作者：武建朝 左世飞 刘思玲 延雨龙
来源：《机械制造文摘·焊接分册》2021年第04期
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摘要： 从焊接方法及材料的选用、焊接保护气体及热输入控制、组对和预热要求及工艺参数、冬季施工焊前预热4个方面分析了25Cr-7N-4Mo型双相不锈钢的焊接性及注意事项。从焊接环境温度、二次回火及GTAW和GTAW+SMAW的热输入3个方面介绍了25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈钢焊接接头组织的控制。结果表明，在北方冬季施工时，GTAW+SMAW的焊接效果优于GTAW;如果在夏季或者南方地区施工，应采取积极的降温措施，来保证焊缝铁素体和奥氏体的占比。正面保护气体宜采用98%Ar+2%N2，背面保护宜采用100%N2来弥补焊接过程N元素流失，更有利于增加焊缝的稳定性;极端寒冷条件建议采取预热措施，避免管道焊接时产生裂纹。
关键词： 双相不锈钢; 25Cr-7Ni-4Mo; 热输入; 焊接接头组织
中图分类号： TG 406
Microstructure of joint and welding quality control of 25Cr-7Ni-4Mo stainless steel
Wu Jianchao， Zuo Shifei， Liu Siling， Yan Yulong折叠浴巾架
（SHCCIG YuLin Chemical Co.， Ltd.， YuLin 719000， Shaanxi， China）
Abstract： The weldability and precautions of 25Cr-7Ni-4Mo duplex stainless steel were analyzed fromfour aspects of selection of welding method and material， control of welding protection gas and heat input， group pair and preheating requirements and process parameters， preheating before welding in winter construction. The microstructure control of 25Cr-7Ni-4Mo duplex stainless steel welded joint was introduced from three aspects of welding ambient temperature， secondary tempering and heat input of GTAW and GTAW+SMAW. The results showed that the welding effect of GTAW+SMAW was better than that of GTAW in winter construction in north China. However， if the construction was in summer or in the south China， positive cooling measures should be taken to ensure the proportion of weld ferrite and austenite. 98%Ar+2%N2 should be used for the front protection gas， and 100%N2 should be used for the back protection gas to compensate for the loss of N element in the welding process， which was more conducive to increasing the stability of the weld. It was recommended to take preheating measures in extreme cold conditions to avoid cracks in pipeline welding.
Key words： duplex stainless steel; 25Cr-7Ni- 4Mo; heat input; microstructure of welded joint
0 前言
22cccc 随着工业4.0的到来，传统制造正在向智能制造转变，我们在享受先进科技技术和工业制造成果的同时也面临着诸多挑战。例如能源问题已成为全人类必须共同面对的难题，煤炭高效清洁转化项目正在逐步代替石油产业成为新的工业基础能源，煤化工也正由基础工业产品向精细化工和集成工业产业集转变。展望十四五规划，中国的煤化工产业也在工业建设占据了一定比例，然而焊接技术、材料工程技术作为工业建设中必不可少的工序及组成部分，与工业发展相辅相成。双向不锈钢因其独特的焊接性能和材料性能已在煤化工项目中的得到了广泛的应用，同时也成为了工程技术人员一直以来讨论研究的热门课题。
1 双相不锈钢介绍
双相不锈钢（Duplex stainless steel，DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，一般
较少相的含量最少也需要達到30%的不锈钢[1-2]。在含C较低的情况下，Cr含量在18%～28%，Ni含量在3%～10%。有些钢还含有Mo，Cu，Nb，Ti，N等合金元素。
1.1 结构与类型
双相不锈钢由于含有奥氏体和铁素体双相组织，两相组织比例基本各占50%，所以兼有奥氏体和铁素体钢的优点。常温条件下，屈服强度可达400～ 550 MPa，是普通奥氏体不锈钢的2倍。硬度为普通不锈钢1.76倍。固溶态的断后伸长率达到15%以上，常温韧性AKV（V形槽口）在100 J以上等特点。比奥氏体不锈钢强度高，特别是屈服强度提高显著，且耐点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能也有明显的改善[3]。比铁素体不锈钢的韧性高，脆性转变温度低，特别是耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高;同时又保留了铁素体不锈钢的一些特点，如热导率高、线膨胀系数小，具有超塑性及磁性等。
1.2 理化性能及分类定义
25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈钢常温条件物理性能见表1。25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈钢化学成分见表2。
双相不锈钢的分类主要是按照耐氯化物对不锈钢点蚀和应力腐蚀能力，就是通常说的PREN值[4]（抗点蚀当量）来分类，计算公式为：
PREN=Cr+3.3Mo+16N（1）
式中：Cr，Mo，N 分别为其化学成分的质量分数。按照不同的PREN值，可将双相不锈钢分为18Cr-5Ni-3Mo型（PREN值为24～25），23Cr-4Ni-Mo型（PREN值为32～33），22Cr-5Ni-3Mo型（PREN值为38～39）和25Cr-7Ni-4Mo型（PREN﹥40）4个类型。其中PREN﹥40的被称为超级双相不锈钢，也就是25Cr-7Ni-4Mo-N型。25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈钢又可分为普通型（25Cr-6Ni-3Mo-Cu-N-W）和超级型（25Cr-7Ni-4Mo-N），其中在煤化工项目应用较多的是22Cr-5Ni-3Mo型和25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈钢。
根据式（1）可看出，25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈钢含有更高镍、铬、钼和氮的含量，因此相比于其他双相不锈钢具有了更高的抗斑腐蚀、孔腐蚀、低压力下耐氯离子应力腐蚀、裂缝腐蚀的能力。再加上超低的碳含量更是大大降低了焊接热处理过程中晶界碳化物的析出量，从而使其具有极高的耐碳化物晶间腐蚀能力。
1.3 使用环境温度对25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈钢性能的影响
25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈钢不同环境温度的冲击耐冲击性能见表3。25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈钢高温张力特性见表4。
通过数据可以看出25Cr-7Ni-4Mo型双相不锈具有很高的耐压强度和冲击强度。这些特性适用于很多结构零件及机械部件。尤其是在高温条件下有更好的塑性和韧性，结合其优良的腐蚀性能，所以被用于含硫量较高的气化装置的灰水、黑水管道和动力站装置的脱硫废水及污泥管道中，另外通过观察低温冲击性能看出超级双相不锈钢在较低的温度下性能都会下降，尤其是在在-40 ℃以下的件下冲击吸收能量呈现直线下降状态，所以该材料不适合在-40 ℃介质及环境条件下使用。
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