不锈钢压力管道焊接规范，不锈钢压力容器制造工艺

压力容器用不锈钢及其焊接性能

所谓不锈钢，是指在钢中添加一定量的铬，使其钝化，使其具有不生锈的性质。为了实现这一目标，铬含量必须至少为12%。为了改善钢的钝化，常在不锈钢中添加镍、钼等对钢起钝化作用的元素。一般所说的不锈钢，其实是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢不一定耐酸，但耐酸钢一般具有良好的不锈性能。

不锈钢根据钢的组织结构分为四种：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体/铁素体双相不锈钢。

1、奥氏体不锈钢及其焊接性能

奥氏体不锈钢是应用最广泛的不锈钢，其中高铬镍类型最为常见。目前奥氏体不锈钢大致分为Cr18-Ni8系列、Cr25-Ni20系列和Cr25-Ni35系列。奥氏体不锈钢具有以下焊接性能：

焊接热裂纹奥氏体不锈钢导热系数低，线膨胀系数大，因此在焊接过程中，焊缝长期处于高温状态，焊缝处容易形成粗大的柱状晶组织。在凝固结晶过程中，硫、磷、锡、锑、铌等杂质元素含量较高，会导致晶体间形成低熔点共晶。当施加应力时，焊缝中容易产生凝固裂纹，热影响区产生液化裂纹，但这些都属于焊缝高温裂纹。防止热裂纹最有效的方法是减少钢材和焊接材料中易形成低熔点共晶的杂质元素，并增加铬镍奥氏体不锈钢中4%~12%铁素体组织的含量。

晶间腐蚀根据贫铬理论，晶间腐蚀的主要原因是碳化铬在晶界析出，铬在晶界贫化。因此，选择超低碳焊接材料或含有铌、钛等稳定元素的焊接材料是防止晶间腐蚀的主要措施。

应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂通常表现为脆性损伤，由于损伤过程在短时间内进行，因此损伤严重。奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的主要原因是焊接残余应力。焊接接头的结构变化、应力集中以及局部腐蚀介质浓度的存在也是影响应力腐蚀开裂的因素。

焊接接头的相脆化相是一种脆而硬的金属间化合物，主要聚集在柱状晶的晶界处。 相和相都可以发生相变。例如，当Cr25Ni20焊缝加热到800至900时，会发生强烈的转变。在铬镍奥氏体不锈钢中，特别是铬镍钼不锈钢中，容易发生相变，主要是由于铬、钼元素发生明显的相变。当焊缝金属超过12%时，向的转变变得非常明显，引起焊缝金属明显的脆化，因此热壁加氢反应器内壁熔覆层的铁素体含量必须控制在之间3%和10%。 %。原因。

2、铁素体不锈钢及其焊接性能

铁素体不锈钢分为普通铁素体不锈钢和超高纯铁素体不锈钢，普通铁素体不锈钢包括00Cr12、0Cr13Al等Cr12Cr14系列，1Cr17Mo、Cr25等Cr16Cr18系列，共有30个系列。

普通铁素体不锈钢含有大量的碳和氮，使其难以加工、成型和焊接，且难以保证耐腐蚀性，从而限制了其使用。严格控制钢中氮含量，总氮含量一般控制在0.035%0.045%、0.030%、0.010%0.015%三个阶段，进一步提高耐蚀性和整体提高所必需的合金元素这也被添加。钢材性能。超高纯高铬铁素体不锈钢与一般铁素体不锈钢相比具有优越的耐均匀腐蚀性、耐点蚀性、耐应力腐蚀性能，广泛应用于石油化工设备中。铁素体不锈钢具有以下焊接性能：

由于焊接温度高的影响，当加热温度超过1000时，热影响区特别是焊缝附近的晶粒迅速长大，即使焊接迅速冷却，晶粒也迅速减少。由于韧性下降或晶粒粗大化而导致韧性下降是不可避免的，从而更容易发生晶间腐蚀。

铁素体钢本身含有大量的铬，含有大量的碳、氮、氧等有害元素，脆化转变温度高，缺口敏感性强。因此，焊后脆化变得更加严重。

若长时间在400600加热缓慢冷却，则在475时会发生脆化，导致室温韧性显着下降。当在550820长时间加热时，铁素体中易析出相，导致塑性和韧性显着下降。

3、马氏体不锈钢及其焊接性能

马氏体不锈钢分为Cr13马氏体不锈钢、低碳马氏体不锈钢、超级马氏体不锈钢。 Cr13系列具有一般耐腐蚀性能，是以Cr12为基础，添加镍、钼、钨、钒等合金元素的马氏体不锈钢。除具有一定水平的耐腐蚀性能外，还具有较高的高温强度和力量，两者兼而有之。 -耐温、氧化性能。

