GL認(rèn)可的雙相不銹鋼WPS
無(wú)錫不銹鋼板廠(chǎng)家無(wú)錫漢能不銹鋼2019年12月12日訊 青山船廠(chǎng)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(gè)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(guò)程中，對(duì)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(guò)德國(guó)勞氏船級(jí)社認(rèn)可后，選擇了12種具有代表性的連接型式作為研究對(duì)象，摸索焊接工藝參數(shù)，進(jìn)行工藝評(píng)定。經(jīng)過(guò)半年多的反復(fù)試驗(yàn)和探討，圓滿(mǎn)地完成了所有焊接工藝的評(píng)定，并一次性獲得了德國(guó)勞氏船級(jí)社的認(rèn)可，該船成功的建造技術(shù)在國(guó)內(nèi)造船界處于領(lǐng)先水平。
雙相不銹鋼的應(yīng)用在我國(guó)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(guó)外也只有西歐幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家建造過(guò)類(lèi)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(duì)該船建造過(guò)程中雙相不銹鋼的焊接攻關(guān)情況作以簡(jiǎn)單介紹。
2 雙相不銹鋼簡(jiǎn)介
2.1 雙相不銹鋼的性能特點(diǎn)
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(guò)30%，由于具有兩相組織的特點(diǎn)，通過(guò)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(diǎn)。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(qiáng)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(lèi)
同奧氏體不銹鋼一樣，雙相不銹鋼包括一系列牌號(hào)，至少分為3類(lèi)。
1)低級(jí)雙相不銹鋼(其代表牌號(hào)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(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼304/316。
2)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的上限，因而其耐腐蝕性、焊接性和強(qiáng)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(chǎng)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(jiàn)表1。
3)超級(jí)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(jí)奧氏體不銹鋼相媲美?？蛇m用于苛刻的介質(zhì)條件。
2.3 雙相不銹鋼2205機(jī)械性能
抗拉強(qiáng)度 =680 MPa；
屈服強(qiáng)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(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備及相關(guān)條件，進(jìn)行了一系列走訪(fǎng)、咨詢(xún)和各種試驗(yàn)，通過(guò)反復(fù)比較后對(duì)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(hù)焊(FCAW)3)埋弧焊(SAW)
3.2 鋼板
選用法國(guó)CLI公司提供的2205型雙相不銹鋼板，其商業(yè)牌號(hào)為UR45N，碳鋼部分選用國(guó)產(chǎn)GL認(rèn)可的材料A36級(jí)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(hù)焊：OK14.2714.22埋弧自動(dòng)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(jiàn)表2。
5 檢測(cè)結(jié)果
5.1 力學(xué)性能
12種焊接接頭型式工藝評(píng)定結(jié)果詳見(jiàn)表3。
對(duì)上述GL1，GL2，GL3，GL9，GL11，GL12進(jìn)行耐腐蝕性能試驗(yàn)和晶間腐蝕試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試驗(yàn)根據(jù)ASTM-G48標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在10%FeCl3-6H2O溶液中保持24h，沒(méi)有點(diǎn)蝕現(xiàn)象，晶間腐蝕試驗(yàn)后，做彎曲試驗(yàn)，無(wú)氣孔，無(wú)夾渣，無(wú)裂紋。
5.3 金相組織
根據(jù)美國(guó)焊接研究協(xié)會(huì)(WRC-1992)采用的鉻、鎳當(dāng)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(shí)標(biāo)明了幾種雙相不銹鋼代表牌號(hào)在圖中所處的位置，實(shí)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(xiàn)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(xiàn)溫度的停留時(shí)間以及通過(guò)兩相區(qū)的冷卻速度等等，均會(huì)影響熔合線(xiàn)附近焊接HAZ的組織變化。
因此，我們?cè)谶x定工藝參數(shù)時(shí)，必須將熱輸入控制在0.5～25 kJ/cm之間，同時(shí)，控制層間溫度≤150℃ 。
點(diǎn)評(píng)：此處和本公眾號(hào)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(duì)上述12種工藝評(píng)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(cè)量
對(duì)18500t不銹鋼化學(xué)品船貨艙區(qū)域大約5000m焊縫采用法國(guó)生產(chǎn)的FEITSCOPE@MP30鐵素體測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，測(cè)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(diǎn)評(píng)：據(jù)本公眾號(hào)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(biāo)準(zhǔn)可參考AWS A2.4/A2.4M，日本JIS Z3119或者國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 1954-2008等。
6 結(jié)論
18500t不銹鋼化學(xué)品船是為比利時(shí)船東建造的高等級(jí)、高附加值、高技術(shù)含量的II類(lèi)化學(xué)品船，由青山船廠(chǎng)與德國(guó)INEC設(shè)計(jì)公司聯(lián)合設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)全廠(chǎng)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(guó)外船東和GL船級(jí)社的一致認(rèn)可。2001年9月28日該船按期順利下水，為雙相不銹鋼在我國(guó)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(yàn)，填補(bǔ)了我國(guó)船舶工業(yè)在該類(lèi)型船舶建造上的空白。