朱秋華，陳　亮

(江蘇武進不銹股份有限公司， 江蘇 常州　213111)

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S31254超級奧氏體不銹鋼的焊接工藝*

朱秋華，陳亮

(江蘇武進不銹股份有限公司， 江蘇 常州213111)

介紹了S31254超級奧氏體不銹鋼的化學成分、焊接工藝，通過對S31254的焊接工藝評定，獲得可靠的參數范圍，用于指導現場生產。

S31254； 超級奧氏體不銹鋼； 焊接

引言

S31254是一種碳含量極低的高鉬含氮奧氏體不銹鋼，此鋼突出特點是在氯化物環境中具有優異的耐蝕性，包括耐點腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕和一般腐蝕的性能[1]。銅的添加改善了在某些酸中的耐腐蝕性，較高的含氮量使其機械強度比其他種類的奧氏體不銹鋼要高，同時S31254具備很高的延展性和沖擊強度以及良好的可焊接性。因而，S31254超級奧氏體不銹鋼管在現代的工程裝置(諸如海水設備、紙業漂白裝置設備以及煉油裝置)中得到了越來越多的應用。

本文選用S31254鋼板進行焊接工藝的試驗和性能分析，結合合理的固溶熱處理，獲得可靠的焊接工藝數據和焊接件性能。

1　試驗研究

1.1試驗材料

試驗材料選用16 mm厚的S31254鋼板，化學成分遵照ASTM A240的要求[2]，實測值如表1所示。

由實測值計算得出其PREN值為43.53，這一數值遠遠高于普通奧氏體不銹鋼的PREN值。

1.2焊接工藝

S31254鋼板采用等離子焊和氬弧焊相結合的工藝，焊接試板不進行焊前預熱，焊絲是直徑1.2 mm的ERNiCrMo-3。焊接示意圖如圖1所示，焊接參數如表2所示。

圖1　S31254焊縫示意圖

焊道焊接方法填充金屬焊接電流牌號直徑/mm極性電流/A焊接速度/(cm·min-1)1等離子焊N.A.N.A.直流正接DCEN250～30020～402～4氬弧焊ERNiCrMo-31.2直流正接DCEN210～2706～40

1.3試驗方法

焊接后，先對試板進行熱處理，然后再進行相關性能試驗。熱處理工藝及試驗方法如下：

1) 固溶熱處理：將試板進行固溶，固溶溫度≥1150 ℃，之后快速水冷；

2) 拉伸試驗：用CHT4萬能試驗機，按照ASTM A370進行室溫拉伸試驗；

3) 沖擊試驗：采在JB-300B型沖擊試驗機按照ASTM A370標準進行室溫沖擊試驗；

4) 點腐蝕試驗：按ASTM G48的E法進行點腐蝕試驗；

5) 晶間腐蝕試驗：按ASTM A262得E法進行晶間腐蝕試驗；

6) 硬度檢測：采用洛氏硬度試驗機對焊接試板的焊接態和固溶態下的焊縫和熱影響區進行硬度檢驗。

2　試驗結果及分析

2.1室溫拉伸

固溶后的焊接試板拉伸試驗數據如表3所示。從表3的數值可以看出，S31254的強度高于普通奧氏體不銹鋼，這一方面也是得益于該材料高的N含量。

表3　S31254室溫拉伸數值

2.2沖擊試驗

固溶后的焊接試板，按照A370的要求制成標準試樣(尺寸為55 mm×10 mm×10 mm、V型缺口)，具體如圖2所示[3]。室溫沖擊值如表4所示，從表4的沖擊功數據可以看出，在室溫下S31254沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力， 即沖擊韌性良好。

圖2　標準沖擊試樣尺寸

取樣區域沖擊功/J第一次第二次第三次焊縫285286286熱影響區275>290>290

2.3耐蝕性

2.3.1點腐蝕

按ASTM G48的E法進行點腐蝕試驗，將試樣浸入6%的FeCl3和1%鹽酸的溶液中，在50℃±1℃進行24 h腐蝕，試樣表面未出現點腐蝕。

2.3.2晶間腐蝕

按照ASTMA262的E法，對超低碳不銹鋼進行敏化，在650 ℃下經2 h，無晶間腐蝕裂紋。

S31254具有極優良的耐蝕性，基于該材料低的碳含量、高的鉬含量、高鉻和氮以及銅的加入，使其能在純硫酸、含有氯離子的硫酸、一般溫度下稀釋的鹽酸、氟硅酸中(H2SiF4)和氫氟酸(HF)中比普通奧氏體不銹鋼有更寬的濃度和溫度應用范圍。

2.3.3硬度

將試板焊接態、固溶態的焊縫和熱影響區進行硬度檢測，實測數據如表5所示。由表5可以看出，固溶熱處理能顯著降低S31254的洛氏硬度值，提高材料的塑性、減小變形抗力。

表5　S31254 實測硬度值

3　結論

(1)通過對焊絲的選擇、焊速、焊接電流等焊接工藝的調整，優化S31254的綜合性能；

(2)S31254室溫下沖擊韌性良好；

(3)S31254耐蝕性優異，如良好的耐點蝕和耐晶間腐蝕能力；

(4)固溶熱處理降低S31254焊接試板的洛氏硬度值，提高塑性。

[1]陸世英，張延凱，楊長強，等.不銹鋼[M]．北京：原子能出版社, 1995.

[2]ASTM A240/A240M-15 Standard Specification for Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate,Sheet, and Strip for Pressure Vessels and for General Applications[S]．2015.

[3]ASTM A370-16 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products[S]．2016.

2016-03-04

朱秋華(1981—)，女，工程師

TG441; TG142.1