【正文】 51 2205不銹鋼不同時效處理后試樣的力學性能 試樣編號 屈服強度 σs/MPa 抗拉強度 σb/MPa 伸長率 δ/% 斷面收縮率 /% 原始板材 660 815 1050℃ 固溶 705 695 650℃ *1h 746 820 750℃ *2h 750 830 750℃ *10h 771 835 850℃ *10h 710 820 雙相不銹鋼在 650℃ 時效時，兩相組織中的 α相發(fā)生調幅分解， α相分解為彌散分布的富鉻的 α＇ 和富鐵的 α相。時效時間一定時，材料的強度隨著 時效溫度的升高而降低，伸長率 (δ)、斷面收縮率 (ψ) 也隨之下降；當時效溫度一定時，隨著時效時間的延長，材料的強度明顯升高，但塑性明顯降低。 ( b ) 750℃保溫 2h?？梢源_定時效過程中在鐵素體中確實發(fā)生了 δ→γ+σ 相變。 浸蝕方法通常是將試樣磨面浸入浸蝕劑中，也可用棉花沾上浸蝕劑擦試樣表面，浸蝕時間要適當，一般使 試樣磨面發(fā)暗時就可停止，如果浸蝕不足，可重復浸蝕，浸蝕完畢后立即用清水沖洗，然后用棉花沾上酒精擦拭磨面并吹干，至此，金相試樣的制備工作全部結束，即可在顯微鏡下進行組織觀察和分析研究。 拋光結束后用水沖洗試樣并用棉花擦干或吹風機吹干，若只需觀察金屬中的各種夾雜物或鑄鐵中的石墨形狀時，則可將試樣直接置于金相顯微鏡下觀察。拋光盤上鋪以細帆布、呢、絨、絲綢等拋光織物。磨面達到拋光前地光潔度。 ② 細磨 粗磨后地試樣仍保留有較粗較深地磨痕，為拋光做準備，須要進行細磨，細磨是將經(jīng)粗磨后地試樣，在由粗到細地砂紙上進行磨光。磨制時，應使試樣的磨面與砂輪側面保持平行，緩緩地與砂輪接觸，并均勻地對試樣加適當?shù)貕毫?。并同時加壓，其壓力均為 200kg/cm2，保持一定時間后，去除壓力將鋃嵌試樣從壓膜中頂出。本實驗中是選擇焊接板材中焊縫條件較好的切片，磨面時要倒角。 。最外層焊縫的熱影響區(qū)因缺少外層焊縫的熱處理作用， 難以達到平衡的雙相組織，因而在制定焊接工藝時盡可能使最后一道焊縫位于非工作介質面上。176。表 43是 SAF2205雙 相不銹鋼板焊接工藝指導書。因此，焊接前應對焊接區(qū)域用丙酮進行清洗，徹底清除油污、泥土、灰塵和水分等污染。 (5)焊接過程材料的保護 材料表面的弧擊和起弧，是一個瞬間高溫過程，冷卻速度很快。其具體大小要根據(jù)焊件厚度選擇。避免腐蝕介質在焊接接頭部位聚集，降低或消除應力集中，消除或降低焊接接頭殘余應力，用常用工藝措施，加熱溫度在 800900℃之間才可得到比較理想的消除應力效果；結構設計時要盡量采用對接接頭，避免十字交叉焊縫，單 V形坡口改用 Y形坡口。 焊后不必熱處理，雙相不銹鋼在 300～ 1000℃ 對溫度很敏感，在 300～ 700℃進行消除應力處理會導致 σ相析出而產生 475℃ 脆化現(xiàn)象，引 起韌性和抗腐蝕性降低；在 700～ 1000℃ 進行應力消除處理，會導致金屬間化合物的析出 ,也會引起韌性和抗腐蝕性的降低。當然，預熱對于降低鋼材表面的濕氣是有益的，當采用預熱的方法降低濕氣時，首先必須清理焊接表面 ,然后均勻地加熱到 95℃ 。因此，焊接線能量的輸入大小直接影響著焊縫和熱影響區(qū)中鐵素體的含量。 (2) 石油天然氣管道、熱交換器管件。 (11) 性能比較 雙相不銹鋼 2205 合金與 316L 和 317L 奧氏體不銹鋼相比， 2205 合金在抗斑蝕及裂隙腐蝕方面的性能更優(yōu)越，它具有很高的抗腐蝕能力，與奧氏體相比，它的熱膨脹系數(shù)更低，導熱性更高。這項處理應用于固熔退火及應力解除。熱成形進行完后，應立即對其在最低為 1900176。F 溫度范圍內，在嚴格限制的情況下 (尤其對于焊接結構 )，也可以用于更低的溫度。 (3) 抗應力腐蝕性 不銹鋼的雙相微觀結構有助于提高不銹鋼的抗應力腐蝕龜裂能力。它具有高強度、良好的沖擊韌性以及良好的整體和局部的抗應力腐蝕能力。 在制紙漿和造紙業(yè)領域，國內幾乎是空白， 硫酸鹽蒸煮法仍多采用低碳鋼制造的蒸煮鍋，而國外早已普及使用雙相不銹鋼的蒸煮、漂白等設備，目前國內也有引進，但數(shù)量極少。 此外，采用國產 0Cr25Ni6Mo3CuN 時效 強化雙相不銹鋼，利用其耐磨損腐蝕性能，用于尿素裝置主工藝管路多種規(guī)格的高壓截止閥的內件等，效果不錯。 齊魯石化公司氯乙烯裝置的氧氯化反應器中的冷卻蛇管的介質條件（ HCI，水蒸氣）苛刻，目前已使用進口的 2205 雙相不銹鋼，使用結果 有待觀察。 以下是中國的雙相不銹鋼在有關工業(yè)領域應用的典型實例。