马氏体不锈钢的焊接性能：Cr13 马氏体不锈钢焊缝热影响区有特别强烈的硬化倾向，在空冷条件下焊接接头将呈硬脆马氏体，但焊接约束应力和氢扩散的影响所致，由于其影响，焊缝更容易出现冷裂纹。如果冷却速度慢，焊缝附近会形成粗大的铁素体，焊缝金属和碳化物会沿晶体析出，显着降低接头的塑性和韧性。

低碳和超马氏体不锈钢的焊缝区和热影响区冷却后均转变为低碳马氏体，但没有明显的硬化现象，表现出良好的焊接性能。

压力容器不锈钢焊接材料的选择

1、奥氏体不锈钢焊接材料的选择

奥氏体不锈钢焊接材料的选择原则是保证焊缝金属在无裂纹状态下的耐蚀性和力学性能基本等于或优于母材，一般其合金成分如下：需满足以下条件。必须与母材几乎相同。对于耐腐蚀奥氏体不锈钢，一般希望含有一定量的铁素体，这样既保证良好的抗裂性能，又保证良好的耐腐蚀性。但在一些特殊介质中，如尿素设备的焊缝金属，无法识别铁素体的存在，导致耐腐蚀性能降低。对于耐热奥氏体钢，必须考虑控制焊缝金属中的铁素体含量。对于长期在高温下工作的奥氏体钢的焊接，焊缝金属中的铁素体含量不应超过5%。读者可以根据舍弗勒图根据焊缝金属的铬当量和镍当量估算出相应的铁素体含量。

2、铁素体不锈钢焊接材料的选择

铁素体不锈钢的焊接材料主要有：1）成分与母材基本匹配的焊接材料，2）奥氏体焊接材料，3）镍基合金焊接材料，由于价格昂贵，很少使用。 3种。

铁素体不锈钢焊接材料可以采用与母材相同的材料，但如果约束程度高，则容易产生裂纹，因此焊后热处理可恢复耐蚀性并提高接头的塑性。计划。尽管使用奥氏体焊接材料无需预热和焊后热处理，但对于不含稳定元素的各种钢，热影响区敏化现象仍然存在。常用的有309型和310型铬镍奥氏体焊接材料。 Cr17钢也可采用308型焊材，合金含量高的焊材有利于提高焊接接头的塑性。奥氏体或奥氏体-铁素体焊缝金属与铁素体母材基本具有相同的强度，但根据腐蚀介质的不同，焊缝区的耐腐蚀性能可能与母材有显着差异，选材时请小心。

3、马氏体不锈钢焊接材料的选择

铁素体不锈钢的铁素体形成元素含量相对较高，而奥氏体形成元素含量相对较低，使得这种材料不易出现硬化和冷裂纹。在焊接热循环作用下，铁素体不锈钢热影响区晶粒显着长大，接头韧性和塑性急剧下降。热影响区晶粒长大的程度取决于焊接时达到的最高温度和保温时间，因此焊接铁素体不锈钢时，需要使用尽可能少的线性能量，即尽可能多的能量。可能的。必须严格控制层间焊接，采用小电流TIG、小直径电极手工焊等密集型方法，尽可能采取窄间隙坡口、高速焊、多层焊等措施。温度。

一般来说，铁素体不锈钢由于焊接热循环的影响，在热影响区的高温区域变得敏感，根据介质的不同，可能会发生晶间腐蚀。焊后经700-850退火，使铬均匀化，恢复耐蚀性。

一般高铬铁素体不锈钢可采用焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等熔焊方法进行焊接。高铬钢固有的低塑性，以及焊接热循环引起的热影响区晶粒长大和晶界碳化物、氮化物的积累，降低了焊接接头的塑性和韧性。非常低。如果使用与母材化学成分相似、结合力高的焊接材料，则更容易产生裂纹。为防止裂纹，提高接头的塑性和耐蚀性，以焊条电弧焊为例，可采取以下工艺措施：

