GL認可的雙相不銹鋼WPS

無錫不銹鋼板廠家無錫漢能不銹鋼2019年12月12日訊 青山船廠于2000年初首次承接了一艘18500t雙相不銹鋼貨艙化學(xué)品船，建造周期為26個月，耗用雙相不銹鋼材料將近1200t，占世界2000年用量的百分之一。在建造過程中，對雙相不銹鋼之間以及雙相不銹鋼與碳鋼之間焊接的各種形式，通過德國勞氏船級社認可后，選擇了12種具有代表性的連接型式作為研究對象，摸索焊接工藝參數(shù)，進行工藝評定。經(jīng)過半年多的反復(fù)試驗和探討，圓滿地完成了所有焊接工藝的評定，并一次性獲得了德國勞氏船級社的認可，該船成功的建造技術(shù)在國內(nèi)造船界處于領(lǐng)先水平。
雙相不銹鋼的應(yīng)用在我國多集中在石化和化工行業(yè)，在造船行業(yè)用于化學(xué)品船液貨艙的制造尚屬首次，在國外也只有西歐幾個發(fā)達國家建造過類似的化學(xué)品船，由于其用量大、焊接量大，建造能否成功主要取決于焊接。本文著重對該船建造過程中雙相不銹鋼的焊接攻關(guān)情況作以簡單介紹。
2 雙相不銹鋼簡介
2.1 雙相不銹鋼的性能特點
所謂雙相不銹鋼(Duplex stainless steel)是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半(一般最少相的含量至少要超過30%，由于具有兩相組織的特點，通過正確控制化學(xué)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優(yōu)點。它將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強度和耐氯化物腐蝕性能結(jié)合在一起，正是這些優(yōu)越的性能使雙相不銹鋼作為可焊接的結(jié)構(gòu)材料發(fā)展迅速，現(xiàn)已在石化、化工、核能、造船等行業(yè)中逐步替代奧氏體不銹鋼，應(yīng)用日趨廣泛。
2.2 雙相不銹鋼的分類
同奧氏體不銹鋼一樣，雙相不銹鋼包括一系列牌號，至少分為3類。

1)低級雙相不銹鋼(其代表牌號為2304型)2304型是低合金化的雙相不銹鋼，具有良好的力學(xué)和物理性能，可以替代標準奧氏體不銹鋼304/316。
2)標準雙相不銹鋼(如2205型)2205型是中等合金的雙相不銹鋼。如今它的氮和鉬含量已接近標準的上限，因而其耐腐蝕性、焊接性和強度得到改善，由于2205型雙相不銹鋼良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，使其成為奧氏體不銹鋼理想的替代材料，青山船廠建造的18500t化學(xué)品船液貨艙所選用的材料就是2205型雙相不銹鋼，其化學(xué)成分見表1。

3)超級雙相不銹鋼(如2507型)2507型具有高含量的鉻、鉬和氮，具有良好的耐蝕性和力學(xué)綜合性能，可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。可適用于苛刻的介質(zhì)條件。
2.3 雙相不銹鋼2205機械性能
抗拉強度 =680 MPa；
屈服強度 =480 MPa；延伸率 =25% 。
3 焊接方式

根據(jù)該船液貨艙的各種焊接接頭型式，結(jié)合船廠現(xiàn)有設(shè)備及相關(guān)條件，進行了一系列走訪、咨詢和各種試驗，通過反復(fù)比較后對焊接型式、鋼材及焊材選擇如下。
3.1 焊接型式
1)手工電弧焊(SMAW)2)藥芯焊絲氣體保護焊(FCAW)3)埋弧焊(SAW)
3.2 鋼板
選用法國CLI公司提供的2205型雙相不銹鋼板，其商業(yè)牌號為UR45N，碳鋼部分選用國產(chǎn)GL認可的材料A36級船板。
3.3 焊材
選用瑞典ESAB公司提供的雙相不銹鋼焊材；
手工電弧焊：OK67.5067.6067.62氣體保護焊：OK14.2714.22埋弧自動焊：OK16.8610.93
4 工藝參數(shù)
12種焊接接頭型式工藝參數(shù)詳見表2。

5 檢測結(jié)果

5.1 力學(xué)性能
12種焊接接頭型式工藝評定結(jié)果詳見表3。

對上述GL1，GL2，GL3，GL9，GL11，GL12進行耐腐蝕性能試驗和晶間腐蝕試驗。標準腐蝕試驗根據(jù)ASTM-G48標準進行，在10%FeCl3-6H2O溶液中保持24h，沒有點蝕現(xiàn)象，晶間腐蝕試驗后，做彎曲試驗，無氣孔，無夾渣，無裂紋。
5.3 金相組織
根據(jù)美國焊接研究協(xié)會(WRC-1992)采用的鉻、鎳當量比值所給出的Fe-Cr-Ni三元截面相圖(變種)，如圖1所示。

圖1中示出液態(tài)和固態(tài)的相區(qū)，同時標明了幾種雙相不銹鋼代表牌號在圖中所處的位置，實際上所有雙相不銹鋼從液相凝固后都是完全的鐵素體組織，這一組織一直保留至鐵素體溶解度曲線的溫度，只有在更低的溫度下，部分鐵素體才轉(zhuǎn)變成奧氏體，形成奧氏體-鐵素體雙相組織。
雙相不銹鋼的焊接影響區(qū)的組織變化，取決于鋼種自身的成分和焊接熱循環(huán)狀態(tài)，焊接熱循環(huán)的參數(shù)，如：加熱速度，高于占相溶解度曲線溫度的停留時間以及通過兩相區(qū)的冷卻速度等等，均會影響熔合線附近焊接HAZ的組織變化。
因此，我們在選定工藝參數(shù)時，必須將熱輸入控制在0.5～25 kJ/cm之間，同時，控制層間溫度≤150℃ 。
點評：此處和本公眾號之前推送的《雙相不銹鋼焊接指南》第3章基本一致。

在雙相不銹鋼的焊接后，我們對上述12種工藝評定的試樣作了金相分析，觀察具有代表性的金相顯微組織，如圖2所示。

5.4 鐵素體的測量
對18500t不銹鋼化學(xué)品船貨艙區(qū)域大約5000m焊縫采用法國生產(chǎn)的FEITSCOPE@MP30鐵素體測量儀進行測量，測量數(shù)據(jù)表明，鐵素體含量均在30%～60%之間，因此，我們的焊接質(zhì)量是可行的，保證了其組織結(jié)構(gòu)。點評：據(jù)本公眾號之前推送的《雙相不銹鋼焊接指南》介紹，鐵素體含量可在30%～70%之間，相關(guān)標準可參考AWS A2.4/A2.4M，日本JIS Z3119或者國家標準GBT 1954-2008等。
6 結(jié)論
18500t不銹鋼化學(xué)品船是為比利時船東建造的高等級、高附加值、高技術(shù)含量的II類化學(xué)品船，由青山船廠與德國INEC設(shè)計公司聯(lián)合設(shè)計。經(jīng)過全廠科技人員和工人一年多的共同努力，其焊接質(zhì)量得到了國外船東和GL船級社的一致認可。2001年9月28日該船按期順利下水，為雙相不銹鋼在我國船舶工業(yè)中的應(yīng)用做出了有益的探索，積累了成功的經(jīng)驗，填補了我國船舶工業(yè)在該類型船舶建造上的空白。