超级双相不锈钢的焊接

焊接技术第43卷第3期2014年3月2507超级双相不锈钢的组织、性能及其焊接工艺程巨强，李杰，弥国华，刘志学（西安工业大学材料与化工学院，陕西西安710021）摘要：介绍了2507超级双相不锈钢的组织、性能特点及其焊接工艺。

指出2507超级不锈钢焊接方法适应性较广，气体保护焊焊接效果较好，焊接热输入和冷却速率影响焊缝组织中铁素体和奥氏体相比例，焊接时，为保证焊缝组织中具有合适的相比例和良好的力学性能及其腐蚀性能，应该控制焊接热输入2～20k J /cm 之间，多道焊时道间温度控制在100℃以下，实际生产中通过调整焊接热输入及控制道间温度，可以得到合适的焊接接头组织及较好的性能。

关键词：2507双相不锈钢；组织与性能；焊接工艺中图分类号：TG457.11文献标志码：B文章编号：1002－025X (2014)03-0024-05收稿日期：2013-03-100引言双相不锈钢已成为一种重要的工程材料，广泛应用于石油化工、海上及海岸设施、油田设备、造纸、造船、环境保护等领域［1-2］。

2507双相不锈钢是在第二代双相不锈钢2205基础上发展起来的，目前有SAF2507，UR52N +，Zeron100，S32750，00Cr -25Ni7Mo4N 等牌号，2507组织由奥氏体和铁素体两相组织构成，兼有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的双重特征，具有比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和更高的热导率，它的孔蚀系数（PREN ）大于40，具有很高的耐孔蚀、耐间隙腐蚀、耐氯化物应力腐蚀开裂性能，同时具有高强度、高抗疲劳强度、低温高韧性等，是一种应用广泛的双相不锈钢。

近年来，随着双相不锈钢应用领域不断扩大，对焊接技术的需求增加，加速了焊接技术的发展。

因此，总结和探讨国内外对2507不锈钢焊接性的研究成果，对于2507双相不锈钢的应用具有重要的工程实用意义。

本文综述了2507双相不锈钢的组织和焊接工艺特点，为该不锈钢组织分析和焊接工艺提供参考。

双相不锈钢焊接工艺要点
双相不锈钢是一种具有很高的耐腐蚀及耐热性能的材料，所以在
工业领域中得到了广泛应用。

焊接是双相不锈钢的常见加工方法之一，下面介绍几个双相不锈钢焊接工艺的要点。

1. 焊接前的预处理：在双相不锈钢板材或管道上进行焊接前，
必须进行严格的加热处理。

预处理温度一般在1000℃以上，时间要根
据板厚、孔径大小、管子长度等因素来确定。

2. 焊接设备：在进行双相不锈钢焊接时，需要使用直流电弧焊
机和专门针对双相不锈钢的焊丝。

其焊丝的成分应该与基材成分一致，以保证焊接质量。

3. 焊接位置：焊接双相不锈钢时，大部分情况下采用横向焊接
的方式。

如果采用竖直位置焊接，需要加大电弧电流和电弧长度，以
保证焊接质量。

4. 焊接工艺：推荐采用氩弧焊接法进行双相不锈钢的焊接，其
中采用保护气体是关键。

氩气压力一般在0.2~0.4MPa之间，其流量大
小应该根据想要达到的焊接速度来调整。

综上所述，焊接双相不锈钢有以下几个要点：焊接前的预处理、
使用专门的设备和材料、适当选定焊接位置和采用氩弧焊接法。

只有
在严格遵守这些要点的前提下，才能够保证焊接质量以及双相不锈钢
的使用寿命。

UNS S32760超级双相不锈钢的等离子拼焊时氮和镍对微观结构和机械性能的影响K.Migiakis.G.D.Papadimitriou收稿日期：2009.3.3/通过日期：2009.9.9/发表日期：2009.9.23版权：斯普伦格科学和商业媒体.LLC 2009理论超级双相不锈钢之所以能应用于优质焊接接头的机械力学性能和防腐蚀方面，主要是因为它具有严格的结构约束力和铁素体--奥氏体相平衡。

