论文部分内容阅读
摘 要：介绍了S32750（超级双相不锈钢）焊缝管件的技术要求，并结合工作经验，阐述了生产制造及检验过程中的关键点与难点。
关键词：超级双相不锈钢S32750；技术特性
1、材料简介
S32750超级双相不锈钢是由瑞典SANDVIC公司20世纪80年代研制开发，其中铁素体相与奥氏体相约各占一半，由于两相组织的特点，双相不锈钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，与铁素体不锈钢相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高；与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。由于其超低碳和高铬、高钼和高氮的成分设计，耐点蚀指数PREN值大于40，使其具有较高的强度、优良的耐氯化物应力腐蚀性能等特点，主要被应用于石油石化、海水淡化和核能等苛刻的环境[1]。
2、技术特性
2.1、原材料的控制要求
2.1.1 对原材料厂家的要求
双相钢管件所用原材料的厂家，均在管件采购技术条件中事先约定，一般情况下，约定的制造商为欧洲、美国或日本的钢厂。
2.1.2原材料检验项目
原材料在满足ASTM A240《压力容器和一般用途用耐热铬及铬镍不锈钢板、薄板和钢带》的基础上，还应满足采购技术协议的要求。
（1）化学成份。S32750材料化学成份应符合ASTM A240的要求，还应满足点腐蚀敏感系数（PREN=%Cr+3.3*%Mo+16*%N）≥41的要求。
（2）力学性能。S32750材料力学性能应符合ASTM A240的要求，并满足技术协议规定的屈强比≤0.85，低温冲击值（-46℃，标准试样）不低于70J，最小冲击值为65J。
（3）金属组织检验。技术协议中要求按ASTM E562进行金相检测，其中铁素体相的范围35～55%，铁素体和奥氏体相应均匀分布，没有沉淀的第三相；非金属夹杂物不低于ASTM E45标准：A≤1.0级、B≤2.0级、C≤2.0级、D≤1.5级且A+B+C+D≤5级。
（4）低倍检验。低倍组织按照ASTM E381标准进行评定，横截面酸浸低倍组织试样上，不得有目视可见的缩孔残余、分层、裂纹、气泡、夹杂和翻皮。一般疏松、中心疏松和偏析不超过1.5级。
（5）腐蚀试验。技术协议中规定材料应按ASTM A923C法进行氯化铁腐蚀试验，试验温度按ASTM A923的规定，最大腐蚀速率（按重量）为10mdd。
2.2、焊接
钨极氩弧焊、手工电弧焊等多种焊接方法都可用于双相不锈钢的焊接，但焊接过程中需严格控制焊接电流、焊接层数，采用小电流多道焊工艺才能保证焊接质量。
2.3、成型工艺
S32750管件制造标准中，允许采用冷、热成型工艺，由于S32750管件壁厚均较薄，一般采用冷成型工艺（弯管采用热成型工艺）。由于超级双相不锈钢冷作硬化效应大，容易产生裂纹和脆裂，对于变径比大的异径三通、异径管，在成型过程中需进行热处理，避免产品出现裂纹。
2.4、最终热处理
双相不锈钢一般采用固溶处理。热处理后需逐件进行硬度检测，硬度值需≤300HBW。
2.5、产品性能试验
（1）检验项目。按每种规格、每种材料炉号及每种热处理炉号进行取样进行常温拉伸、低温冲击、金相组织、低倍组织及氯化铁腐蚀试验。
（2）取样方式。抽样方式采用随炉试样进行，随炉试样应与管件进行相同的工艺（焊接、冷变形和热变形），并随产品一同进行热处理。
（3）合格标准。各项性能试验在符合ASTM A815的基础上，还需满足2.2条规定。
2.6、外观检查和尺寸检验
（1）外观检查：管件的外观应逐件检查，且应符合下列要求：管件的内外表面应无氧化皮、氧化膜、油、脂、漆，不得有结疤、折叠、孔洞、夹渣、夹杂以及肉眼可见的裂纹存在；
对于PT检测出来的表面缺陷允许清除，消除深度从实际尺寸算起不大于公称直径的负偏差，否则应报废处理。
（2）尺寸检查：管件的尺寸应逐件进行尺寸检测，满足ASME B16.9标准及采购技术协议要求后才能交货。
2.7、无损检测
射线检测：所有管件的焊缝应按NB/T47013.2进行100%射线检测，II级合格。
液体渗透检测：按NB/T47013.5对管件可达表面进行100%液体渗透检测，I级合格。
2.8、防污染与表面处理
（1）S32750管件要求制造过程防污染，特别是在管件热成型加热或固溶处理前，都必须进行去除内外表面油污的清洁处理，以防止表面油污或含有其他在热态可能引起材料性能恶化的因素。
（2）表面处理：S32750管件要求进行酸洗和钝化处理。
酸洗：由于常规的不锈钢酸洗工艺对S32750管件的氧化皮去除效果不理想，特別是焊缝处更加难以去除，为了保证产品氧化皮能够较好的去除，提高酸洗溶液的浓度、延长酸洗时间。