预热至100-150左右，使材料处于牢固状态进行焊接。铬含量越高，预热温度应越高。

使用较小的线性能量，不要使用摆动焊接。多层焊接时，为减少高温脆化和475脆化的影响，应控制层间温度不超过150，且不宜进行连续焊接。

焊后750-800退火，由于碳化物的球化和铬的均匀分布，恢复了耐蚀性并提高了接头的塑性。 475时，退火后需快速冷却，以防止相的形成和脆化。

3、马氏体不锈钢的焊接要点

对于Cr13马氏体不锈钢，采用同材质焊条焊接时，应选用低氢型焊条，以降低冷裂纹敏感性，保证焊接接头的塑性和韧性，应采取以下措施：同一时间：

预热。预热温度随着钢中碳含量的增加而增加，通常范围为100C 至350C。

加热后。对于含碳量较高或约束程度较高的焊接接头，焊后应采取后加热措施，防止焊接时产生氢裂纹。

焊后热处理。为了提高焊接接头的塑性、韧性和耐蚀性，焊后热处理温度一般为650~750，保温时间按1小时/25mm计算。

对于超碳/低碳马氏体不锈钢，通常不需要预热措施，但如果约束程度较大或焊缝区氢含量较高，则需采取预热和后加热措施.预热温度通常为100~150。焊后热处理温度为590-620。

用于高碳含量的马氏体钢。或者，如果焊前预热或焊后热处理难以实施且接头限制非常严格，工程中也可以采用奥氏体焊接材料，以提高焊接接头的塑性和韧性，防止裂纹。做。然而，此时，如果焊缝金属具有奥氏体组织或以奥氏体为主的组织，实际上它比母材弱，并且焊缝金属和母材的化学成分不同，导致物理机械性能不同。显着不同，焊接残余应力是不可避免的，更容易发生应力腐蚀和高温蠕变损伤。

双相不锈钢焊接

1、双相不锈钢的种类

双相不锈钢具有奥氏体和铁素体两相组织，且含量基本相等，因此兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。屈服强度达到400MPa至550MPa，是普通奥氏体不锈钢的两倍。双相不锈钢与铁素体不锈钢相比，具有高韧性、低脆性转变温度、耐晶间腐蚀性和焊接性能，同时铁素体不锈钢具有高韧性、低脆性转变温度、耐晶间腐蚀性和焊接性能，以及475脆性、耐热性等。保留了钢的部分性能。具有高导电性、低线膨胀系数、超塑性、磁性。双相不锈钢比奥氏体不锈钢具有更高的强度，特别是屈服强度显着提高，以及耐点蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等。

双相不锈钢按化学成分分为Cr18系列、Cr23（不含Mo）系列、Cr22系列、Cr25系列四种。 Cr25系列双相不锈钢分为普通钢和超级双相不锈钢，但近年来Cr22系列和Cr25系列的应用越来越多。日本使用的双相不锈钢大部分产自瑞典，具体牌号包括：3RE60（Cr18系列）、SAF2304（Cr23系列）、SAF2205（Cr22系列）、SAF2507（Cr25系列）等。

2、双相不锈钢的焊接性能

双相不锈钢具有优良的焊接性，不会像铁素体不锈钢那样引起焊接时热影响区的脆化，也不会像奥氏体不锈钢那样引起焊接热裂纹，而且不含大量的铁素体，具有良好的焊接性。如果刚性较高或焊缝含氢量较高，可能会出现氢冷裂纹，因此严格控制氢的来源非常重要。

为保证双相钢的性能，保证焊接接头组织中奥氏体和铁素体的适当比例是该类钢焊接的关键。当焊后接头冷却速度较慢时，的二次相变较为充分，因此在室温下可获得适当相比的两相组织，需要适度大的焊接热输入.马苏。若焊后冷却速度较高，则铁素体相增多，会显着降低接头的塑韧性和耐蚀性。

3、双相不锈钢焊接材料的选择

双相不锈钢所用焊接材料的特点是焊缝组织为以奥氏体为主的双相组织，主要耐腐蚀元素（铬、钼等）含量与母材相当。通过使用金属，我们确保了与贱金属相当的耐腐蚀性。为了保证焊缝的奥氏体含量，通常增加镍和氮的含量。这意味着镍当量增加约2% 至4%。双相不锈钢的母材一般含有一定量的氮，预计焊接材料也会含有一定量的氮，但一般来说，氮过多会引起气孔。由此可见，高镍含量是焊接材料与母材的主要区别。

