压力容器用不锈钢及其焊接特点

所谓不锈钢是指在钢中加进必定量的铬元素后,使钢处于钝化状况,具备不生锈的特点。为抵达此方针,其铬含量务必在12%以上。为提高钢的钝化性,不锈钢中还常常需加进能使钢钝化的镍、钼等元素。个别所指的不锈钢实践上是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢并不必定耐酸,而耐酸钢个别均具备卓越的不锈机能。

不锈钢按其钢的布局不同可分为四类,即奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢。

1.奥氏体不锈钢及其焊接特点

奥氏体不锈钢是运用最广泛的不锈钢,以高Cr-Ni型最为广泛。当前奥氏体不锈钢大略可分为Cr18-Ni8型、Cr25-Ni20型、Cr25-Ni35型。奥氏体不锈钢有如下焊接特点:

①焊接热裂纹奥氏体不锈钢由于其热传导率小,线膨胀系数大,是以在焊接流程中,焊接接洽部位的高温停顿功夫较长,焊缝易产生粗壮的柱状晶布局,在凝凝聚晶流程中,若硫、磷、锡、锑、铌等杂质元素含量较高,就会在晶间产生低熔点共晶,在焊接接洽承担较高的拉应力时,就易在焊缝中产生固结裂纹,在热影响区产生液化裂纹,这都属于焊接热裂纹。避免热裂纹最灵验的道路是低落钢及焊材中易产生低熔点共晶的杂质元素和使铬镍奥氏体不锈钢中含有4%~12%的铁素体布局。

②晶间腐化遵循贫铬理论,在晶间上析出碳化铬,产生晶界贫铬是产生晶间腐化的重要因为。为此,筛选超低碳焊材或含有铌、钛等平静化元素的焊材是避免晶间腐化的重要办法。

③应力腐化开裂应力腐化开裂每每体现为脆性毁坏,且产生毁坏的流程功夫短,是以妨害严峻。产生奥氏体不锈钢应力腐化开裂的重要因为是焊接剩余应力。焊接接洽的布局改变或应力会合的存在,个别腐化介质浓缩也是影呼应力腐化开裂的因为。

④焊接接洽的σ相脆化σ相是一种脆硬的金属间化合物,重要析集于柱状晶的晶界。γ相和δ相都可产生σ相改变。例如关于Cr25Ni20型焊缝在℃~℃加热时,就会产生猛烈的γ→δ改变。关于铬镍型奥氏体不锈钢,格外是铬镍钼型不锈钢,易产生δ→σ相改变,这主假如由于铬、钼元素具备显然的σ化效用,当焊缝中δ铁素体含量超出12%时,δ→σ的改变格外显然,产生焊缝金属的显然的脆化,这也即是为甚么热壁加氢反映器内壁堆焊层将δ铁素体含量管束在3%~10%的因为。

2.铁素体不锈钢及其焊接特点

铁素体不锈钢分为通俗铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢两大类,个中通俗铁素体不锈钢有Cr12~Cr14型,如00Cr12、0Cr13Al;Cr16~Cr18型,如1Cr17Mo;Cr25~30型。

由于通俗铁索体不锈钢中的碳、氮含量较高,故加工成形及焊接都较艰难,耐蚀性也难以保证,行使遭到束缚,在超纯铁素体不锈钢中严酷管束了钢中的碳和氮总量,个别管束在0.%~0.%、0.%、0.%~0.%三个条理,同时还加进需求的合金元素以进一步提高钢的耐腐化性和归纳机能。与通俗铁素体不锈钢比拟,超纯高铬铁素体不锈钢具备很好的耐匀称腐化、点蚀及应力腐化机能,较多的运用于石化设施中。铁素体不锈钢有如下焊接特点:

