EQ2594焊帶在超級雙相不銹鋼耐蝕合金堆焊中的應用

Johan L?thman, Anders Waller?, Ola Runnerstam, 張懷征

EQ2594焊帶在超級雙相不銹鋼耐蝕合金堆焊中的應用

Johan L?thman, Anders Waller?, Ola Runnerstam, 張懷征

與奧氏體不銹鋼和鎳基材料相比，超級雙相不銹鋼（SDSS）具有一系列獨特特性，使SDSS適合用于各類嚴苛的應用環境中。本文對Sandvik 25.10.4.L超級雙相鋼焊帶通過使用非合金焊劑進行電渣堆焊（ESW）獲得符合EQ 2594成分的堆焊層。結果顯示，堆焊層熔敷金屬的化學成分以及綜合力學性能都達到了使用要求。

1. 概述

與奧氏體不銹鋼和鎳基材料相比，超級雙相不銹鋼（SDSS）具有一系列獨特特性，如能有效抵御應力腐蝕開裂，具有更高的機械強度，良好的耐氯化物腐蝕能力。此外，SDSS還具有卓越的焊接性、耐侵蝕腐蝕以及耐腐蝕疲勞等優異特性。憑借出色的耐蝕性，SDSS適合用于各類嚴苛的環境中，如氯化海水以及溫度<300℃的酸性含氯介質。在應用溫度＜300℃的腐蝕環境下，SDSS是替代鎳基材料的一種具有良好的成本效益解決方案。

超級雙相不銹鋼SDSS牌號目前僅有焊絲（ER2594）和焊條（EQ2594）兩種形式的產品。之前超級雙相鋼表面堆焊只能采用絲極埋弧焊，焊條電弧焊或氬弧焊，生產效率較低，因此，SDSS尚未能有效替代奧氏體不銹鋼和鎳基合金等擁有埋弧焊（SAW）或電渣焊（ESW）焊帶材料。目前EQ2594焊帶已推向市場，使用這款超級雙相鋼焊帶進行帶極電渣堆焊，可以極大地提高表面堆焊的生產效率。本文將對用ESW方法獲得的EQ2594 堆焊層進行熔敷金屬化學成分、鐵素體含量、PRE值、力學性能以及耐腐蝕性等方面進行測量和分析。

2. 試驗材料和方法

試驗采用一種或兩種焊帶，堆焊得到兩層或三層熔敷金屬，以評估母材未經過或經過焊后熱處理情況下的焊接工藝（見表1）。

本試驗中ESW帶極堆焊在AISI A182級母材試板上進行，使用Sandvik 47S焊劑，這是一種用于ESW方法的燒結型中性焊劑，試驗用焊帶的化學成分如表2所示。

表1 測試中的ESW堆焊順序

表2 試驗用焊帶的化學成分（質量分數） （%）

3. 試驗結果和分析

（1）堆焊層化學成分 試驗顯示，在母材（未經熱處理）上直接堆焊兩層EQ2594所得到的堆焊層表面的化學成分，與先堆焊一層EQ309L過渡層再堆焊兩層EQ2594的表面化學成分幾乎完全一致。在這兩種情況下，PRE 值都達到了41（見表3）。

（2）鐵素體含量 根據ASTM E562 標準測量堆焊層的鐵素體含量，并根據WRC－1992

標準計算。兩種堆焊層的鐵素體含量幾乎完全相同（見表4）。

（3）微觀組織 在對母材未經熱處理和經過熱處理（第一層使用過渡層309L）堆焊層的微觀結構進行分析后發現，兩者均含有典型的雙相焊縫結構以及鐵素體含量30%左右的平衡的鐵素體-奧氏體比例（見附圖）。微觀組織中基本不含二次析出相成分（二次奧氏體、σ相和氮化鉻），極低的孔隙率和孔徑（直徑約為50μm），如表5所示。

