2205双相不锈钢的焊接工艺研究.pdf

焊管·第31卷第1期·2008年1月·29·

●试验与研究

00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢
焊接工艺研究

赵海鸿,祁励春
(中国石油天然气管道局科学研究院焊接技术中心,河北廊坊065000)

摘要:00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢焊接时,其焊缝和热影响区(HAZ)的韧塑性和耐蚀性通
常是主要考虑因素。采用气体保护钨极氩弧焊(GTAW),通过调整焊接工艺,分析研究该工艺
下焊接接头的相比例及耐腐蚀性能,为00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的现场焊接提供指导。
关键词:双相不锈钢;GTAW;相比例
中图分类号:TG142.71文献标志码:A文章编号:1001-3938(2008)01-0029-04

0前言上,结合我国管道焊接施工特点和野外施工环境,
分析研究国内00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢焊接
近年来,油气管道的腐蚀问题日趋严重,如各性能、焊接工艺、焊缝和热影响区组织及性能变
-化以及相比例和相分布形态对焊接接头性能的
油田的集输管道工程,其油气原料中CO2和Cl,
的含量大都很高,但是集输管道用设备基本上采影响。
用耐蚀性一般的碳素钢和低合金钢,这必将会引
起严重的化学腐蚀、应力腐蚀和点蚀,即使是一般1试验材料
的单相不锈钢也会引起严重的应力腐蚀、点蚀和
晶间腐蚀,通常3～5年就需要更换一次设备,这本试验材料采用太原钢铁公司生产的
就增加了设备的维护难度和维修成本。因此,为00Cr22Ni5Mo3N中合金型双相不锈钢,钢管规格
保证管网系统具有较高的安全可靠性、方便的维为<406mm×15.9mm。其实测化学成分见表1。
护管理性和气田开采期内总费用最低,大型储罐表1试验用钢的化学成分(实测值)%
及油气管网的材料设计逐步倾向于采用强耐蚀性w(C)w(Si)w(Mn)w(P)w(S)
0.0150.751.210.0300.001
的新型材料,如克拉2气田集输管道选用了瑞典
w(Cr)w(Ni)w(Mo)w(N)PREN
生产的SAF2205双相不锈钢管,钢管最大规格为22.785.063.050.15535.3
×。
<508mm19.1mm注:耐蚀当量PREN=(Cr+3.3Mo+16N)%
SAF2205属于第二代中合金双相不锈钢,美
国牌号为UNSS31803。20世纪80年代初,我国00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的主要成分为
开始研制相当SAF2205的00Cr22Ni5Mo3N双相Cr,Ni,Mo和N。其中Ni和N是促进和稳定奥氏
不锈钢,这种钢材具有铁素体和奥氏体的双相结体的元素,保证了铁素体与奥氏体的双相组织结
构,铁素体的存在使其具有较高的强度和耐氯化构。但由于双相不锈钢在焊接时必然要经历热循
物应力腐蚀性能,奥氏体的存在使其具有良好的环过程,该过程快速而短暂,往往来不及发生奥氏
韧性和耐腐蚀性能。因此,00Cr22Ni5Mo3N双相体的析出,同时HAZ的高温段铁素体晶粒会发生
不锈钢是一种耐腐蚀性和强度均较高(屈服强度急剧长大,导致相比例和相分布状态发生变化,影
为其他奥氏体钢的2～3倍)的钢种。响焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能,因此选择
本课题在调研并借鉴国外成熟焊接工艺基础合适的焊接工艺是非常必要的。
·30·焊管2008年1月

2焊接工艺场施工时,若根焊采用SMAW,钢管背部产生的焊
渣及少量飞溅清理困难,同时会影响焊接接头的
00Cr22Ni5Mo3N中合金型双相不锈钢焊接抗腐蚀性和低温冲击韧性,因此,本课题采用
时,焊接接头的韧塑性和耐蚀性是关键因素,通常GTAW进行根焊和第一道填充焊,SMAW进行填
期望焊接接头的各项性能指标能与母材金属相充和盖面焊,以提高焊接效率。
同,而这些性能的保证主要是通过严格控制焊接2.2焊接材料
工艺,从而控制焊接接头的相比例和相分布形态对焊后要直接使用的双相不锈钢管,使用焊
来实现的。接材料的化学成分通常与母材略有不同,要求焊
2.1焊接方法材中的Ni含量要高于母材(约高2%～4%),N
00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢可以采用焊条电含量一般略低于母材,以促进铁素体向奥氏体的
弧焊(SMAW)、气体保护钨极氩弧焊(GTAW)、熔转变,并稳定焊缝中的奥氏体相。另外,由于
化极气体保护焊(GMAW)和埋弧焊(SAW)等多00Cr22Ni5Mo3N属于超低碳双相不锈钢,因此在
种方法焊接。其中根焊可以采用GTAW(填丝)选择焊接材料时,也必须选用超低碳系列,以保证
和SMAW;填充、盖面焊可以采用SMAW和焊接接头的使用性能,确保焊缝的综合性能与母
GMAW。施工现场短管二接一或三接一采用材匹配。本试验在多次综合对比优化后,选择了
SAW完成,可提高现场的施工效率。但考虑到现表2所列的焊接材料。
表2焊接材料类别及化学成分
化