根据耐腐蚀性和接头韧性的不同要求，选择与母材化学成分相匹配的焊条。例如，如果焊接Cr22 双相不锈钢，则可以使用Cr22Ni9Mo3 焊条，例如E2209 焊条。使用酸性焊条时，除渣性能优良，焊缝形状美观，但冲击韧性较低。如果焊缝金属要求高冲击韧性，且需要全位置焊接，建议使用碱性焊条。必须使用。焊接根部密封时，通常使用碱性焊条。如果焊缝金属的耐腐蚀性能有特殊要求，还应采用超级双相钢制成的碱性焊条。

使用固体气体保护焊丝时，既要保证焊缝金属的耐腐蚀性能和力学性能，还要注意焊接工艺的性能。当需要较高的冲击韧性或在较大约束条件下进行焊接时，钙基药芯焊丝需要使用较高碱度的药芯焊丝。

埋弧焊中，需要采用较细的焊丝并采用碱性焊剂，以防止焊缝热影响区和焊缝金属的脆化，并实现中小型焊接规格的多层、多道焊。 有。用过的。

4、双相不锈钢焊接点

焊接热过程的控制焊缝能量、层间温度、预热、材料厚度等都会影响焊接时的冷却速度，从而影响焊缝及热影响区的组织和性能。冷却速度过快或过慢都会影响双相钢焊接接头的韧性和耐蚀性。冷却速度过快，相含量过多，Cr2N析出增多。如果冷却速度太慢，晶粒会明显粗大化，并且可能析出相等脆性金属间化合物。表1 显示了推荐的焊缝能量和道间温度范围。选择线能量时，还必须考虑具体材料的厚度，表中线能量上限适用于厚板，下限适用于薄板。当焊接高合金含量25% (Cr) 的双相钢或超级不锈钢时，我们建议将最高层间温度控制在100C，以获得最佳的焊缝金属性能。如果焊后需要热处理，则无需限制层间温度。

焊后热处理：双相不锈钢最好不进行焊后热处理，但如果焊接状态的相含量超过规定值或相析出等有害相，则需要进行热处理焊接后。通过治疗可以改善。热处理方法为水淬。热处理时加热应尽可能快，在热处理温度下的保温时间在530分钟之间，足以恢复相平衡。金属在热处理过程中的氧化非常严重，因此必须考虑惰性气体保护。 (Cr)22%双相钢需要在10501100下进行热处理，(Cr)25%双相钢和超级双相钢需要在10501100下进行热处理。热处理在1070至1120下进行。

不锈钢压力容器焊接实例

为闪蒸罐，直径为800mm，壁厚为10mm，壳体材料为0Cr18Ni9。

描述：

筒体直径为800mm，由于焊机可以在筒体上钻孔并焊接，因此筒体的纵缝和环缝采用焊条电弧焊进行两侧焊接。

该装置没有孔，因此封闭焊缝只能从外部进行焊接。以TIG焊为基础，保证焊接质量。但不锈钢氩弧焊时，背面金属会发生氧化，所以传统上保护背面的唯一方法是充氩气，但设备庞大，无法进行氩气保护。背面无法得到保护。背面浪费了大量的氩气，但仍能起到保护作用。为了解决该工艺的困难，新日本石油公司的焊接部门开发并制造了一种不锈钢TIG焊丝，该焊丝具有保护背面的特殊涂层。熔化后渗透到熔池中，在背面形成致密的保护层，起到与电极膜相同的作用。使用方法与普通TIG焊丝完全相同，药皮不影响前沿电弧或熔池形状，显着降低不锈钢氩弧焊的焊接成本。本设备采用自保护焊丝，背面采用氩气保护会浪费大量氩气。

接管与平焊法兰之间的角焊、接管与壳体之间的角焊，由于这些部位的焊缝形状和焊接条件，一般采用焊条电弧焊。如果管径较小，可采用TIG焊，以降低焊接难度。

支架与壳体之间的角接焊为无压焊，采用熔化极气体保护焊（保护气体为纯CO2），效率高，焊缝形状良好。 TFW-308L是焊接材料品牌，焊接材料型号为E308LT1-1（AWS A5.22）。

内容来源：煤化工知识库

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