氣提塔的氣提管，高壓冷凝器的冷凝管，高壓分解塔的分解管及輸送管道。 (3) 陸上和海上油氣工業(yè)（酸性油井井管及管線）。催化吸收解吸塔襯里，塔盤板、管等，汽油再熱器。 (2) 除耐應力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。 (3) 在許多介質中應用最普遍的 2205 雙相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于普通的 316L奧氏體不銹鋼，而超級雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性，再一些介質中，如醋酸、甲酸等甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼，乃至耐蝕合金。 (8) 與奧氏體不銹鋼相比，導熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小，適合制作設備的襯里和生產復合板，也適合制作熱交換器的管芯，換熱效率比奧氏體不銹鋼高。 代表牌號的主要化學成分如表 21 所示： 表 21 代表牌號的主要化學成分 類型 UNS 牌號 化學成分 ,% C Cr Ni Mo Cu N 低合金型 S32304 ≤ 23 44 2 低合金型 S31803 ≤ 22 5 3 低合金型 S32205 ≤ 22 5 3 低合金型 S32550 25 6 3 超級 DSS S32750 ≤ 25 7 4 數(shù)據(jù)來源： 2020 年 2 月《焊接設備與材料 [J].焊接技術 》 雙相不銹鋼的性能特點 (1) 含鉬雙相不銹鋼低應力下有良好的耐氯化物應力腐蝕性能。南京化工有限公司化工機械廠，上海石化機械制造公司，金州重型機器有限公司等近十家大中型機械制造公司已經(jīng)制造了近百臺的雙相不銹鋼設備，南京化工有限公司化工機械廠和金州重型機器有限公司也能按照國外標準制造不只一臺設備，分別出口至印度和馬來西亞。至今已有包括 5 個鋼種的系列牌號，但只有低鉻的鋼種納入了國家標準，其余都按企標生產，目前鋼板的國標正在修訂， Cr22 和 Cr25 型的雙相不銹鋼將考慮納標。代表鋼種為 SAF2507 鋼。 (2) 日本在美國 329鋼基礎上降低了含碳量，開發(fā)了 SUS329J1鋼，可作為焊接用鋼。 第二代雙相不銹鋼： (1) 20世紀 80年代瑞典先開發(fā)了不含 Mo的超低碳型雙相不銹鋼。在石油、化工領域里應用前景非常遠大。 目前國內雙相不銹鋼主要產品是管、板和復合板，也有鍛件和鑄件，產量都不大。 雙相不銹鋼的主要代表牌號 雙相不銹鋼一般可分為四類： 低合金型 代表牌號是 UNS S32304（ ）， PREN 值 24～ 25； 中合金型 代表牌號是 UNS S31803（ ）， PREN 值 32～ 33； 高合金型 標準牌號有 UNS S32550（ ）， PREN 值 38～SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 39； 超級雙相不銹鋼型 標準牌號有 UNS S32750（ ）， PREN 值＞ 40[7]。 (4) 綜合力學性能好，有較高的強度和疲勞強度。 雙相不銹鋼的性能比較 由于雙相不銹鋼兩相組織的特點，通過正確控制化學成分和熱處理工藝，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的特點。 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 (6) 不論在動載 或靜載條件下，比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力，這對結構件應付突發(fā)事故如沖撞，爆炸等，雙相不銹鋼優(yōu)勢明顯，有實際應用價值。 (5) 應用范圍較鐵素體不銹鋼寬。 (2) 石化工業(yè)（中性氯化物） A. 聚氯乙烯（ PVC）汽提塔和熱交換器。 (4) 紙漿和造紙工業(yè) A. 連續(xù)式硫酸蒸煮或間歇式蒸煮裝置。 (6) 高強度結構件 、海底管道。另外，西氣東輸工程西起塔里木盆地的集氣管線考慮要用雙相不銹鋼焊管，國內已有條件生產和制造。 (3) 化肥工業(yè) 尿素工業(yè)也是最早使用國產雙相不銹鋼的部門，裝置中含氯離子水的換熱設備使用得較多，例如尿素裝置中 CO2壓縮機三段冷卻器原使用 304L 奧氏體不銹鋼管束， l 個月后即因應力腐蝕破裂而泄漏，雙相不銹鋼可用 5 年以上，隨后一、二段冷卻器也都換用了 18－ 5Mo 或 2205 雙相不銹鋼。