不同焊接工艺焊接22 % Cr-双相不锈钢诺伯特.富瑞德瑞希内容¾什么是双相不锈钢?¾标准双相不锈钢的焊接材料和焊接工艺¾焊接联结处的性能¾产品应用优点和性能¾高抗拉强度¾高韧性和延展性¾良好的抗裂纹腐蚀和点蚀能力¾良好的抗应力腐蚀开裂能力¾良好的抗侵蚀能力¾合理的成本和价格金相及冶金学特点¾相平衡(铁素体/奥氏体)¾σ(Sigma)相(富Cr和Mo相, 产生在600 到1000°C温度间)¾475°C 脆化(最高服役工作温度280°C)¾退火固溶态相偏差影响高铁素体量(> 70 %)¾韧性下降¾抗腐蚀能力下降(氮化物)高奥氏体量(> 80 %)¾SSCC下降¾抗拉强度下降时间–温度–析出图双相钢1.4462双相不锈钢1.45011.450725 % Cr 7 % Ni 4 % MoNi (Cu, Ti)1.446222 % Cr 5 % Ni 3 % MoNi 化学工业海上建设工程技术化学品容器海水应用工程/海水处理容器管道工程1.436223 % Cr 4 % Ni 应用典型钢种EN 10088; SEW 400母材双相不锈钢与奥氏体钢的屈服强度和点蚀性能对比7006005004003002001000奥氏体钢(1.4401/AISI 316)奥氏体钢(1.4539/N08904)超级奥氏体钢(6 % Mo)超级双相不锈钢(25 % Cr)(1.4410/S325501.4501/S327601.4507/S32750)双相不锈钢(22 % Cr)(1.4462/S31803)不含Mo 双相不锈钢(1.4362/S32304)屈服强度[N /m m ²]点蚀指数PRE20 25 30 35 40 45母材1.4462 (UNS S 31803)*PRE N ≥34*改善了可焊接性(HAZ)≥0,145,53,022,5标准值*0,125,52,722,0最低含量要求0,100,224,56,52,53,521,023,0max.0,015max.0,035max .2,0max .1,0max.0,030NNi Mo Cr S P Mn Si C 标准化学成份[重量%]内容¾什么是双相不锈钢?¾标准双相不锈钢的焊接材料和焊接工艺¾焊接联结处的性能¾产品应用-50°C-46°C -20°C -20°C -20°C 41 J (27 J min)SHELL/UK(ES 124)≥27 J NORSOK/N M (601)≥41 J NAM/NL (NSS 60)≥40 J SPIE-CAPAG ≥27 J DNV(造船业)技术标准22 % Cr 双相不锈钢熔敷金属的冲击功要求22 % Cr 双相不锈钢焊接应用的伯乐焊材SAWCN 22/9 N-UP + BB 202FCAW CN 22/9 PW-FD FCAW CN 22/9 N-FD GTAW GMAW CN 22/9 N-IG SMAW FOX CN 22/9 N-B 1.4462(UNS S31803)(UNS S32205)C 0,03Cr 22,8Mo 3,2Ni 8,7N0,16SMAW FOX CN 22/9 N 母材EN /UNS平均化学组份[%]*焊接工艺焊材* PREN = % Cr + 3,3 % Mo + 16 % N = 34-36CAD 17 / 6384双相不锈钢焊接X3CrNiMoN-22-9-3,冲击功值冲击功[J o u l e ] I S O -V12010080604020-60-40-200+ 20测试温度[°C]SM AWb a s i cSM A W r ut i l b a s i c -60-40-200+ 20GM A W GT A W非常低非常低气孔敏感性不敏感*是(< 20 mm)厚度限制非常好*一般延展性非常好*好韧性通常困难好*再起弧性能非常好好(G+)全位置焊非常好(G+)非常好(G-)根步焊非常好好焊道面好/非常好好脱渣性---非常好---好*非常好好稳定性AC(电流)DCRP (G+)DCNP (G-)FOX CN 22/9 N-B (锂金石碱性药皮)FOX CN 22/9 N 金红石碱性药皮对比性能FOX CN 22/9 N 与FOX CN 22/9 N-B 对比TIG -焊接时的N 损失T I G -熔敷金属中N %TIG-焊条中的N %熔敷金属类别22 % Cr, 9 % Ni, 3 % Mo: 冲击韧性随测试温度和焊接工艺的变化S... 标准, PW... 