋼,如254SMO,

8、焊接接頭設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的。下面僅舉出八個(gè)較常見的例子,見圖5。這些接頭設(shè)計(jì)的基本原則是保證充分焊透,較完全的氣體覆蓋和最小的線能量。圖5中接頭設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng),在表10中作了概括性的介紹。接頭設(shè)計(jì)種類二至八,均可用鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊和涂藥焊條手工電弧焊進(jìn)行根部焊道焊接。一旦根部焊道完成,就可用鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊,溶化極惰性氣體保護(hù)電弧焊和涂藥焊條手工電弧焊進(jìn)行填充焊接。焊接超級(jí)奧氏體不銹鋼254SMO,最理想的焊接方法是鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊。當(dāng)焊縫背面或另一面不易接近時(shí),在根部焊道要使用100%氬氣作為凈化和保護(hù)氣體。如果采用涂藥焊條手工電弧焊,并且焊縫背面或另一面不易接近時(shí),則應(yīng)采用直

9、徑為2.5毫米的焊條來進(jìn)行根部焊接。每一焊道,都要盡量保證成直線。過大的擺動(dòng)會(huì)造成過高的線能量。焊接間隔的選擇應(yīng)以盡量減小內(nèi)應(yīng)力為主。接頭的設(shè)計(jì)或改動(dòng)應(yīng)以保證完全充分焊透為主要指導(dǎo)思想。焊接超級(jí)奧氏體不銹鋼的方法與焊接普通奧氏體不銹鋼的方法無明顯的差別。常用的焊接方法有:鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊(GTAW/T I G熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊(GMAW/M I G涂藥焊條手工電弧焊(SMAW以上方法均可被用來焊接超級(jí)奧氏體不銹鋼,其它如等離子弧焊(PAW等也常常采用。以下是一些主要焊接方法的簡單介紹。(a鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊在采用鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊時(shí),可以選用圖5中任意一種焊接接頭設(shè)計(jì)。應(yīng)該

10、注意的是表面,坡口預(yù)先處理,校整,根部間距等等。同時(shí)也要有一個(gè)墊板,以便于在進(jìn)行定位焊時(shí)有較好的背面氣體保護(hù)。此時(shí)常采用氬氣作為保護(hù)氣體。鎢極頂角的角度對(duì)控制電弧有很大影響。采用自動(dòng)焊時(shí),對(duì)焊透深度又有很大的影響。一般情況下,頂角角度應(yīng)控制在3060之內(nèi)。焊前最好進(jìn)行幾個(gè)小試驗(yàn)以找出最佳角度。鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊常用的焊接系數(shù)在表11中給出。表11鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊常用焊接系數(shù)電流(安培電壓(伏速度(毫米/秒4016071314(b熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊使用熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊時(shí),可采用短路過渡,脈沖過渡和噴射過渡等三種不同的熔滴形式。焊接參數(shù)如電流和電壓等也隨著熔滴過渡形式和焊絲

11、尺寸等而變化。焊接254SMO時(shí),不同過渡形式的典型焊接參數(shù)分別在表12和表13中給出。使用表12中的焊接系數(shù)時(shí),應(yīng)用純度為99.95%的氬氣作為保護(hù)氣體。氣體速度一般為1622升/分。表12短路過渡時(shí)的焊接系數(shù)焊絲直徑(毫米電流強(qiáng)度(安培電壓(伏1.09013019221.21101402022表13噴射過渡時(shí)的焊接系數(shù)焊絲直徑(毫米電流強(qiáng)度(安培電壓(伏1.0170200281.2220280301.628033031使用表13中的焊接系數(shù)時(shí),保護(hù)氣體應(yīng)為純度為99.95%的氬氣。氣體速度一般為1222升/分。一般情況下,熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊所需的焊材尺寸比鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊的要小