由于焊接过程中的过快的冷却速度，熔合区和热影响区的这种平衡无论如何都会被打乱，导致焊件失去了良好的防腐性能和力学性能。

目前正在研究氮加入到等离子工作气体中和增加填充材料中的镍含量对于用等离子弧焊接的超级双相不锈钢的微观结构和机械力学性能的影响。

实验结果表明氮加入到等离子工作气体中会对焊件的机械力学性能产生影响。

结果同时还表明将氮加入到等离子工作气体中以及提高填充金属中镍的含量都会对焊接试样的延伸率产生一种积极地影响，对于拉伸强度来说改善焊接参数后会获得很好的效果。

引言双相不锈钢是一种由相互平衡的铁素体和奥氏体所组成的合金。

在﹣50℃~250℃广泛温度区间内，这种不锈钢具有良好的抗腐蚀性能，高的屈服强度和良好的韧性。

这种所谓的超级双相不锈钢的成分含有更多的铬、镍、钼和氮，最典型的是它的耐点蚀数超过了40。

【1,2】由于这些高合金成分，超级双相不锈钢显示出了比普通合金更高的强度。

双相不锈钢展示出了良好的可焊性，但是由于熔合区和热影响区的铁素体相含量增加，导致这些合金的抗腐蚀能力下降，这种合金在焊接的时候任然还会存在一些问题。

这些铁素体相是由高温和过快的热循环冷却速度共同导致的结果【3~6】。

因此，确保这种双相微观结构在焊接区域的连续性是很必要的，这通常是通过控制冷却速度和增加热输入量来获得的。

然而，高的热输入会促进金属间有害相的析出，比如，σ相通常就会在不锈钢的熔合区析出，金属碳化物、金属氮化物或者一些其他的相通常也会在不锈钢的热影响区析出【7,8】。

焊接技术DOI ：10.3969/j.issn.1001-2206.2023.02.009脐带缆内套超级双相不锈钢S32750焊接工艺研究牛虎理1，2，刘剑1，2，何亚章1，2，王红1，2，张田利1，21.中国石油集团工程技术研究有限公司，天津3004512.中国石油集团海洋工程重点实验室，天津300451摘要：采用全位置TIG 焊接方式进行脐带缆内套超级双相钢S32750焊接工艺试验，研究分析了焊接接头的力学性能、微观组织、相比例和耐腐蚀能力。

结果表明，当焊接试验选用直径2.4mm 钨丝、直径1.0mm ER2594焊材材质；焊缝背面（管道内部）采用背面充氩的方式进行保护，通过焊接夹具形成的密闭空间，使内部保持氩气气氛，其中外保护气为99.999%Ar，喷嘴气体流量约为6~10L/min，内保护气为98%Ar +2%N 2，流量约为10~15L/min；焊接电流68~70A，焊接电压12~14V，焊接速度90~110mm/min，热输入0.45~0.65kJ/mm 时，焊接接头的力学性能、铁素体含量和耐点蚀能力均满足标准的相关要求。

关键词：超级双相不锈钢；焊接工艺；微观组织；相比例；点蚀Research on welding process of super duplex stainless steel S32750in umbilicalcableNIU Huli 1,2,LIU Jian 1,2,HE Yazhang 1,2,WANG Hong 1,2,ZHANG Tianli 1,2PC Engineering Technology Research Co.,Ltd.,Tianjin 300451,ChinaPC Key Laboratory of Offshore Engineering,Tianjin 300451,ChinaAbstract：The welding process experiment of the super duplex steel S32750in the umbilical cable was carried out by the all-position TIG welding method to study and analyze the mechanical properties,microstructure,phase ratio,and corrosion resistance of the welded joint.The results show that when the diameters of the tungsten wire and the welding material ER2594are 2.4mm and 1.0mm,the back of the weld (inside the pipe)is protected by filling argon and the closed space formed by the welding fixture keeps the argon inside,in which the external shielding gas is 99.999%Ar with the nozzle gas flow of about 6~10L/min and the internal shielding gas is 98%Ar+2%N 2with the flow of about 10~15L/min,as well as the welding current of 68~70A,the welding voltage of 12~14V,the welding speed of 90~110mm/min,and the heat input of 0.45~0.65kJ/mm,the mechanical properties,ferrite content,and pitting resistance of the welded joint all meet the relevant standard requirements.Keywords：super duplex stainless steel;welding process;microstructure;phase ratio;pitting corrosion随着探明的海洋油气储量逐年增多，海洋油气资源开发活动日益活跃，深水和超深水油气田开发将成为未来的发展趋势。

