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2205雙相不銹鋼技術要求和質量控制

返回列表 來源:未知 瀏覽: 發布日期:2020-11-25 08:41【
2205不銹鋼管雙相不銹鋼的應用日益廣泛,為了幫助用戶更好地認識、選擇、加工和應用這類不銹鋼,國際鉬協會出版了最新版的《雙相不銹鋼加工制造實用指南》,介紹了雙相不銹鋼的各種特性,并圍繞雙相不銹鋼應用的難點之一加工和焊接,給出了加工和焊接雙相不銹鋼的基本原則和實用信息。本文選自該出版物,內容包括:雙相不銹鋼的特性和分類、發展歷程、化學成分、冶金學、耐腐蝕性能、力學性能、物理性能、如何提出技術要求、質量控制、切割、成形、焊接、應用等。因內容較多,將分若干次發布,歡迎關注!
 
 技術要求和質量控制
 
關于雙相不銹鋼加工制造的技術要求和質量控制,一個關鍵的實際問題是焊接后性能的保持。雙相不銹鋼原始供貨態的成分和工藝必須確保焊接后(采用合格的焊接工藝)仍具有良好的性能。

標準試驗要求
 
1.1化學成分
ASTM或EN標準是選擇第二代雙相不銹鋼的一個恰當的開始點。雙相不銹鋼中添加氮是有利的,既可以避免熱影響區(HAZ)出現過多的鐵素體,又可以使材料具有更好的冶金學穩定性。雙相不銹鋼含氮量的上限就是氮在鋼水中的溶解度,從標準規定的氮含量范圍的最大值可以反映出來,但是所列出的最小氮含量不一定反映出獲得最佳焊接特性所需要的氮含量。例如2205雙相不銹鋼最初的標準成分是S31803。
2205不銹鋼管
 
S31803的氮含量在其允許范圍0.08%~0.20%的下限時,2205熱處理和焊接后的性能并不穩定一致。實際經驗顯示, 對于2205雙相不銹鋼的焊接加工而言,“氮含量最小為0.14%” 是必要的。由于經常要規定這一條件,為了方便需要焊接的終端用戶,便將2205的S32205版本引入到雙相不銹鋼標準中。超級雙相不銹鋼也有較高的氮含量范圍,這反映出人們對氮含量重要性的認識。
 
有一些終端用戶的雙相不銹鋼技術要求是基于 “PREN” 關系式。盡管PREN值對于比較某一鋼類中不同牌號的耐腐蝕性是有效的,但為了滿足特定的PREN值而改變成分不一定會獲得合適的冶金學平衡。PREN值有助于從一系列牌號中選擇其中一個,如果單從成分變化來看某個牌號的耐點蝕當量,似乎鉻和鉬可被氮所替代,但從冶金學的角度看,鉻和鉬促進鐵素體相和金屬間相的形成,而氮促進奧氏體相,阻止金屬間相的形成。
 
因此,最好根據標準規范中所列的標準牌號來選擇雙相不銹鋼的成分,有可能每個牌號的氮含量都規定為標準范圍的上限。不論材料的成分如何規定,它都應當與焊接工藝評定所用的材料相同,這樣,針對所預期的加工制造結果,評定才是有意義的。
 
海上化學品船2205雙相不銹鋼貨艙內部 @Outokumpu
 
1.2固溶退火和淬火
除了化學成分,軋材的實際退火條件對于焊接也是重要的。奧氏體不銹鋼退火的目的是使金屬再結晶,并且溶解碳化物。“L”牌號的低碳不銹鋼可以采用水淬或相對較慢的空氣冷卻,因為重新形成有害碳化物需要的時間很長。但對于雙相不銹鋼而言,即使有理想的氮含量,在臨界溫度范圍內停留幾分鐘也會對其耐腐蝕性能和韌性有不利影響。當軋材在軋鋼廠慢速冷卻時,材料通過700~980℃(1300~1800℉)溫度范圍已花費一定的時間,不再容許在此溫度范圍再進一步地受熱如焊接,所以留給焊工焊接出熱影響區(HAZ)無金屬間相的焊縫的時間較少。
 
盡管ASTM等標準允許某些雙相不銹鋼 “水淬或通過其他方法快速冷卻”,但焊接的最佳冶金學條件是通過最快速地從退火溫度淬火得到的。然而,這忽視了水淬導致的變形和殘余應力的增加。對于薄板生產,空氣冷卻在現代化卷板生產線中效率高;但對于厚板及較厚斷面的產品,水淬可以獲得對焊接而言最佳的冶金學條件。在淬火前讓板材或組件冷卻到700~980C(1300~1800℉)會導致金屬間相的形成。
 
另一個保證最佳初始狀態的方法是要求對軋材進行檢驗,確保其不存在有害的金屬間相。ASTM A 923和ASTM A 1084運用金相檢查、沖擊試驗或腐蝕試驗來證明金屬間相未達到有害的程度。這一試驗僅考慮是否已出現了有害析出相,沒有考慮有害相的數量和程度。采用這種試驗,可證明軋制工藝能保證在軋制過程中不形成有害的金屬間相。此試驗類似于ASTM A 262 或 EN ISO 3651-2試驗檢驗奧氏體不銹鋼是否存在碳化鉻析出導致的敏化。ASTM A 923標準僅包括2205、2507、255和S32520,ASTM A 1084 標準包括了經濟型雙相不銹鋼S32101和S32304。很多加工制造商采用這些試驗和類似試驗以及其他驗收標準,作為加工設備部件焊接工藝評定的一部分。
 