全位置焊接5027802611CN 22/9 PW-FDT 22 9 3 NLPM( C )14730832634CN 22/9 N-FDT 22 9 3 NLR M3[Z] (%)[A 5] (%)R m [Mpa]Rp 0,2 [Mpa]抗拉强度药芯焊丝类0,140,14N9,109,02Ni3,103,30Mo22,770,920,780,027CN 22/9 PW-FD T 22 9 3 NLPM( C )123,211,120,690,030CN 22/9 N-FDT 22 9 3 NLR M3CrMnSiC化学成份[%]药芯焊丝类纯焊接熔敷金属EN 1597-1Ö更宽的电弧Ö更安全可靠的熔透能力Ö最大程度地减少了未熔和的风险Ö使用实芯焊丝时,通常会难于避免边缘处的不良熔和和非均匀熔透.当电弧方向稍有偏差时,即使熟练的焊工加倍小心操作,亦难以确保没有此类问题与实芯焊丝相比更安全可靠Flux cored wire 1,2 mm Solid wire 1,2 mmGas: Argon + 18 % CO 2Gas: Argon + 2,5 % CO 2Excellent penetration Deep penetration at the bead Good bead configurationcentre, however, the lower plate is hardly penetrated1820222426283032343638100150200250300药芯焊丝FCW Ø1,2 mm药芯焊丝FCW Ø0,9 mm产生飞溅实芯焊丝Ø1,0 mm实芯焊丝Ø1,2 mm焊道外观差电流(A)电压(V )不锈钢药芯焊丝焊接参数范围药芯填充情况混合粘和型药芯50X 重叠管状焊丝截面, Ø1.2 mm10X不同药芯填充体系的焊渣粘性AWS …T-0“和…T-1 “丝10000010100100010000125013001350145015001550T 19 12 3 LPM 1T 19 12 3 LRM 31400…AWS T-1“焊渣全位置焊接药芯焊丝…AWS T-0“焊渣向下焊药芯焊丝温度[°C]粘性[m P a .s ]焊接熔敷长度比较(相同焊接时间)flux cored wire solid wire stick electrode75 mmFOX CN 22/9 NØ3,2 mm220 mmCN 22/9 PW-FDØ1,2 mm150 mmCN 22/9 N-IGØ1,0 mmpulsed arcthroat thickness = 6 position PF welding time 1 min全位置角焊GMAW 实芯焊丝与药芯焊丝的对比药芯焊丝Ø1,2 mm 8,2 m/min, 25 V喷射弧155 ABead configuration = flat实芯焊丝Ø1,0 mm6,4 m/min, 25 V脉冲弧115 ABead configuration= convex焊接位置: 立向上快速形渣药芯焊丝55 Ampere 大电流!药芯焊丝Ø1,2 mm8,2 m/min, 25 V喷射弧155 ABead configuration= flat实芯焊丝Ø1,0 mm5 m/min, 25 V脉冲弧100 ABead configuration= flat内容¾什么是双相不锈钢?¾标准双相不锈钢的焊接材料和焊接工艺¾焊接联结处的性能¾产品应用双相不锈钢S 31803 (1.4462)焊接技术焊接要求?¾满足母材化学成份的要求(Ni和N含量).¾确保熔透性,即保证根焊道足够的熔敷金属.¾150°C的层间温度,最高200°C, (特殊情况须预热).双相不锈钢S 31803 (1.4462)焊接技术焊接要求?¾第一层填充焊接热输入要小,其他情形应满足壁厚要求¾壁厚≤6 mm时,应保持低的焊接热输入,壁厚>12 mm时,可以有较高焊接热输入.¾焊后热处理(PWHT)要格外小心.¾焊条和焊剂须烘干双相不锈钢S 31803 (1.4462)焊接技术应避免什么?¾铁素体含量≤25 % 或≥50 % (GTAW ≥70 %).¾焊道上的任何不必要起弧,多余的没有填充金属的“修饰焊接”(重熔).¾第一填充焊道的…热焊道“技术(避免根部焊道的过热).双相不锈钢S 31803 (1.4462)焊接技术应避免什么?¾过快速和太满的焊接冷却情形¾过大的冷缩变形.