钝化：产品钝化后进行蓝点试验，来进行铁素体污染检测。
2.9、标识
S32750双相钢管件采用电腐蚀标记，用于标记的油漆卤素和硫含量均小于200ppm。
3、生产制造过程中的关键点与难点
S32750无缝管件生产过程中的关键点焊接、成型、热处理、无损检测、防污染控制；制造难点是焊接、成型、防污染控制。
（1）焊接时为保证相比例及减少第三项金属相的产生，应合理控制冷却速度。冷却速度过慢，铁素体含量偏低，有利于有害金属相析出；反之，则奥氏体含量偏低及氮在铁素体相中的析出。而冷却速度很大程度上取决于焊接线能量，但同时也要考虑工件的尺寸、焊接的环境温度等因素的影响。如工件厚度大，焊接环境温度低时，可适当提高线能量，焊接应尽量采用短弧作业，不摆动或稍微摆动，快速焊接，严格控制层间温度在120℃以下。
（2）成型时，冷推弯头采用了多次推制的阶段性成形工艺，严谨控制每次的变形量，避免产生有害相，导致脆裂；多级变径的异径管及冷挤三通采用逐级压制/冷挤+中间热处理的方式，在模具中每压制/冷挤一级后，将其放入电炉进行整体固溶处理，并严格按照热处理要求去执行，消除压制时产生的变形应力后，再进行下一级压制，如此反复，直到压制到最终尺寸。
（3）为防止污染，最终热处理前后均需采取严格的防污染措施，尤其是在管件的制造过程中，产品与损耗品、其他工装夹具等物品接触时，均不能对S32750双相钢管件造成铁素体污染，要保证最终产品能符合技术协议防污染要求。
4、结语
S32750材料具有较高的强度、优良的耐氯化物应力腐蚀性能等特点，在生产制造过程中，需要针对其技术特性，采取相应的制造工艺和控制措施，使得管件最终产品满足其使用要求。
参考文献
[1]吴玖.双相不锈钢.北京：冶金工业出版社，2002
[2]ASTM A240，压力容器和一般用途用耐热铬及铬镍不锈钢板、薄板和钢带[S]
[3]ASTM A815，锻制铁素体，铁素体/奥氏体和马氏体不锈钢管配件 [S]
[4]ASME B16.9，工厂制造的锻钢对焊管件 [S]
[5]ASTM E45，测定钢中非金属夹杂物的标准操作方法[S]
[6]ASTM A262，测定奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性的实用规程
[7]NB/T47013.2，承压设备无损检测第2部分射线检测[S]
[8]NB/T47013.5，承压设备无损检测第5部分渗透检测[S]
（作者单位：合肥实华管件有限责任公司）
关键词：超级双相不锈钢S32750；技术特性
1、材料简介
S32750超级双相不锈钢是由瑞典SANDVIC公司20世纪80年代研制开发，其中铁素体相与奥氏体相约各占一半，由于两相组织的特点，双相不锈钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，与铁素体不锈钢相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高；与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。由于其超低碳和高铬、高钼和高氮的成分设计，耐点蚀指数PREN值大于40，使其具有较高的强度、优良的耐氯化物应力腐蚀性能等特点，主要被应用于石油石化、海水淡化和核能等苛刻的环境[1]。
2、技术特性
2.1、原材料的控制要求
2.1.1 对原材料厂家的要求
双相钢管件所用原材料的厂家，均在管件采购技术条件中事先约定，一般情况下，约定的制造商为欧洲、美国或日本的钢厂。
2.1.2原材料检验项目
原材料在满足ASTM A240《压力容器和一般用途用耐热铬及铬镍不锈钢板、薄板和钢带》的基础上，还应满足采购技术协议的要求。
（1）化学成份。S32750材料化学成份应符合ASTM A240的要求，还应满足点腐蚀敏感系数（PREN=%Cr+3.3*%Mo+16*%N）≥41的要求。
（2）力学性能。S32750材料力学性能应符合ASTM A240的要求，并满足技术协议规定的屈强比≤0.85，低温冲击值（-46℃，标准试样）不低于70J，最小冲击值为65J。
（3）金属组织检验。技术协议中要求按ASTM E562进行金相检测，其中铁素体相的范围35～55%，铁素体和奥氏体相应均匀分布，没有沉淀的第三相；非金属夹杂物不低于ASTM E45标准：A≤1.0级、B≤2.0级、C≤2.0级、D≤1.5级且A+B+C+D≤5级。
（4）低倍检验。低倍组织按照ASTM E381标准进行评定，横截面酸浸低倍组织试样上，不得有目视可见的缩孔残余、分层、裂纹、气泡、夹杂和翻皮。一般疏松、中心疏松和偏析不超过1.5级。
（5）腐蚀试验。技术协议中规定材料应按ASTM A923C法进行氯化铁腐蚀试验，试验温度按ASTM A923的规定，最大腐蚀速率（按重量）为10mdd。
