不銹鋼復(fù)合板缺陷修補(bǔ)處性能研究

郭勵(lì)武

（太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司復(fù)合材料廠,山西 忻州 035503）

0 引言

不銹鋼復(fù)合板因其良好的耐蝕性、高強(qiáng)度的特性，在化工行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。不銹鋼復(fù)合板的生產(chǎn)方式主要有爆炸法和軋制法，無論采用哪種方法都會(huì)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生分層缺陷。按照NB/T 470002.1—2019 和GB/T 8165—2008 標(biāo)準(zhǔn)要求，分層缺陷是需要挖補(bǔ)處理，修補(bǔ)處應(yīng)達(dá)到和母材一樣的耐蝕性能。修補(bǔ)工藝一般采用去除復(fù)層后進(jìn)行堆焊，堆焊處的腐蝕性能主要受到材料種類和焊后熱處理的影響。另外，由于焊接后不銹鋼堆焊層存在殘余應(yīng)力，通常采用一定溫度下的焊后熱處理來消除焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力[1]，但焊后熱處理會(huì)增大堆焊層的常溫點(diǎn)腐蝕敏感性[2]。

本文通過在鋼板上進(jìn)行堆焊不銹鋼的方法，模擬復(fù)合板挖補(bǔ)焊處理工藝，研究熱處理對(duì)堆焊層耐蝕性能及力學(xué)性能的影響，為復(fù)合板生產(chǎn)提供理論參考。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選擇A062 作為過渡層，A002 作為復(fù)層，基材選用Q345R，采用SMAW 焊條。焊條化學(xué)成分如表1 所示。

表1 焊條化學(xué)成分

1.2 焊接方法

基材選用Q345R 基材，經(jīng)打磨后去除氧化皮，采用SMAW（焊條電弧焊）在基材表面堆焊2 層不銹鋼堆焊層，每層厚度約為1.5～2 mm。焊條在堆焊前要經(jīng)過烘干處理，烘干溫度為350 ℃，時(shí)間為1 h，焊接工藝參數(shù)如表2 所示。

表2 焊接工藝參數(shù)

1.3 試樣檢驗(yàn)

堆焊完成之后，對(duì)堆焊層進(jìn)行了PT、UT 檢測(cè)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為NB/T 47013—2019。

試驗(yàn)合格后的鋼板分為3 個(gè)批次進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方案如表3 所示。

表3 熱處理方案

表4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

按照三種試驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括力學(xué)性能、耐蝕性能、顯微硬度和金相組織。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，堆焊后進(jìn)行試樣檢測(cè)，未對(duì)基層組織產(chǎn)生較大影響。各層硬度如表5、圖1 所示。

圖1 顯微硬度（HV1）對(duì)比圖

圖2 不同狀態(tài)下的復(fù)合板金相

表5 顯微硬度（HV1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 腐蝕性能檢測(cè)

復(fù)合板焊補(bǔ)部位的耐蝕性能是影響復(fù)合板使用的關(guān)鍵部位，該部位易產(chǎn)生晶間腐蝕裂紋，工藝控制不當(dāng)將嚴(yán)重影響復(fù)合板的使用壽命。因此，有效控制制造過程，最大限度地避免晶間腐蝕的產(chǎn)生尤為重要。本文針對(duì)復(fù)合板焊補(bǔ)部位的耐腐蝕性分別進(jìn)行了50%硫酸—硫酸鐵腐蝕試驗(yàn)（GB/T 4334—2020B）、65%硝酸腐蝕試驗(yàn)（GB/T 4334—2020C）和銅—硫酸銅—16%硫酸腐蝕試驗(yàn)（GB/T 4334—2020E），試驗(yàn)結(jié)果如表6 所示。

表6 晶間腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表6 數(shù)據(jù)可知，低溫?zé)崽幚淼膹?fù)合板堆焊處的耐蝕性能最差，其次是原始態(tài)，正火處理的最優(yōu)。

2.3 金相組織分析

不同熱處理狀態(tài)下堆焊層組織均為奧氏體＋少量鐵素體。正火處理后，基板側(cè)脫碳層增加，降低了結(jié)合層硬度。當(dāng)采用低溫?zé)崽幚頃r(shí)，復(fù)層側(cè)析出碳化物，降低了復(fù)層的耐晶間腐蝕能力。

碳元素是對(duì)不銹鋼敏化起著重要作用的關(guān)鍵性元素，含碳量越高，碳的擴(kuò)散量越多，碳化物形成得就越多，鉻的消耗量就大[3]。鉻含量低，較低的鉻含量不利于貧鉻區(qū)與富鉻區(qū)含鉻量的平衡，從而增加了晶間腐蝕的敏感性[4]。

當(dāng)采用先焊接后熱處理的工藝時(shí)，能夠提高復(fù)合板力學(xué)性能指標(biāo)，降低結(jié)合層硬度。低溫?zé)崽幚頃?huì)降低復(fù)合板的耐蝕性能。在熱處理工藝控制合理，復(fù)層材質(zhì)化學(xué)成分控制碳含量的前提下，復(fù)合板經(jīng)低溫?zé)崽幚砗螅臀g性能雖有降低，但也可以滿足要求。

3 結(jié)論

1）復(fù)合板的缺陷處理應(yīng)采用小電流堆焊，確保母材稀釋率小，堆焊層過渡層碳含量少，耐蝕性好。堆焊兩層的試樣耐蝕性在低溫?zé)崽幚淼那闆r下可以滿足產(chǎn)品要求。

2）在合理的焊接工藝條件下，原始狀態(tài)、正火狀態(tài)和低溫?zé)崽幚頎顟B(tài)下的焊補(bǔ)位置都能滿足產(chǎn)品的耐蝕性能要求。

3）低溫?zé)崽幚頎顟B(tài)下的焊補(bǔ)位置的耐蝕性能低于原始態(tài)和正火狀態(tài)。