S31603+Q345R不锈钢复合板的焊接.doc
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1、S31603+Q345R不锈钢复合板的焊接 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途S31603+Q345R不锈钢复合板焊接1. 钢板性能GB/T 208782007 不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分序号统一数字代号新牌号旧牌号化学成分(质量分数)/%CSiMnPSNiCrMoNCu/39S31603022Cr17Ni12Mo200Cr17Ni14Mo20.0301.002。000。0450.03010.0014。0016。0018。002.003。00/GB/T 42372007 不锈钢热轧钢板和钢带GB/T 32802007 不锈钢冷轧钢板和钢带新牌号化学成分(质量分数)/%CSiMnP
2、SNiCrMoNCu其他元素022Cr17Ni12Mo20.0300。752。000。0450。03010.0014。0016。0018。002。003。000.10/新牌号状态规定非比例延伸强度RP0.2/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A/硬度值HBWHRBHV不小于不大于022Cr17Ni12Mo2固溶处理1704854021795220H1/4冷作硬化5158608/H1/2冷作硬化76010356/10%草酸浸蚀试验的判别新牌号试验状态硫酸硫酸铁腐蚀试验65硝酸腐蚀试验硫酸硫酸铜腐蚀试验022Cr17Ni12Mo2敏化处理沟状组织/沟状组织硫酸硫酸铁腐蚀试验的腐蚀减量新牌号试验状
3、态腐蚀减量/g/(m2h)022Cr17Ni12Mo2敏化处理按供需双方协议硫酸-硫酸铜腐蚀试验后弯曲面状态新牌号试验状态试验后弯曲面状态022Cr17Ni12Mo2敏化处理不得有晶间腐蚀裂纹GB 245112009 承压设备用不锈钢钢板及钢带统一数字代号新牌号化学成分(质量分数)/%CSiMnPSNiCrMoNCu其他S31603022Cr17Ni12Mo20.0300。752.000。0350.02010.0014。0016。0018.002。003。000.10/新牌号各类型产品的最大厚度/mm规定非比例延伸强度RP0.2/MPa规定非比例延伸强度RP1.0/MPa抗拉强度Rm/MPa断
4、后伸长率A/%硬度值HBWHRBHV不小于不大于022Cr17Ni12Mo2C81802604904021795220H14P80GB 713-2008 锅炉和压力容器用钢板第1号修改单牌号化学成分(质量分数)/CSiMnPSAlsQ345R0.200。551.201.600。0250.0100。020牌号交货状态钢板厚度/mm拉伸试验冲击试验弯曲试验抗拉强度Rm/(N/mm2)屈服强度Rel/(N/mm2)伸长率A/温度/冲击吸收能量KV2/J180b=2a不小于不小于Q345R热轧、控轧或正火31651064034521041d=2aNB/T 47002。1-2009 压力容器用爆炸焊接复
5、合板 第1部分:不锈钢钢复合板面弯背弯GB 1502011 压力容器2. 焊接材料性能NB/T 47018。2-2011 承压设备用焊接材料订货技术条件 第2部分:钢焊条GB/T 983-2012 不锈钢焊条新型号旧型号牌号化学成分(质量分数)/%CSiMnPSNiCrMoCu其他元素E309LMo-16E309MoL16A0420。041。000。52.50。0300。02012。014.022。025。02.03.00。75除铁外0.5E316L16/A0220。041.000。52。50。0300.02011.014.017。020。02.03。00.75除铁外0。5E5015UH5E5