12、,一在采用熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊時(shí),可以選用圖5中任意一種焊接接頭設(shè)計(jì)。應(yīng)該注意的是表面,坡口預(yù)先處理,校整,根部間距等等。同時(shí)也要有一個(gè)墊板,以便于在進(jìn)行定位焊時(shí)有較好的背面氣體保護(hù)。此時(shí)常常采用氬氣作為保護(hù)氣體。(c涂藥焊條手工電弧焊涂藥焊條手工電弧焊采用的是涂藥焊條。藥層的作用是穩(wěn)定電弧,保護(hù)熔池,同時(shí)也起著保護(hù)焊縫凝固的作用。在進(jìn)行涂藥焊條手工電弧焊時(shí),電流強(qiáng)度是保證焊縫質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。而電流的大小又是隨焊條的尺寸而變化的。表14中給出了一些較常見焊條所需的電流強(qiáng)度。電流的選用還應(yīng)以保證平穩(wěn)的電弧和較好的母材熔化為準(zhǔn)。在任何情況下,線能量均不應(yīng)超過1.5千焦/毫米。另外,薄于2.

13、5毫米厚的254SMO板材(或其它6鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼不易于使用涂藥焊條手工電弧焊進(jìn)行焊接。表14焊接254SMO時(shí)不同尺寸的涂藥焊條所需的電流焊條直徑(毫米電流強(qiáng)度(安培2.025452.540703.2560954.090135在氣焊含鉬量高的超級(jí)奧氏體不銹鋼時(shí),如果不用填充金屬,在焊縫部位會(huì)出現(xiàn)較大的鉬元素偏析。在貧鉬部位,局部臨界點(diǎn)腐蝕溫度就相對(duì)來說較低。因此對(duì)由氯化物而引起的點(diǎn)蝕的抵抗性也變得較差。為了避免耐局部腐蝕抵抗能力的降低,應(yīng)該使用特殊的焊接材料。填料的鉬含量要比母材要高,最好使用鎳基合金。焊接超級(jí)奧氏體不銹鋼所需要的,較常見的兩種填充金屬,P12R和P16,是阿維斯塔焊材有

14、限公司為焊接超級(jí)奧氏體不銹鋼專門研究和生產(chǎn)的。包括焊絲和涂藥焊條等形式。表15中給出了幾種焊材的主要化學(xué)成分。在AWS A5.4/A5.11標(biāo)準(zhǔn)中,P12和P12R涂藥焊條的牌號(hào)為ENiCr2 Mo-12。在AWS A5.9/A5.14標(biāo)準(zhǔn)中,P12和P12R焊絲的牌號(hào)為ER NiCrMo-3。表15超級(jí)奧氏體不銹鋼焊材的主要化學(xué)成分wt.%碳硅鉻鎳鉬錳鈮AveataP12P12RP16應(yīng)注意到P12和P12R的主要區(qū)別在于P12是含元素鈮的。一般情況下,使用兩種焊材都能得到較好的焊接結(jié)果。但如果使用條件苛刻,而且是焊接氮含量較高的超級(jí)奧氏體不銹鋼時(shí),則建議使用不含鈮的填料,如P12R或P16

15、。如果焊縫金屬中鈮含量過高,就會(huì)形成氮化鈮沉淀化合物,從而引起焊縫部位性能的退化。這些填充金屬也可被用于超級(jí)奧氏體不銹鋼與其它材料的焊接,如鎳基合金,其它不銹鋼,低合金鋼和碳鋼。對(duì)于254SMO可用P12和P12R。在一般情況下,如果應(yīng)用條件容許的話,也可采用Avesta P5(E309L Mo。這是一種比較經(jīng)濟(jì)的焊材。另外,涂藥焊條應(yīng)以密封形式包裝的,并應(yīng)儲(chǔ)存在溫暖干燥的地方。就一般應(yīng)用而言,焊接超級(jí)奧氏體不銹鋼時(shí),即不需預(yù)熱也不需焊后熱處理。但如在室外焊接時(shí),天氣較冷,這時(shí)容易出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。此時(shí)有必要進(jìn)行預(yù)熱。溫度接近室溫即可,同時(shí)要注意整個(gè)受熱部件溫度分布要均勻。如采用火焰預(yù)熱,應(yīng)注意多