①焊接高温效用下,在加热温度抵达℃以上的热影响区格外在近缝区的晶粒会赶紧长大,焊后即便快捷冷却,也无奈避免因晶粒粗壮化引发的韧性赶紧下落及较高的晶间腐化偏向。

②铁素体钢自身含铬量较高,无益元素碳、氮、氧等也较多,脆性改变温度较高,缺口敏锐性较强。是以,焊后脆化局面较为严峻。

③在℃~℃永劫间加热缓冷时,会呈现℃脆化,使常温韧性严峻下落。在℃~℃永劫间加热后,则随便从铁素体中析出σ相,也显然低落其塑、韧性。

3.马氏体不锈钢及其焊接特点

马氏体不锈钢可分为Cr13型马氏体不锈钢、低碳马氏体不锈钢和超等马氏体不锈钢。Cr13型具备个别抗腐化机能,从Cr12为基的马氏体不锈钢,因加进镍、钼、钨、钒等合金元素,除具备必定的耐腐化机能,还具备较高的高温强度及抗高温氧化机能。

马氏体不锈钢的焊接特点:Cr13型马氏体不锈钢焊缝和热影响区的淬硬偏向格外大,焊接接洽在空冷前提下就可赢得硬脆的马氏体,在焊接腼腆应力和分散氢的效用下,很随便呈现焊接冷裂纹。当冷却速率较小时,近缝区及焊缝金属会产生粗壮铁素体及沿晶析出碳化物,使接洽的塑、韧性显然低落。

低碳及超等马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后,虽然集体改变成低碳马氏体,但没有显然的淬硬局面,具备卓越的焊接机能。

压力容器用不锈钢焊材采用

1.奥氏体不锈钢焊材采用

奥氏体不锈钢焊材的筛选绳尺是在无裂纹的前提下,保证焊缝金属的耐蚀机能及力学机能与母材基真相当,或高于母材,个别请求其合金成份大略与母材成份般配。关于耐蚀的奥氏体不锈钢,个别希看含必定量的铁素体,如此既能保证卓越的抗裂机能,又能有很好的抗腐化机能。但在某些非凡介质中,如尿素设施的焊缝金属是不应许有铁素体存在的,不然就会低落其耐蚀性。对耐热用奥氏体钢,应试虑对焊缝金属内铁素体含量的管束。关于永劫间在高温运转的奥氏体钢焊件,焊缝金属内铁素体含量不该超出5%。读者可遵循Schaeffler图,按焊缝金属中的铬当量和镍当量约莫出呼应的铁素体含量。

2.铁素体不锈钢焊材采用

铁素体不锈钢焊材基础上有三类:1)成份基础与母材般配的焊材;2)奥氏体焊材;3)镍基合金焊材,由于其代价较高,故很少采用。

铁素体不锈钢焊材可采取与母材相当的材料,但在腼腆度大时,很随便产生裂纹,焊后可采取热处置,复原耐蚀机能,并改革接洽塑性。采取奥氏体焊材可免去预热和焊后热处置,但关于不含平静元素的种种钢,热影响区的敏化仍旧存在,罕用型和型铬镍奥氏体焊材。关于Cr17钢,也可用型焊材,合金含量高的焊材有益于提高焊接接洽塑性。奥氏体或奥氏体一铁素体焊缝金属基础与铁素体母材等强,但在某些腐化介质中,焊缝的耐蚀性大概与母材有很大的不同,这一点在筛选焊材时要在乎。

3.马氏体不锈钢焊材采用

在不锈钢中,马氏体不锈钢是能够行使热处置来调动机能的,是以,为了保证行使机能的请求,格外是耐热用马氏体不锈钢,焊缝成份应尽可能亲近母材的成份。为了避免冷裂纹,也可采取奥氏体焊材,这时的焊缝强度势必低于母材。

焊缝成份同母材成份相近时,焊缝和热影响区将会同时强硬变脆,同时在热影响区中呈现回火软化区。为了避免冷裂,厚度3mm以上的构件常常要施行预热,焊后也常常需求施行热处置,以提高接洽机能,由于焊缝金属与母材的热膨胀系数基础一致,经热处置后有大概齐备消除焊策应力。

当工件不应许施行预热或热处置时,可筛选奥氏体布局焊缝,由于焊缝具备较高的塑性和韧性,能松驰焊策应力,况且能较多地固溶氢,因此可低落接洽的冷裂偏向,但这类材质不匀称的接洽,由于热膨胀系数不同,在轮回温度的做事处境下,在熔合区大概产生剪应力,而致使接洽毁坏。