ASTM A 923    檢測奧氏體/鐵素體雙相不銹鋼中有害金屬間相的標準試驗方法
ASTM A1084   檢測經濟型奧氏體/鐵素體雙相不銹鋼中有害相的標準試驗方法
ASTM A 262    檢測奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性的標準方法。
EN ISO3651-2 測定不銹鋼的耐晶間腐蝕性能-第2部分:鐵素體,奧氏體和鐵素體-奧氏體(雙相)不銹鋼-含硫酸介質中的腐蝕試驗

特殊試驗要求
 
2.1拉伸和硬度試驗
相對奧氏體不銹鋼而言,雙相不銹鋼具有很高的強度,但是偶爾仍有最終用戶技術要求規定了強度或硬度的最大值。強度或硬度引入最大值可能是借鑒了馬氏體不銹鋼的經驗,而馬氏體不銹鋼的高強度和硬度來自于未經回火處理的馬氏體。但是雙相不銹鋼在冷卻過程中不形成馬氏體,雙相不銹鋼的高強度和高硬度緣于其高的氮含量、本身的雙相結構、成型或矯直操作中可能發生的加工硬化。
 
硬度試驗是證明加工中沒有過度冷加工的有效手段;但當硬度試驗用于這一目的時,很重要的一點是測量位置應當介于表面和斷面的中心之間,而不是在發生局部硬化和表面硬化的表面上。
 
2.2彎曲試驗
彎曲試驗可以證明軋材沒有軋制裂紋,但對于大型材、小工件或某些幾何形狀的軋材可能是困難的。彎曲試驗并不是雙相不銹鋼質量的一個保守指標,因為彎曲點可能與不合格的部位不一致。由于彎曲的方向性,某些情況如中心線的金屬間相不可能被檢測出來。
 
彎曲試驗通常作為奧氏體不銹鋼焊接工藝評定的一部分,因為焊縫有發生熱裂的危險,特別是對于奧氏體含量高的嚴重受限的焊縫組織。由于雙相不銹鋼沒有熱裂紋傾向,所以用彎曲試驗來檢測焊縫質量的意義不大。如果試驗位置正好與受影響的區域相吻合,則彎曲試驗可能會粗略地檢測出過多的鐵素體,但彎曲試驗不能檢測出對耐腐蝕性和韌性有害的少量金屬間相的存在。
 2205不銹鋼管
 
2507不銹鋼降膜蒸發器  © Gary Carinci TMR Stainless
 
 
2.3沖擊試驗和金屬間相的金相檢查
用沖擊試驗來規定材料和評定工藝有兩種方式:

在已知條件下試驗,檢測不合格的材料,例如過多的鐵素體或金屬間相的存在;

證明對于預期的使用環境,加工制成品的性能足以滿足要求。
 
對于沖擊試驗的第一種使用方法,ASTM A 923給出了雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼的驗收標準,ASTM A 1084給出了經濟型雙相不銹鋼的驗收標準。ASTM A 923方法B指出,在-40℉/℃標準的縱向夏比沖擊試驗(Charpy)中,如果結果小于54J(40ft-Ib),表明退火軋材不合格。為了保證滿意的熱處理和淬火,作為一種生產控制手段,軋材的每一個批次都應當按照A 923 方法B進行試驗(或方法C,腐蝕試驗)。而ASTM A 923允許采用金相檢查(方法A)作為一種以接受而不是判廢為目的的篩分試驗。因為方法A的操作要求高水平的金相技術來完成,用戶比較謹慎的做法是除了金相檢查,還可要求采用方法B夏比沖擊試驗。
ASTM A 923方法A的一個好處是可以確認中心線金屬間相,如ASTM A 923的圖7所示。根據方法A的篩選法,中心線金屬間相將造成材料不合格,而這卻不一定導致在A 923方法B沖擊試驗中材料被判廢。因為這種中心線金屬間相可能造成中厚板在成型、熱剪或焊接過程中分層,所以除了方法B或C以外,用戶還應當要求進行方法A的檢驗,任何顯示有中心線金屬間相的材料都應該被判廢。盡管ASTM A 923已聲明方法A不用于材料的判廢,但允許終端用戶提出更嚴格的要求。材料如果呈現出ASTM A 923的圖7所示的接近厚度中部的中心線金屬間相,則應當被判廢。
 
沖擊試驗的第二個方法即在比預期的使用溫度更低的溫度下評價母材、熔合區和熱影響區,這可能是一種謹慎和具成本效益的方法。對于焊縫的評價,試驗溫度和合格標準必須針對具體的焊接類型并與使用條件結合。韌性將不會像固溶退火的雙相不銹鋼軋材那樣高。焊縫金屬較低的韌性不一定表明存在金屬間相,而常常是由于氧含量增高造成的,特別是采用焊劑保護焊接工藝。
 
2205不銹鋼管ASME已發布了新的適用于斷面厚度大于9.5毫米(0.375英寸)的雙相不銹鋼的技術要求。這些要求需要在金屬最低設計溫度(MDMT)或以下采用夏比沖擊試驗,并以橫向膨脹作驗收標準來證明初始母材和產品焊縫的韌性足以滿足預期的使用環境。ASME檢驗與ASTM A 923試驗的不同之處在于ASME 檢驗要求夏比沖擊試驗包含三個試樣,并且要求報告最小值和平均值。ASME要求對每一批母材和填充材料進行母材、焊縫和HAZ(共9個試樣)的試驗。
 
為了節約同時得到謹慎的結果, 可以采用兩個試驗溫度(ASTM A 923 的-40℃/F 或ASME標準中的金屬最低設計溫度 MDMT)中較低的一個,通過測量三個試樣的沖擊功和橫向膨脹來衡量其韌性。
 
 
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