6、015J5070。150.901。250.0250.0150.300.200.30/V 0.08说明单值表示最大值型号抗拉强度Rm/(MPa)屈服强度REl/(MPa)断后伸长率A/%纵向弯曲180,b=1030冲击E309LMo-16510/25d=40/E316L16490/25d=40/E5015UH549040020d=4054GB/T 983-1995 不锈钢焊条 附录A 焊条用途及熔敷金属的性能型号性能E309MoLXX通常用于焊接相同类型的不锈钢,也可以用于焊接在强腐蚀介质中使用的要求焊缝合金元素含量较高的不锈钢或用于异种钢的焊接。熔敷金属合金元素含量除含碳量低以外与E309Mo
7、相同,熔敷金属含碳量低,因此焊缝抗晶间腐蚀能力较强。E316L-XX通常用于焊接0Cr17Ni12Mo2型不锈钢及相类似的合金。由于钼提高了焊缝的抗蠕变能力,因此也可以用于焊接在较高温度下使用的不锈钢。当焊缝金属存在连续或非连续网状铁素体和焊缝金属的铬钼比小于8.21,并且焊缝金属在腐蚀介质中时,焊缝金属可能会发生快速腐蚀。除含碳量较低外,熔敷金属合金元素含量与E316相同。由于含碳量低,因此在不含铌、钛等稳定剂时,也能抵抗因碳化物析出而产生的晶间腐蚀.通常用于焊接低碳含钼奥氏体钢。当焊缝金属含碳量限制在0。04%以下时,在绝大多数情况下都可以防止晶间腐蚀。高温强度不如E316H型焊条。EXX
8、X16药皮类型16的焊条适用于交流或直流焊接。药皮可以是碱性的,也可以是钛型或钛钙型.为了在交流施焊时获得良好的电弧稳定性,这类焊条药皮中一般都含有易电离元素,如钾。直径不大于4。0mm的焊条可用于全位置焊接.YB/T 5092-2005 焊接用不锈钢丝新型号旧型号牌号化学成分(质量分数)/CSiMnPSNiCrMoCu其他元素H03Cr19Ni12Mo2H00Cr19Ni12Mo2ER316L0。0300。351.002。500.0300。03011.0014.0018。0020.002.003。000。75/H12Cr24Ni13H1Cr24Ni13ER3090.120。351。002.5
9、00。0300.03012。014.023.025.00.750。75/H12Cr24Ni13Mo2H1Cr24Ni13Mo2ER309Mo0.120.351。002.500。0300。03012.014.023.025。02.003。000。75/新型号用途H03Cr19Ni12Mo2除碳含量较低外,其它成分与H08Cr19Ni12Mo2相同,主要用于焊接超低碳含钼奥氏体不锈钢及合金。因为碳含量低,在不采用钛、铌等稳定化元素的条件下,焊缝具有良好的抗晶间腐蚀性能,但高温抗拉强度低于含钛、铌的焊缝。H12Cr24Ni13用于焊接成分相似的锻件和铸件,也可以用于不同种金属的焊接,如08Cr19N
10、i9不锈钢与碳钢的焊接;常用于08Cr19Ni9复合钢板的复层焊接,以及碳钢壳体内衬不锈钢薄板的焊接。H12Cr24Ni13Mo2除含2.03.0%钼外,其它成分与H12Cr24Ni13相同。因为钼能提高钢在含卤化物气氛中的抗点腐蚀能力,该焊丝主要用于钢材表面堆焊,作为H08Cr19Ni12Mo2或H08Cr19Ni14Mo3填充金属多层堆焊的第一层堆焊,以及在碳钢壳体中含钼不锈钢内衬的焊接、含钼不锈钢复合钢板与碳钢或08Cr19Ni9不锈钢的连接。3. 钢板焊接性3.1焊接性3.1.1物理特性奥氏体组织,显著的冷加工硬化性,电阻比碳钢大5倍,线膨胀系数比碳钢大50%,热导率为碳钢的1/2,在
11、固溶退火状态,具有低的导磁率。铬、镍当量较低时,在冷加工变形量较大的情况下,会产生形变诱导马氏体,从而产生磁性。具有低的屈强比(4050),伸长率、断面收缩率和低温冲击韧性均很高。结晶组织为面心立方,则其塑性和韧性比碳钢和低合金钢好,其低温缺口韧性非常好。其在高于538时的强度比碳钢和低合金钢高,而且保持良好的抗氧化性能,316型不锈钢在300系列不锈钢中,具有最高的应力-破断性能。3。1.2焊接特点奥氏体系复合钢板是指基层是珠光体钢,覆层是奥氏体不锈钢.其焊接性能主要取决于奥氏体钢的种类(物理性能、化学成分等)、接头形式及填充材料的种类.复合钢板的焊接工艺常用焊条电弧焊。焊接的关键问题均是合