关于简略的Cr13型马氏体钢,不采取奥氏体布局的焊缝时,焊缝成份的调动余步未几,个别都和母材基体类似,但务必束缚无益杂质S、P及Si等,Si在Cr13型马氏体钢焊缝中可督促产生粗壮的马氏体。低落含C量,有益于减小淬硬性,焊缝中存在少许Ti、N或Al等元素,也可细化晶粒并低落淬硬性。

关于多组元合金化的Cr12基马氏体热强钢,重要用处是耐热,每每不必奥氏体焊材,焊缝成份希看亲近母材。在调动成份时,务必保证焊缝不致呈现一次铁素体相,因它对机能极度无益,由于Cr13基马氏体热强钢的重要成份多为铁素体元素(如Mo、Nb、W、V等),为保证集体布局为均一的马氏体,务必用奥氏体元素加以均衡,也即是要有恰当的C、Ni、Mn、N等元素。

马氏体不锈钢具备相当高的冷裂偏向,是以务必严酷维持低氢,乃至超低氢,在筛选焊材时,务需求在乎这一点。

压力容器用不锈钢焊接重点

1.奥氏体不锈钢焊接重点

总的来讲,奥氏体不锈钢具备精良的焊接性。险些全数的凝结焊接办法都可用于焊接奥氏体不锈钢,奥氏体不锈钢的热物理机能和布局特点决议了其焊接工艺重点。

①由于奥氏体不锈钢导热系数小而热膨胀系数大,焊接时易于产生较大的变形和焊策应力,是以应尽大概采用焊接能量会合的焊接办法。

②由于奥氏体不锈钢导热系数小,在一样的电流下,可比低合金钢赢得较大的熔深。同时又由于其电阻率大,在焊条电弧焊时,为了避免焊条发红,与同直径的碳钢或低合金钢焊条比拟,焊接电流较小。

③焊接模范。个别不采取大线能量施行焊接。焊条电弧焊时,宜采取小直径焊条,快捷多道焊,关于请求高的焊缝,乃至采取浇冷水的办法以加快冷却,关于纯奥氏体不锈钢及超等奥氏体不锈钢,由于热裂纹敏锐性大,更应严酷管束焊接线能量,避免焊缝晶粒严峻长大与焊接热裂纹的产生。

④为提高焊缝的抗热裂机能和耐蚀机能,焊接时,要格外在乎焊接区的纯洁,避免无益元素浸透焊缝。

⑤奥氏体不锈钢焊接时个别不需求预热。为了避免焊缝和热影响区的晶粒长大及碳化物的析出,保证焊接接洽的塑、韧性和耐蚀姓,应管束较低的层间温度,个别不超出℃。

2.铁素体不锈钢焊接重点

铁素体不锈钢的铁素体产生元素相对较多,奥氏体产生元素相对较少,材料淬硬和冷裂偏向较小。铁素体不锈钢在焊接热轮回的效用下,热影响区晶粒显然长大,接洽的韧性和塑性赶紧下落。热影响区晶粒长大的水平取决于焊接时所抵达的最高温度及其维持功夫,为此,在焊接铁素体不锈钢时,应尽可能采取小的线能量,即采取能量会合的办法,如小电流TIG、小直径焊条手工焊等,同时尽大概采取窄空隙坡口、高的焊接速率和多层焊等办法,并严酷管束层间温度。

由于焊接热轮回的效用,个别铁素体不锈钢在热影响区的高温区产生敏化,在某些介质中产生晶间腐化。焊后经~℃退火处置,使铬匀称化,可复原其耐蚀性。

通俗高铬铁素体不锈钢可采取焊条电弧焊、气体维护焊、埋弧焊焊等熔焊办法。由于高铬钢固有的低塑性,以及焊接热轮回引发的热影响区晶粒长大和碳化物、氮化物在晶界会聚,焊接接洽的塑性和韧性都很低。在采取与母材化学成份宛如的焊材且腼腆度大时,很易产生裂纹。为了避免裂纹,改革接洽塑性和耐蚀性,以焊条电弧焊为例,能够筛选如下工艺办法。