16、在較厚部位加熱。從而避免焊口部位有滲碳現(xiàn)象出現(xiàn)。焊后熱處理一般情況下也是不需要的。然而,如采用不需要填充金屬的氣體焊接方法,為了保證焊后耐腐蝕性能,特別是為了恢復(fù)焊縫部位的抗點(diǎn)腐蝕性能,則需要進(jìn)行焊后熱處理。溫度范圍為11501200,完全加熱后要進(jìn)行快速冷卻,最好是水冷。如是多層焊接,間層溫度應(yīng)保持在100以下。無論是采用哪一種焊接技術(shù),焊后都要進(jìn)行清洗。所有焊渣,飛濺物,污點(diǎn)和氧化膜色等等都要除掉。清除方法包括機(jī)械清除和化學(xué)清除兩種。常用的機(jī)械清除有:打磨,拋光和噴砂丸等。打磨時(shí),應(yīng)在不增加工時(shí)的情況下,盡量采用精細(xì)打磨。所要注意的是應(yīng)該避免使用鐵刷子,以防止表面被污染而生銹。此時(shí)如果焊道

17、處于有氯離子存在的使用環(huán)境中,就會(huì)有產(chǎn)生局部腐蝕的危險(xiǎn)。為了取得最好的抗腐蝕性能,必須除去焊后的表面氧化層。最好的方法是將其泡在混合酸中?；瘜W(xué)清洗常用是由約20%硝酸,5%氫氟酸和水組成的清洗液。同時(shí)也可用Avesta SMO酸洗膏。超級(jí)奧氏體不銹鋼對(duì)酸的抵抗性極強(qiáng),因此最有效的方法看來可以是將機(jī)械打磨、不銹鋼刷磨或磨光、浸泡等幾種方式結(jié)合起來。5超級(jí)奧氏體不銹鋼的應(yīng)用業(yè)績5.1化學(xué)工業(yè)含6%鉬和7%鉬的超級(jí)奧氏體不銹鋼,已在化學(xué)工業(yè)中普遍使用(17。現(xiàn)例舉如下。濕法工業(yè)磷酸(WPA根據(jù)其不同雜質(zhì)的含量,有時(shí)會(huì)具有很強(qiáng)的腐蝕性,而雜質(zhì)含量又取決于加工中的原始磷礦石。表6(見本文第3.1節(jié)中列舉

18、了兩種較典型的濕法工業(yè)磷酸。其氯離子和氟離子濃度是不同的。但其腐蝕性都是很強(qiáng)的。在瑞典他們選用了6鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼254SMO來制造這個(gè)新的,體積為1600立方米的濕法工業(yè)磷酸儲(chǔ)罐。該儲(chǔ)罐建于80年代中期,至今使用情況良好。磷酸廠的氟硅酸反應(yīng)器中二氧化硅沉淀物通過整個(gè)過程(特別是在反應(yīng)器中形成堅(jiān)硬的帶有粘性的沉淀物。反應(yīng)器是由橡膠作內(nèi)襯的,但要除去二氧化硅沉淀物,需經(jīng)機(jī)械處理,維護(hù)工作要求高。用904L制作的管件僅使用了大約一年。由254SMO型超級(jí)奧氏體不銹鋼制成的兩個(gè)反應(yīng)器是于1983年6月安裝,它們?cè)谝院蟮?年中仍然狀況完好。另外,由254SMO制成的一個(gè)離心筐是于1982年安裝的。結(jié)晶器是用316L制成的。現(xiàn)場(chǎng)腐蝕掛片測(cè)試顯示含7%鉬的654SMO作為反應(yīng)器的材料更加理想。氯酸鈉和氯酸鉀在生產(chǎn)程序上是幾乎完全一樣的。有幾個(gè)步驟是在氯化物含量高達(dá)10%的偏中性(p H67強(qiáng)氧化溶液中進(jìn)行的。該溶液很容易使不銹鋼在其