1 绪论随着工业技术的日益发展，一般奥氏体不锈钢难以满足应力腐蚀、点腐蚀和缝隙隧洞式腐蚀的要求。

为此，冶金工作者进行了大量研究，研制出奥氏体—铁素体型不锈钢，即双相不锈钢。

传统的奥氏体不锈钢在晶间腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀方面的抗力不足，尤其是应力腐蚀引起的断裂，其危害性极大。

双相不锈钢是近二十年来开发的新钢种。

通过正确控制各合金元素比例和热处理工艺使其固溶组织中铁素体相和奥氏体相各约占50％，从而将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。

所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般量少相的含量也需要达到30%。

在含C较低的情况下，Cr含量在18%-28%，Ni含量在3%-10%。

有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti，N等合金元素。

该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。

与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间副食和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。

双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，正是这些优越的性能使双相不锈钢作为可焊接的结构材料发展迅速，80年代以来已成为和马氏体型、奥氏体型和铁素体型不锈钢并列的一个钢类。

上世纪30年代就已在瑞典的试验室中研制出双相不锈钢（3RE60、Uranus50等），但是双相不锈钢真正产业化还是在上世纪60年代以后，其发展经历了3代历程。

1.1 我国双相不锈钢的应用双相不锈钢是根据石油化工中强酸强碱造成的局部点蚀、应力腐蚀以及孔穴式腐蚀现象，一般不锈钢难以胜任的容器、管道以及零部件等而研制的，但由于双相不锈钢除具有很强的各类抗腐蚀性能之外，还具有很好的强度和韧性，为此，在一般民用工程和能源交通方面也逐步得到越来越多的应用，如桥梁、飞机、船舶、汽车以及沿海城市和化工区的装饰建筑等。

S32750双相不锈钢焊接摘要：近年来，核电站建设得到了迅猛发展，在设计上也逐步优化改进，许多新型的材料不断应用到核电安装施工中，涉及到了这些新材料的焊接。

如双相不锈钢，因其有良好的抗晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀的性能，使用到海水介质环境中的管道，安装需焊接连接。

本文通过某核电站中的S32750双相不锈钢管安装中的焊接工艺的分析和应用，阐述了S32750双相不锈钢的焊接要点，为后续核电工程的安装提供借鉴作用。

关键词：双相不锈钢；焊接性；S32750；α相；γ相；核电1、双相不锈钢简介双相不锈钢（Duplex Stainless Steel），指具有铁素体（α相）+奥氏体（γ相）双相组织，且两相组织含量基本相当，较少相的含量一般至少也要达到30%的不锈钢。

在含C较低的情况下，一般Cr含量在18%～28%，Ni含量在3%～10%，有些钢还添加有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。

该类钢兼具了奥氏体和铁素体不锈钢的优点，保持了铁素体不锈钢的475℃脆性、导热系数高、具有超塑性、磁性、强度高等特点，也有比与奥氏体不锈钢更优良的耐腐蚀性能，特别是介质环境比较恶劣（如海水，氯离子含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢。

由于其特殊的优点，在某些特殊环境，得到了越来越广泛的应用。

我国新标准GB/T 20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》也加入了许多双相不锈钢牌号，如： 14Cr18Ni11Si4AlTi、022Cr19Ni5Mo3Si2N、00Cr25Ni7Mo4N等。

双相不锈钢按其化学成分，可分为四类：第1类属低合金型，代表牌号UNS S32304（23Cr-4Ni-0.1N），成分中不含Mo，耐点蚀当量PREN值为24-25，在耐蚀性能可代替ASTM304或316。

第2类属中合金型，代表牌号是UNSS31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N），PREN值为32-33，其耐蚀性能介于ASTM 316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间。