①预热~℃左右,使材料在富饶韧性的状况下焊接。含铬越高,预热温度应越高。

②采取小的线能量、不摆动焊接。多层焊时,应管束层间温度不高于℃,不宜延续施焊,以减小高温脆化和℃脆性影响。

③焊后施行~℃退火处置,由于碳化物球化和铬散布匀称,可复原耐蚀性,并改革接洽塑性。退火后应快冷,避免呈现σ相及℃脆性。

3.马氏体不锈钢焊接重点

关于Cr13型马氏体不锈钢,当采取同材质焊条施行焊接时,为了低落冷裂纹敏锐性,保证焊接接洽塑、韧性,应采用低氢型焊条并同时筛选如下办法:

①预热。预热温度随钢材含碳量的增长而提高,个别在℃~℃范畴内。

②后热。关于含碳量较高或腼腆度大的焊接接洽,焊后筛选后热办法,以避免焊接氢致裂纹。

③焊后热处置。为改革焊接接洽塑、韧性和耐蚀性,焊后热处置温度个别为℃~℃,保温功夫按1h/25mm计。

关于超等及低碳马氏体不锈钢,个别可不筛选预热办法,当腼腆度大或焊缝中含氢量较高时,筛选预热及后热办法,预热温度个别为℃~℃,焊后热处置温度为~℃。

关于含碳量较高的马氏体钢。或在焊前预热、焊后热处置难以实践,以及接洽腼腆度较大的环境下,工程中也可用奥氏体型的焊材,以提高焊接接洽的塑、韧性,避免产生裂纹。但此时焊缝金属为奥氏体布局或以奥氏体为主的布局时,与母材强度比拟实为低强般配,况且焊缝金属与母材在化学成份、金相布局、热物理机能、力学机能差别很大,焊接剩余应力弗成避免,随便引发应力腐化或高温蠕变毁坏。

双相不锈钢的焊接

1.双相不锈钢的类别

双相不锈钢由于具备奥氏体+铁素体双相布局,且两个相布局的含量基真相当,故兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。服从强度可达Mpa~MPa,是通俗奥氏体不锈钢的2倍。与铁素体不锈钢比拟,双相不锈钢的韧性高,脆性改变温度低,耐晶间腐化机能和焊接机能均显然提高;同时又保管了铁素体不锈钢的一些特点,如℃脆性、热导率高、线膨胀系数小,具备超塑性及磁性等。与奥氏体不锈钢比拟,双相不锈钢的强度高,格外是服从强度显然提高,且耐孔蚀性、耐应力腐化、耐腐化怠倦等机能也有显然的改革。

双相不锈钢按其化学成份分类,可分为Cr18型、Cr23(不含Mo)型、Cr22型和Cr25型四类。关于Cr25型双相不锈钢又可分为通俗型和超等双相不锈钢,个中连年来运用较多的是Cr22型和Cr25型。我国采取的双相不锈钢以瑞典产占多数,详细商标有:3RE60(Cr18型),SAF(Cr23型),SAF(Cr22型),SAF(Cr25型)。

2.双相不锈钢的焊接特点

①双相不锈钢具备卓越的焊接性,它既不像铁素体不锈钢焊接时热影响区易脆化,也不像奥氏体不锈钢易产生焊接热裂纹,但由于它有洪量的铁素体,当刚性较大或焊缝含氢量较高时,有大概产生氢致冷裂纹,是以严酷管束氢的起因是格外要紧的。

②为了保证双相钢的特点,保证焊接接洽的布局中奥氏体及铁素体比例适宜是这类钢焊接的关键地点。当焊后接洽冷却速率较慢时,δ→γ的二次相改变较充足,是以到室温时可赢得比拟例对照适宜的双相布局,这就请求在焊接时要有恰当大的焊接热输人量,不然若焊后冷却速率较快时,会使δ铁素体相增长,致使接洽塑韧性及耐蚀性严峻下落。

3.双相不锈钢焊材采用

双相不锈钢用的焊材,其特点是焊缝布局为奥氏体占优的双相布局,重要耐蚀元素(铬、钼等)含量与母材相当,进而保证与母材相当的耐蚀性。为了保证焊缝中奥氏体的含量,每每是提高镍和氮的含量,也即是提高约2%~4%的镍当量。在双相不锈钢母材中,个别都有必定量的氮含量,在焊材中也希看有必定的含氮量,但个别不宜过高,不然会产生气孔。如此镍含量较高就成了焊材与母材的一个重要差别。