¾打磨印或打磨轮停转的非稳定接触¾注意保护气体中的氢的作用UNS S 31803/DIN 1.4462钢的焊接层间温度和热输入0.5 –2.0TWI PublicationRoot: 1.2-2.0 (GTAW)第一填充焊道≤1.5IIWDoc IX-1697-92打底≤2.0 (GTAW) 足够熔敷金属第一填充焊道≤1.0 (GTAW ≤1.5)Böhlermax. 225°CTWI Publicationmax. 150°CIIW Doc IX-1697-92max. 150°C (≤6 mm)max. 200°C (≥12 mm)Böhler层间温度. (°C)热输入(kJ/mm)若有必要,预热温度为100°C, (如特殊情形或接触焊接开裂...)推荐参数的比较药皮对双相不锈钢的V 形联结焊的冲击功影响2030405060708090100110-60 -40 -20 ±0 +203G 1G3G 1G测试温度[°C]冲击功[J o u l e ], I S O -VE 碱性.E 金红石-碱性.母材: 1.4462Girth welding on base metal pipes UNS S 31803/1.4462 Procedures and matching filler materialsRoot pass First filler Further layers a)1 GTAW man CN 22/9 N-IG GTAW man CN 22/9 N-IG GTAW man CN 22/9 N-IG(GTAW aut) CN 22/9 N-IG(GTAW aut) CN 22/9 N-IG (GTAW aut) CN 22/9 N-IGSMAW FOX CN 22/9 N orFOX CN 22/9 N-BGMAWCN 22/9 PW-FD orCN 22/9 N-FDGMAWCN 22/9 N-IGSAWCN 22/9 N-UP + BB 2022 GMAW b)GMAWorcombination GMAWor combination3 SMAW SMAW SMAWa) Parameter: Thickness, welding position (1 GR/5 G/6 G), specificationb) Specialpowersource and pulse programmT506t d49 m mp i p e ?508 m m UNS 318031.4462UNS 318031.4462213GTAW 保护气: Ar + 20%CO 2层间温度IPT: 150°C (300°F)预热: ~100°C (~210°F)焊接位置: 5G使用CN 22/9 PW-FD Ø1,2mm 药芯焊丝的管道坡口焊接V-形坡口联结焊的冲击功54Run Layer PF (3G)150°C NumberPosition IPT 药芯焊丝AWS E 2209 T1-4Diameter: Ø1,2 mm Plate: UNS S 31803/1.4492-46 -30 -20 0 +20 测试温度[°C]••••Ar + 18 % CO 2100 % CO 2冲击功(I S O -V ) J o u l e 100908070605040CN 22/9 PW-FD (FCAW 药芯焊丝)15 mm V-形坡口联结焊的冲击功值1,27/1,151,62盖面(FCAW)51,10/1,241,92第三填充(FCAW)41,58-1,61第二填充(FCAW)31,0-1,3第一填充(GTAW)21,1-1,8打底(GTAW)1分立焊道摆动连续焊道B A 工艺No.母材: 1.4462 dia.240 mm 管, 壁厚15 mmFCAW:CN 22/9 PW-FD Ø1,2 mm; Corgon 18GTAW:CN 22/9 N-IG; Ø2,4 mmCN 22/9 PW-FD = E2209T1-45 G 焊接位置的管道焊接焊道顺序49-53-56 (≥40)*48-50-59 (≥40)*-4754-55-5754-55-59-3055-58-6162-63-69+20分立焊道摆动连续焊道B A 冲击性能A V [Joule] ISO-V 测试温度.