1.双相不锈钢简介 近年来，在中石油、中石化及其它一些工业领域，由于含有氯离子、硫化氢等介质的压力容器、热交换器、反应器等设备中，奥氏体不锈钢的应用受到限制，从而使双相不锈钢越来越突显其优越性，而广泛地应用到实际生产中去。 所谓双相不锈钢是指它的固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般较少相的含量*少也需要达到30％。根据双相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，将奥氏体不锈钢优良的韧性及焊接性与铁素体不锈钢具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。双相不锈钢的性能，尤其耐应力腐蚀破裂的性能与其主要的相组成——铁素体和奥氏体的平衡比例（也称相比例）有着密切的关系。由于双相不锈钢比奥氏体不锈钢导热系数大，线膨胀系数小，非常适用于热交换器的管束。 双相不锈钢历经三代，**代由于含碳量较高，在应用上受到限制；**代大多属超低碳型并含有钼、铜或硅等提高耐腐蚀性元素，其中SAF2205已纳入ASTMA789和A790标准，应用广泛；具有优良耐孔蚀性的超级双相不锈钢属第三代。 2.产品的设计技术条件 从2005年起大连东方亿鹏设备有限公司陆续为西北某石油公司及华南某石化公司生产了近亿元的双相不锈钢U型管式换热器，初步摸索出了一些经验，现举例简单介绍如下。 2.1 产品设备名称：原油－常顶油气换热器BIU1500-2.45/3.92-545-6/32-2I 管壳式换热器设计条件见表1。 2.2 该设备的制造关键与难点是固定管板的堆焊及管板与换热管的管头焊接，其中固定管板 （16MnⅢ）的堆焊前应按JB4708-2000做焊接工艺评定，除满足JB4708要求外尚应满足以下要求： 2.2.1堆焊层铁素体含量28％～35％，具体方 法为铁素体法和金相法，铁素体法可用schaeffler 图法或磁性仪测量法，并应有铁素体测试记录和 金相照片。 2.2.2测试堆焊层耐晶间腐蚀能力，方法为硫 酸—硫酸铜法，标准GBT4334.5。 2.2.3测试堆焊层耐点蚀性能，方法为不锈钢三氯化铁法，标准GBT17897。 2.2.4测试焊接接头耐氯离子应力腐蚀裂纹性能，标准GBT4334.8。 2.2.5测试耐硫化物应力腐蚀性能，标准 NACE TM0177。 3.双相不锈钢焊接方法及焊评试验 双相不锈钢SAF2205虽然焊接性能良好，热裂纹倾向低，脆化倾向小，一般不需焊前预热和焊后热处理，但关键是要保证焊缝和焊接热影响区（HAZ）能有适量的奥氏体与铁素体组织，以保证焊缝和接头有满意的力学与耐腐蚀综合性能，焊接时必须注意线能量和层间温度。双相不锈钢适宜使用多层焊。过低焊接线能量会使奥氏体相 析出大量减少，甚至形成纯铁素体组织，因此等离子弧焊、电子束焊不可采用。过高线能量会使焊缝金属和HAZ晶粒粗大，韧性下降，除电渣焊不能采用外，熔化极氩弧焊（GMAW,MIG）和埋 弧焊（SAW）在使用上也应限制。所以双相不锈钢常用的方法有焊条电弧焊(SMAW)和钨极氩弧焊(GTAW)两种，我公司在管板+堆焊中采用焊条电弧焊；管头采用全位置数控脉冲钨极氩弧焊。 3.1管板焊条电弧焊堆焊焊评基层采用16MnR (GB6654-1996)20mm厚，200×500mm热轧钢板，堆焊过渡层采用E309L-17、耐蚀面层采用E2209- 17焊条。因为Avesta是国际上公认的较成熟双相 钢焊条，故实际选用此焊条。 在这两种焊条质保书中，焊材化学成分见表 2、表3。 根据schaeffer公式计算E2209-17铬当量 （Creq)和镍当量值（Nieq）： Creq=Cr%+Mo%+0.7×Nb%=24.954% Nieq=Ni%+35×C%+20×N%+0.25×Cu% =13.685% (这里Si<1%;Mo<3%) 查WRC-92组织图，得出铁素体含量为28％。 过渡层3％-8％。 根据瑞典Sandvid推荐SAF-2205的焊接线能 量范围0.5～2.5kJ/mm；层间温度小于250℃。 SAF-2205焊条电弧焊堆焊焊评试验施焊记录 见表4。 3.1.1无损检测：过渡层100％PT I级；耐蚀 层100％PT I级。 3.1.2使用SP10铁素体测量仪测量的铁素体 含量为FN26-33。 3.1.3耐蚀层化学成分见表5。 3.1.4检测剪切强度Rm：试验标准GB/ T6796-1995，试验温度26℃，试样1：剪切强度 450 MPa，试样2：剪切强度425 MPa。 Rm≥200MPa，指标合格。 3.1.5按JB4708-2000检测4个侧弯试样合格。 3.1.6腐蚀试验： 试样1组：晶间腐蚀试验，结果合格。 试样2组：孔蚀试验，结果合格。 试样3组：应力腐蚀试验，结果合格。 结合以上六项检测证明：双相不锈钢SAF- 2205焊条电弧焊堆焊焊评试验结果满足标准和图 纸技术要求。 3.2本产品管板（16MnIII+堆焊2205），管 子采用双相钢管2205,(S31803/S32205) ASTM，A789M-01a，∮25×2.0mm；铁素体 含量为47.88%～48.52%。采用管子管板全位置数 控脉冲钨极氩弧焊,用Avesta2205Φ1.2mm焊丝， 纯氩气保护，两层加丝水平固定全位置焊接。 这里采用的Avesta焊丝质保书中： ER2209 ASME SFA5.9-98Φ1.2mm化学成 分见表6。 根据schaeffer公式计算ER2209铬当量(Creq) =26.05%；镍当量（Nieq）=12.065%，查WRC-92 组织图得出铁素体含量为56%。管头焊评试验施 焊记录见表7。 3.2.1外观检测：无裂纹及其他咬边等表面缺陷、焊脚高2.3mm，角焊缝凹凸度0.5mm。 3.2.2无损检测：10个管接头，100%PT，I级 合格 3.2.3宏观金相检测（10倍）：8个剖面，H值 3.0mm~3.3mm，均大于2.8mm
3.2.4铁素体含量检测为：52%～57%。结合以上项检测证明：双相不锈钢管子管板全位置数控脉冲钨极氩弧焊，焊评试验结果符合JB4708-2000及GB151-1999附录B和图纸技术要求。 4.结论 综上显示，通过正确的焊接方法及焊材选用，并对焊接线能量(焊接电流、电弧电压、焊接速度)以及层间温度的严格控制，有效地防止了金属间相发生（特别是σ相和χ相），使焊缝和热影响区的两相组织达到需要的比例，从而使焊接接头性能满足相应的要求。该设备产品焊接工艺规程与焊接工艺评定使用的规范相同，产品焊接试板验证合格。经用户回访，设备达到设计要求，使用情况良好。