遵循耐腐化性、接洽韧性的请求不同来筛选与母材化学成份相般配的焊条,如焊接Cr22型双相不锈钢,可采用Cr22Ni9Mo3型焊条,如E焊条。采取酸性焊条时脱渣精良,焊缝成形雅观,但冲锋韧性较低,当请求焊缝金属具备较高的冲锋韧性,并需施行全地位焊接时,应采取碱性焊条。当根部封底焊时,每每采取碱性焊条。当对焊缝金属的耐腐化机能具备非凡请求时,还应采取超等双相钢成份的碱性焊条。

关于实心气体维护焊焊丝,在保证焊缝金属具备卓越耐腐化性与力学机能的同时,还应在乎其焊接工艺机能,关于药芯焊丝,当请求焊缝成形雅观时,可采取金红石型或钛钙型药芯焊丝,当请求较高的冲锋韧度或在较大的腼腆度前提下焊接时,宜采取碱度较高的药芯焊丝。

关于埋弧焊宜采取直径较小的焊丝,完成中小焊接模范下的多层多道焊,以避免焊接热影响区及焊缝金属的脆化,并采取配套的碱性焊剂。

4.双相不锈钢的焊接重点

①焊接热流程的管束焊接线能量、层间温度、预热及材料厚度等都邑影响焊接时的冷却速率,进而影响到焊缝和热影响区的布局和机能。冷却速率太快和太慢都邑影响到双相钢焊接接洽的韧性和耐腐化机能。冷却速率太快时会引发过量的α相含量以及Cr2N的析出增长。过慢的冷却速率会引发晶粒严峻粗壮,乃至有大概析出一些脆性的金属间化合物,如σ相。表1列出了一些举荐的焊接线能量和层间温度的范畴。在筛选线能量时还应试虑到详细的材料厚度,表中线能量的上限恰当于厚板,下限恰当于薄板。在焊接合金含量高的ω(Cr)为25%的双相钢和超等不锈钢时,为赢得最好的焊缝金属机能,创议最高层间温度管束在℃。当焊后请求热处置时能够不束缚层间温度。

②焊后热处置双相不锈钢焊后最好不施行热处置,但当焊态下α相含量超出了请求或析出了无益相,如σ相时,可采取焊后热处置来改革。所用的热处置办法是水淬。热处置时加热应尽大概快,在热处置温度下的保温功夫为5~30min,理当足以复原相的均衡。在热处置时金属的氧化格外严峻,应试虑采取惰性气体维护。关于ω(Cr)为22%的双相钢应在℃~1℃温度下施行热处置,而ω(Cr)为25%的双相钢和超等双相钢请求在℃~℃温度下施行热处置。

不锈钢压力容器焊接实例

直径为mm,壁厚为10mm的闪蒸罐,壳体材质为0Cr18Ni9。

注明:

①筒体直径为mm,焊工能够钻进筒体内焊接,故筒体纵、环缝故采取焊条电弧焊施行双面焊。

②本设施无人孔,故紧闭焊缝只可从外侧焊接。为保证焊接原料,采取TIG焊打底。但不锈钢氩弧焊焊接时后面金属会被氧化,畴昔只可经过采取后面充氩维护的办法,然而当设施较大或后面无奈实践氩气维护时,将洪量糜费氩气,且仍大概呈现维护不好。为收拾这一工艺艰难,日本油脂公司焊接行状部开拓制作了一种后面自维护不锈钢TIG焊丝,这是一种具备非凡涂层的焊丝,涂层(即药皮)凝结后会浸透到熔池后面,产生一层精致的维护层,相当于焊条药皮的效用。这用焊丝的行使办法与通俗的TIG焊丝齐备类似,涂层不会影响正面的电弧和熔池形状,大大低落了不锈钢氩弧焊的焊接成本。本设施中,若采取后面氩气维护,氩气糜费严峻,故采取了自维护焊丝。

③接受与平焊法兰角焊缝、接受与壳体角焊缝,鉴于此部位焊缝形状和焊接前提,个别采用焊条电弧焊。若接受直径过小,为了缩小焊接难度,也能够采取TIG焊。

④支座与壳体焊接角焊缝属非承压焊缝,采取凝结极气体维护焊(维护气体为纯CO2),效率高,焊缝成形好。TFW-L为焊材商标,其焊材型号为ELT1-1(AWSA5.22)。

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