12、理地选择基层、过渡层和覆层的填充材料。由于基层与覆层母材、基层与覆层的焊接材料在成分及性能方面有较大的差异,焊接时稀释作用强烈,由于焊接接头中碳的迁移和合金元素的扩散,容易在基层一侧产生脱碳带,焊缝中心部位碳含量增加,而奥氏体钢侧的合金元素降低.使焊缝中奥氏体形成元素减少,碳含量增加,增大了结晶裂纹的倾向;焊接熔合区可能出现马氏体组织而导致硬度和脆性增加,有产生裂纹的危险;此外,由于基层与覆层的含铬量差别较大,促使碳向覆层迁移扩散,而在其交界的焊缝金属区域形成增碳层和脱碳层,加剧熔合区的脆化或另一侧热影响区的软化.脱碳带不仅是低温冲击韧性的低值区,而且往往是裂纹的起始和延展的区带,容易引起焊缝
13、熔合线低温冲击韧性的降低并产生裂纹。奥氏体不锈钢具有优良的焊接性,对热裂纹有一定的敏感性,加工工艺不当,易产生焊接接头的脆化(475脆化、相和晶界析出碳化铬脆化或晶粒粗大)等,在一定介质条件的接触下,易产生腐蚀均匀腐蚀(表面)、局部腐蚀(晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等),以局部腐蚀严重(90%)。几乎所有的熔化焊接方法均可用于焊接奥氏体不锈钢,其焊接性受其对热裂纹的敏感性所支配,与具有面心立方结晶组织的其它单相合金相似。在焊接过程中,对于不同类型的奥氏体不锈钢,奥氏体从高温冷却到室温时,随着C、Cr、Ni、Mo含量的不同、金相组织转变的差异及稳定化元素Ti、Nb+Ta的变化,焊接材料与
14、工艺的不同,焊接接头各部位可能出现下述一种或多种问题,在实际焊接工艺方法的选择及焊接材料的匹配方面应予以足够的重视。可根据熔合比,计算出焊缝金属的铬当量和镍当量,然后根据舍夫勒组织图,估算出焊缝的组织状态,如奥氏体不锈钢和低碳钢焊接,当稀释率小于13%时,焊缝金属可保持奥氏体铁素体组织;当熔入的低碳钢母材超过20%时,焊缝金属为奥氏体-马氏体组织,故由舍夫勒组织图可知,在焊接材料和焊接工艺不合适时,焊缝中必将出现马氏体组织,这在焊接时必须设法克服。WRC(1992)图为更有效地防止稀释和碳迁移等问题,在基层与覆层之间加焊隔离层,因此隔离层用焊接材料也是非常重要的。选择焊接材料时可遵循以下原则:
15、(1). 覆层用焊接材料应保证熔敷金属的主要合金元素含量不低于覆层母材标准规定的下限值。(2). 对于有防止晶间腐蚀要求的焊接接头,还应保证熔敷金属中有一定含量的Nb、Ti等稳定元素或(C)不大于0.04。(3). 对于基层应按基层钢材的合金含量选用焊接材料,保证焊接接头的抗拉强度不低于基层母材标准规定的抗拉强度下限值。(4). 为补充基层对覆层造成的稀释,隔离层焊接材料最好采用铬镍含量高的焊条(如25Cr-13Mo型或25Cr20Ni型).奥氏体不锈钢的热物理性能和组织特点决定了其焊接工艺特点.1)由于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接应力,因此应尽可能选用焊接能量集中
16、的焊接方法.2)由于导热系数小,在同样的电流下,可比低合金钢得到较大的熔深。同时又由于电阻率大,也为了避免焊条发红,一般与同直径的碳钢或低合金钢焊条相比,焊接电流较小。纯奥氏体与超级奥氏体不锈钢,热裂纹敏感性较大,应严格控制焊接热输入。3)焊接材料通常采用同材质焊接材料。由于焊接材料中合金元素相对较高,其中有些元素如Ti、Nb、Cr、Al等极易氧化和烧损,焊接时应尽可能缩短电弧,且摆动幅度要限制。4)为提高焊缝的抗热裂性能和耐蚀性能,焊接时,要特别注意焊接区的清洁,避免有害元素渗入焊缝。5)奥氏不锈钢焊接时一般不需要预热及后热,为了防止焊接热裂纹的发生、焊缝和热影响区的晶粒长大及碳化物的析出,