如今 2205 雙相不銹鋼已代替316L 和 317L 奧氏體不銹鋼，成為海上化學品船的標準用材。 海上運輸業(yè)的發(fā)展，化學品船制造業(yè)方興未艾，需要大量大張的鋼板，這一缺口有待填平補齊。早期的雙相不銹鋼可以耐中等強度的均勻腐蝕和氯應力腐蝕斷裂，但是在焊接情況下使用時，其性能會大大降低。 (4) 抗腐蝕疲勞性 2205 雙相鋼的高強度及抗腐蝕能力使其具有很高的抗腐蝕疲勞強度。F 的溫度范圍內進行， 2205 合金在此溫度下非常柔軟。F 的溫度下進 行固熔退火，然后迅速冷卻，進行水淬火。 (9) 機械切削性 在高速的機床上， 2205 合金的進給率和切削速度和 316L 是一樣的。F/+600176。 (5) 高強度耐腐蝕環(huán)境下的回轉軸、壓榨輥、葉片、葉輪等。因此，選擇合適的焊接工藝參數(shù)十分重要。 與奧氏體鋼相比，雙相不銹鋼具有導熱性好和熱膨脹系數(shù)低的特點，因此不會產生很大的殘余應力，具有更高的抵抗熱裂紋的能力，故雙相不銹鋼可以采用較大線能量 焊接，最大的層間溫度為 150℃ 。 （二）防止措施： (1) 雙相不銹鋼具有良好的焊接性，一般選用與母材成分相同或相近的焊接材料，由于含碳量對抗腐蝕性有很大的影響，因此熔敷金屬含碳量不用高于母材。焊接材料要選用比母材含鎳量高的雙相鋼焊制。 (3) 焊接熔池及背面的保護 氣體保護焊時保護氣體中加氮可以提高焊縫的耐蝕性?？赡芮闆r下，不銹鋼板材和碳鋼板材應分開存放和焊接。因此 ,通過調整焊接線能SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 量輸入可以得到最佳的焊縫和焊接熱影響區(qū)性能。操作性能極好。 ：坡口及其兩 側各 25mm 以內的內外表面進行清理，清理程序如下：磨光機打磨—丙酮（或無水乙醇）清洗。 ，要等焊縫冷卻下來之后再敲掉藥皮，讓焊縫在藥皮的保護下冷卻下來， 防止氧化。 焊接后板材試樣：（如圖示 41（ a）、（ b）） SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 （ a） （ b） 圖 41 2205 雙相不銹鋼焊接后板材試樣 5 熱處理工藝對 2205 雙相不銹鋼各項性能的影響 金相試樣的制備方法 選擇以上雙相不銹鋼成型焊接板材中符合焊接及焊縫要求的，將焊接板材周圍的焊渣及焊縫毛刺利用手工打磨機打磨平滑至要求規(guī)格。 目前一般多采用塑料鋃嵌。當試樣需要觀察幾個面時，不能進行鋃嵌。此外，還應注意不使試樣因磨制而發(fā)熱。當前一道砂紙地磨痕全部被磨掉后，才能更換下一道較細地砂紙。其目的是取出試樣表面上的磨痕，達到光亮而無磨痕的鏡面。 MgO 白色，適用于鋁、鎂及其合金等軟性材料的最后精拋。 最常用地金相組織顯示方法是化學浸蝕法。 650℃ 時效處理時，保溫時間為 10 min， 30 min， 1h和 2h； 750和 850℃ 時效處理時，保溫時間為 2h， 4h， 10h和 20h。溫度高時， σ相易形成塊狀；溫度低時， σ相易形成片狀組織。 σ相是由雙相組織中 δ相分解而產生的，當SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 時效時間足夠長，最終使 δ相近乎消失，即固溶組織 (δ+γ)因時效最終轉變?yōu)?(γ+σ)的兩相組織。 σ相屬于脆性相，硬度高，脆性大。 熱處理工藝對雙相不銹鋼維氏硬度的影響 維氏硬度測量原理 維氏硬度試驗 是 壓入硬度試驗 之一種，其測量值用 HV 表示。 維氏硬度試驗基本原理是將兩相對面夾角為 136176。 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 圖 55 左為壓痕在材料表面的投影， l1 和 l2 為壓痕對角線長； 右為金剛石壓頭的側面觀，其相對面夾角為 136176。試驗中的觀測數(shù)據(jù)很好的證明了這一點，焊接區(qū)域的硬度值略大于焊縫邊緣區(qū)域，說明試驗板材焊接工藝的有 效性和焊接過程的可靠性。時效溫度高時 σ相在 δ/γ相界和 δ相內同時形核、生長；溫度低時則偏聚在 δ/γ相界生核，然后向 δ相內生長。說明固溶處理過程很好地消除了焊接時的熱應力影響，固溶處理 強化了固溶體，提高了板材的韌性。合理選擇焊條，盡可能保證焊條與母材元素的一致性可以減輕腐蝕的出現(xiàn)。隨著雙相不銹鋼應用的不斷增長，雙相不銹鋼的生產工藝、焊接技術、熱處理等工藝技術也在持續(xù)的發(fā)