浅谈超级双相不锈钢管道埋弧焊焊接工艺摘要：自工业革命以来，21世纪工业发展迅速，能源需求加剧。

人们对产品的质量及精度追求越来越高，管道焊接质量的要求也越来越高，尤其在海工领域要求更为突出，海上作业对压力管道的焊接质量要求特别高，保证工作安全性。

近年来我国成为世界制造业大国很多海工平台油气模块已经开始自己生产和制造，展现了国家在制造业的投入和重视，对于复合人才的培养，先进制造技术及工艺上进行学习和改进，取长补短，为国家深蓝工业的发展助力，展现大国实力。

关键词：母材、焊接材料、工艺参数引言双相不锈钢管道焊接是一项实践性较强的综合性工作，其具体实施方法的特殊性不言而喻。

该项课题的研究，将会更好地提升对双相不锈钢管道焊接技术的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。

1.焊接工艺1.1概述本工艺指导书规定了超级双相不锈钢管道埋弧自动焊接的注意事项及焊前准备，母材材质、厚度、坡口形式，焊接材料，工艺参数等。

1.2母材适用于厚度在16-81mm的超级双相不锈钢管道。

如超级不锈钢管道UNSS32750 、UNS S32760 以及同等材质。

2.焊接材料3.坡口形式3.1坡口形式如表一所示：3.2焊前准备3.2.1 焊接前将坡口及两侧各50mm范围内的水分、油脂、锈污及氧化物等其他影响焊接质量的杂物除去。

3.2.2 预热方法：采用电加热片加热或烤枪加热（中性焰加热）。

打底及填充氩弧焊：当母材温度低于10℃时，应要将母材预热到最低20℃，且应在焊接过程中保持这一最低层间温度。

焊接前最低温度值同样适用于定位焊。

埋弧焊最低预热温度为80℃。

3.2.3 预热/层间温度测量点：预热温度测量点应位于焊接点周围所有方向上不得小于3 倍焊件的最大厚度值处，但不得小于75mm。

在邻近焊缝金属处检测层间温度，层间温度不小于预热温度。

检测方法：接触式测温仪。

3.2.4 埋弧焊开始工作前，将残留在焊剂导向管中的焊剂排出，确保开始工作时焊剂的温度在100~150℃。

分析超级Cr25型双相不锈钢TIG焊接工艺特点
限制焊接线能量与层间温度。焊接超
级双相不锈钢时，焊接线能量和冷却速度是
很重要的元素。高温时N在铁素体中的溶解
度增加，而冷却速度过快时，N的溶解度会
下降形成氮化物如氮化铬等，过量的氮化铬
会对焊缝的性能带来不利影响，因此必须避
免过低的焊接线能量。
另一方面，焊接线能量太高又会形成金
属间化合物相及二次奥氏体等。而铁素体对
形成金属间化合物相（如σ相、碳化物等）
敏感，其析出敏感性与合金含量元素成正
比。
二次奥氏体形成于800 ~950℃之间，温
度条件合适时，有时可在打底焊道上部观察
到它，因为二次奥氏体中的Cr、Mo和Ni
含量低，微信公众号：hcsteel其耐腐蚀性比
周围基体的差，若二次奥氏体出现在表面的
铁素体晶粒内，会产生与氮化铬一样的危
害。焊缝金属内部的温度过高会导致焊缝的
脆化。
而层间温度测量时仅测量焊缝或近
焊区母材的表面，焊缝金属内部温度比层间
温度要高，所以为了标准焊接接头具有良好
性能，必须严格控制层间温度。为了获得最
优的效果，焊接线能2 ~15Kj /cm，层间温度
≤150℃为好。
严格控制焊接接头的相比例。超级双
相不锈钢的焊接接头金相组织的主要特点
是接头各部位自重的不均匀性，多层焊的表
层焊缝γ相比其他层次的焊缝要少得多。要
使焊接接头获得良好的力学性能和耐腐蚀
性能，必须严格控制α/γ相比例。对超级双
相不锈钢UNSS32760而言，焊接接头的α
相含量应控制在30% ~55%之间。