[C°]*要求管道:1.4462 (d = 240 mm; s = 15 mm)打底+第一填充层:CN 22/9 N-IG (GTAW)CN 22/9 PW-FD = E2209T1-45 G 焊接位置的管道焊接双相钢的埋弧焊SAW •避免不良焊道几何外形→枝晶开裂(枝晶间薄弱点)•不形成磨菇形的最后焊道•有限稀释结晶图双相钢对接焊坡口处理如壁厚:14 mm 5050Speed cm/min 2828Volt 500Ø4,0 mm 450Ø3,0 mmAmps CN 22/9 N-UP/BB 202第一种情形31/32/360°90°双相钢对接焊坡口处理如壁厚:14 mm 5050Speed cm/min2828Volts 500Ø4,0 mm 450Ø3,0 mmAmps CN 22/9 N-UP/BB 202第二种情形500-550Amps 28Volts 50cm/min 470°双相钢对接焊坡口处理如壁厚:14 mm3,04,0CN 22/9 N-UPresp.3rd layer1,21,2Ø/mm CN 22/9 PW-FD 2nd layer CN 22/9 PW-FD 1st layer CN 22/9 PW-FD + CN 22/9 N-UP/BB202第三种情形Ceramic Backing290°4-8对接焊坡口处理和焊接参数:埋弧焊SAWKJ/cm cm/min v A 803270021. wire DC/2. wire AC distance of wires:~13 mm8031600tandem 2 x 3,2 or 3,0112-1755-60326002~2055-6032600113-1638304502~1938304001910-1250-5530-323202stick out max. 30 mm11-1345-5030 -323203,011G;PA6remarksheat input Vs Us Is Øbead no.positionflux wire plate thickness mm Base metal: 1.4462Preheating:noneInterpass temp.:max. 200°C60-70°x x21s = 6 –16 mmx = 5 mm for s : 13 –16 mm x = 2 mm for s : 6 –12 mmuse grinding (ceramic wheels) for preparationC N 22/9 N -U PB B 202点蚀实验:ASTM G 48/Meth. A (24 hrs)腐蚀速度与混合气体的关系Corrosion rate (weight loss) in g/m².hr0,0250,031,031,052,3350,0180,0170,170,052,230<0,010,010,030,020,1025N 2Ar N 295%N 2+5%H 2Ar backing gas Ar+1,5%N 2Ar+1,5%N 2Ar Ar Ar shielding gas T e s t -t e m p °C点蚀: 只发生在填充层(不在根部和盖面)!点蚀:根部+填充层母材:UNS S 31803/1.4462, 厚: 11 mm焊材:CN 22/9 N-IG, Ø2,0 mm, GTAW-焊接(样品经酸洗处理)1 mm母材成份: 4,75 % Ni/0,10 % N焊接造成的热影响区高铁素体含量(> 80 %)铁素体晶粒中含Cr-氮化物热影响区对焊接的严重影响,1.4462钢–服役后的管道(化工厂)使用FOX CN 22/9 N 焊材的管道对接焊接处的结构改进的腐蚀晶相黑的腐蚀晶相组织: 奥氏体焊接区36 ±5 % (metallogr.)热影响区HAZ 75 –85 % max.铁素体量:900 µm40 µm熔敷金属TIG 重熔效果双相钢1.4462/UNS S 31803根部重熔焊道铁素体量: > 80 % (平均)抗腐蚀性和局部变形塑性100 μm1500 μm双相不锈钢1.4462与碳钢的异种钢焊接22Cr 9Ni 3 Mo N *3 : 2209特别注意NiCrFe-3309L (受限)若需焊后热处理PWHT23Cr 12 Ni 2 : 309 L23Cr 12Ni 3Mo 1 : 309 MoL Grade AS 355 J2G3(1.0570)说明可选焊材1.4462/UNS S 31803钢rdstnd* 在高稀释区域存在形成马氏体的极高风险内容¾什么是双相不锈钢?¾标准双相不锈钢的焊接材料和焊接工艺¾焊接联结处的性能¾产品应用产品应用母材:UNS S 31803/1.446215-25mm焊材:CN22/9PW-FD (E2209T1-4(1)CN22/9N-FD (E2209T0-4(1)用户:M/S Frank Mohn/挪威灭火设备用注水系统造船业用双相钢化学容器。