（4）腐蝕 試驗中采用ASTM G48A和ASTM G48E兩種不同方法分析耐點蝕性能。根據NORSOKM－601標準，ASTM G48A方法應在40℃環境下進行，曝露時間最少為24h（見表6）。ASTM G48E方法中的臨界點蝕溫度（CPT）試驗在40℃、45℃及50℃三種不同的溫度下進行結果顯示在45℃時已發生點蝕（見表7）。

（5）力學性能 通過對純熔敷金屬在室溫下進行拉伸試驗，從而研究材料的力學性能（見表8）。

根據NORSOK M/601標準，對純熔敷金屬的上層、每組取6個樣本進行了沖擊性能測試，測試溫度為-46℃（見表9）。

側彎試驗選取了3個試樣進行，所有試樣均通過了測試（見表10）。

（6）結果分析 對于超級雙相不銹鋼的焊接，一般不需要進行焊后熱處理，但如果需要對母材（例如低合金鋼）進行焊后熱處理的話，在堆焊第一層奧氏體過渡層之后進行焊后熱處理。在本試驗中，過渡層采用了309L（Sandvik 24.13.L）材料。如無需對母材進行焊后熱處理，則僅需兩層EQ2594熔敷金屬就能獲得未稀釋的EQ2594堆焊層。

微觀組織圖

表3 熔敷金屬表面層的化學成分（質量分數） （%）

表4 鐵素體含量

表 5 空隙和σ相及氮化鉻情況

表6 表層氯化鐵點蝕試驗（G48A法）

表7 表層氯化鐵點蝕試驗

表8

EQ2594的堆焊可使用ESW

（電渣焊）工藝。采用Sandvik 25.10.4.L（EQ2594）焊帶和Sandvik 47S焊劑，可實現良好的焊接性和表面光滑度。兩層堆焊可以獲得未稀釋的EQ2594堆焊層的表面化學成分，以及鐵素體-奧氏體微觀組織，且基本上不含第二相。

表9 堆焊層在-46℃環境下的沖擊性能

表10 堆焊層的側彎試驗

鐵素體-奧氏體微觀組織的鐵素體含量約為30%（按ASTM E562標準測量）。根據WRC—1992標準計算，鐵素體數為50%～60%，抗點蝕當量（PRE）約為41。較為平衡的鐵素體-奧氏體比例加上較高的PRE值，表現出了卓越的耐腐蝕性。根據NORSOK M—601標準，能滿足40℃條件下ASTM G48 A試驗要求，并在ASTM G48 E標準下達到45℃極高的臨界點蝕溫度（CPT）。

由于很好的兩相平衡鐵素體-奧氏體，加之不存在第二相，使得焊縫的力學性能和伸長率較高，一般可達到30%的伸長率，這對于超級雙相焊接金屬而言是相當高的，同時還能實現出色的抗拉強度（約830MPa）和屈服強度（約670MPa）。在沖擊性能測試中，表面熔敷金屬還展現出優異的韌性，在-46℃下約為125 J。此外，所有樣品均通過側面彎曲測試。

經試驗證明，使用Sandvik 25.10.4.L焊帶和Sandvik47S焊劑進行ESW方法堆焊，可成功獲得EQ2594耐蝕合金（CRA）堆焊層。這種方式可提高CRA耐蝕合金堆焊的成本效益，適用于石油、天然氣、化工、海水相關應用、紙漿和造紙工業等氯漂白環境以及化學工業等較為嚴苛的應用領域。

4. 結語

通過使用Sandvik25.10.4.L焊帶和Sandvik47S焊劑進行ESW方法堆焊，可獲得EQ2594耐蝕合金（CRA）堆焊層。

根據NORSOK M－601標準，能在40℃條件下符合ASTM G48 A試驗標準，并在ASTM G48 E標準下實現45℃的極高臨界點蝕溫度（CPT）。

Johan L?thman, Ola Runnerstam, 山特維克材料科技焊接產品事業部，Anders Waller?, 山特維克材料科技研發部，張懷征，山特維克材料科技（上海）。