17、保证焊接接头的塑韧性与耐蚀性,应控制低的层间温度,一般不超过150。3。1.3焊接缺陷及对策3.1.3。1热裂纹可分为凝固、液化、高温失塑三大类.凝固裂纹多发生在焊缝区;液化裂纹多出现在靠近熔合线的近缝区,多层多道焊缝中层道间也可能出现;高温失塑裂纹通常发生在焊缝金属凝固结晶完了的高温区。裂纹类型形成时间基本特征被焊材料分布部位及裂纹走向热裂纹结晶裂纹(凝固裂纹)在固相线温度以上稍高的温度,凝固前固液状态下沿晶间开裂,晶界有液膜,开口裂纹断口有氧化色彩杂质较多的碳钢、低中合金钢、奥氏体钢、镍基合金及铝在焊缝中,沿纵向轴向分布,沿晶界方向呈人字形,在弧坑中沿各方向或呈星形,裂纹走向沿奥氏体晶界开
18、裂液化裂纹固相线以下稍低温度,也可为结晶裂纹的延续沿晶间开裂,晶间有液化,断口有共晶凝固现象含S、P、C较多的镍铬高强钢、奥氏体钢、镍基合金热影响区粗大奥氏体晶粒的晶界,在熔合区中发展,多层焊的前一层焊缝中,沿晶界开裂失延裂纹及多边化裂纹再结晶温度TR附近表面较平整,有塑性变形痕迹,沿奥氏体晶界形成和扩展,无液膜纯金属及单相奥氏体合金纯金属或单相合金焊缝中,少量在热影响区,多层焊前一层焊缝中,沿奥氏体晶界开裂产生基本原因:导热系数小、线膨胀系数大,焊接接头高温停留时间较长,焊缝金属及近缝区在高温承受较高的拉伸应力与拉伸应变.在焊缝中联生结晶形成方向性很强的粗大柱状晶组织,在凝固结晶过程中,一些
19、杂质元素及合金元素,如S、P、Sn、Sb、Si、B、Nb易于在晶间形成低熔点的液态膜,因此造成焊接凝固裂纹;对于奥氏体不锈钢母材,当上述杂质元素的含量较高时,将易产生近缝区的液化裂纹。高温凝固模式和高温结晶组织对热裂纹敏感性的影响。当奥氏体的室温组织中含有少量的铁素体时(312),其热裂纹敏感性显著降低。凝固模式有:A;AF;FA。A模式热裂纹敏感性较高(根据晶粒润湿理论,在结晶过程中形成的依棉液态膜能够润湿界面,而难以润湿-界面,因此A模式形成的的纯奥氏体组织具有较高的热裂纹敏感性);FA模式抗热裂纹性能优良(先析出的铁素体打乱了奥氏体柱状晶的方向,而且形成了偏析液态膜难以润湿-界面,因此具
20、有优良的抗热裂纹性能.与此同时,先析铁系体还能较高地溶解S、P、Sn等杂质,降低了凝固液体中的杂质含量,进而提高了抗热裂纹的性能。以AF凝固模式形成的奥氏体+铁素体组织,铁素体在凝固结晶的后期产生,可以阻止粗大奥氏体柱状晶的长大,有分隔残液的作用,同时也可较多溶解杂质元素,因此此模式形成的A+F组织也具有低的热裂纹敏感性.除其他因素外,铁素体含量与焊缝金属成分存在一定关系。铁素体含量可以通过调整铁素体形成元素(如Cr、Si、V、Ti、Mo)与奥氏体形成元素(如C、Ni、N)的比率来确定。1) 铁素体的作用在奥氏体不锈钢焊件中,铁素体最重要的作用是降低某些不锈钢焊缝的热裂纹倾向.铁素体含量的下限
21、要求对于避免产生裂纹是必要的,当低熔杂质元素(特别是硫、磷)含量很低时,奥氏体不锈钢焊缝金属抗热裂纹性能有所提高。通常热裂纹受凝固模式影响。最终的铁素体含量和形式取决于结晶过程和随后的固体状态。热裂纹的敏感性按照以下凝固模式的顺序降低:单相奥氏体、初生奥氏体、混合型和单相铁素体、初生铁素体。虽然铁素体和凝固模式都主要取决于化学成分.在FA凝固模式下,初始铁素体向奥氏体转变,产生双相组织,大大增加了相的边界数量,在此边界可能分布有低熔点组合物,从而使焊缝金属中微裂的可能进一步减小。至少要3FN(铁素体数为3)的铁素体含量可消除用E308、E308L、E316、E316L奥氏体填充金属所熔敷的焊缝
22、金属中的微裂.E309中需要4FN,E318中为5FN,在E347中为6FN。铁素体含量超过一定限制,可能会降低力学性能.为了控制热脆性,要求焊缝金属中的铁素体约为410%。过量的铁素体在高温下放置过程中可导致脆化。某些填充金属可能得到太高的铁素体含量,特别是高铬低镍型,312型。铁素体含量超过一定限制,可能会降低某些焊缝熔敷层在热的、氧化性酸中的耐腐蚀性能.添加钼的18Cr12Ni奥氏体填充金属,如E316、E317、E318型,在焊态条件下对某些介质的抗腐蚀性能不好。存在局限于对铁素体的腐蚀时,可在焊后对接头退火,或者是采用不产生铁素体的焊缝金属的成分。2) 成分和组织间的关系焊缝中铁素体
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