2.2、焊接
钨极氩弧焊、手工电弧焊等多种焊接方法都可用于双相不锈钢的焊接，但焊接过程中需严格控制焊接电流、焊接层数，采用小电流多道焊工艺才能保证焊接质量。
2.3、成型工艺
S32750管件制造标准中，允许采用冷、热成型工艺，由于S32750管件壁厚均较薄，一般采用冷成型工艺（弯管采用热成型工艺）。由于超级双相不锈钢冷作硬化效应大，容易产生裂纹和脆裂，对于变径比大的异径三通、异径管，在成型过程中需进行热处理，避免产品出现裂纹。
2.4、最终热处理
双相不锈钢一般采用固溶处理。热处理后需逐件进行硬度检测，硬度值需≤300HBW。
2.5、产品性能试验
（1）检验项目。按每种规格、每种材料炉号及每种热处理炉号进行取样进行常温拉伸、低温冲击、金相组织、低倍组织及氯化铁腐蚀试验。
（2）取样方式。抽样方式采用随炉试样进行，随炉试样应与管件进行相同的工艺（焊接、冷变形和热变形），并随产品一同进行热处理。
（3）合格标准。各项性能试验在符合ASTM A815的基础上，还需满足2.2条规定。
2.6、外观检查和尺寸检验
（1）外观检查：管件的外观应逐件检查，且应符合下列要求：管件的内外表面应无氧化皮、氧化膜、油、脂、漆，不得有结疤、折叠、孔洞、夹渣、夹杂以及肉眼可见的裂纹存在；
对于PT检测出来的表面缺陷允许清除，消除深度从实际尺寸算起不大于公称直径的负偏差，否则应报废处理。
（2）尺寸检查：管件的尺寸应逐件进行尺寸检测，满足ASME B16.9标准及采购技术协议要求后才能交货。
2.7、无损检测
射线检测：所有管件的焊缝应按NB/T47013.2进行100%射线检测，II级合格。
液体渗透检测：按NB/T47013.5对管件可达表面进行100%液体渗透检测，I级合格。
2.8、防污染与表面处理
（1）S32750管件要求制造过程防污染，特别是在管件热成型加热或固溶处理前，都必须进行去除内外表面油污的清洁处理，以防止表面油污或含有其他在热态可能引起材料性能恶化的因素。
（2）表面处理：S32750管件要求进行酸洗和钝化处理。
酸洗：由于常规的不锈钢酸洗工艺对S32750管件的氧化皮去除效果不理想，特別是焊缝处更加难以去除，为了保证产品氧化皮能够较好的去除，提高酸洗溶液的浓度、延长酸洗时间。
钝化：产品钝化后进行蓝点试验，来进行铁素体污染检测。
2.9、标识
S32750双相钢管件采用电腐蚀标记，用于标记的油漆卤素和硫含量均小于200ppm。
3、生产制造过程中的关键点与难点
S32750无缝管件生产过程中的关键点焊接、成型、热处理、无损检测、防污染控制；制造难点是焊接、成型、防污染控制。
（1）焊接时为保证相比例及减少第三项金属相的产生，应合理控制冷却速度。冷却速度过慢，铁素体含量偏低，有利于有害金属相析出；反之，则奥氏体含量偏低及氮在铁素体相中的析出。而冷却速度很大程度上取决于焊接线能量，但同时也要考虑工件的尺寸、焊接的环境温度等因素的影响。如工件厚度大，焊接环境温度低时，可适当提高线能量，焊接应尽量采用短弧作业，不摆动或稍微摆动，快速焊接，严格控制层间温度在120℃以下。
（2）成型时，冷推弯头采用了多次推制的阶段性成形工艺，严谨控制每次的变形量，避免产生有害相，导致脆裂；多级变径的异径管及冷挤三通采用逐级压制/冷挤+中间热处理的方式，在模具中每压制/冷挤一级后，将其放入电炉进行整体固溶处理，并严格按照热处理要求去执行，消除压制时产生的变形应力后，再进行下一级压制，如此反复，直到压制到最终尺寸。
（3）为防止污染，最终热处理前后均需采取严格的防污染措施，尤其是在管件的制造过程中，产品与损耗品、其他工装夹具等物品接触时，均不能对S32750双相钢管件造成铁素体污染，要保证最终产品能符合技术协议防污染要求。
4、结语
S32750材料具有较高的强度、优良的耐氯化物应力腐蚀性能等特点，在生产制造过程中，需要针对其技术特性，采取相应的制造工艺和控制措施，使得管件最终产品满足其使用要求。
参考文献
[1]吴玖.双相不锈钢.北京：冶金工业出版社，2002
[2]ASTM A240，压力容器和一般用途用耐热铬及铬镍不锈钢板、薄板和钢带[S]
[3]ASTM A815，锻制铁素体，铁素体/奥氏体和马氏体不锈钢管配件 [S]
[4]ASME B16.9，工厂制造的锻钢对焊管件 [S]
[5]ASTM E45，测定钢中非金属夹杂物的标准操作方法[S]
[6]ASTM A262，测定奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性的实用规程
[7]NB/T47013.2，承压设备无损检测第2部分射线检测[S]
[8]NB/T47013.5，承压设备无损检测第5部分渗透检测[S]
（作者单位：合肥实华管件有限责任公司）