□ 趙立軍 □ 閆俊杰

中國石化催化劑有限公司長嶺分公司 湖南岳陽 414000

1 雙相不銹鋼概述

隨著工業(yè)技術(shù)的日益發(fā)展,一般奧氏體不銹鋼已難以滿足材料耐應(yīng)力腐蝕、點腐蝕、縫隙隧洞式腐蝕的要求。為此,冶金工作者進(jìn)行了大量研究工作,研制出奧氏體—鐵素體不銹鋼,即雙相不銹鋼。雙相不銹鋼在自身固溶組織中,鐵素體相與奧氏體相約各占一半,一般量少相的比例也需要達(dá)到30%,進(jìn)而兼有鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼的優(yōu)點。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耐氯化物應(yīng)力腐蝕性結(jié)合在一起,使雙相不銹鋼具有良好的耐腐蝕疲勞性和耐磨損腐蝕性。

在石油化工企業(yè)中,雙相不銹鋼廣泛用于制作泵、閥門等過流部件。用雙相不銹鋼制作的部件在長期使用過程中,由于各種不利因素的影響會產(chǎn)生損壞。為節(jié)約生產(chǎn)成本,延長部件使用壽命,對部件損壞部位進(jìn)行焊接修復(fù),將損壞的部件修復(fù)為原有的工作狀態(tài),有重大應(yīng)用價值。由于雙相不銹鋼的化學(xué)成分、組織、性能較為特殊,遇到的焊接問題也與其它鋼種有明顯區(qū)別,因此掌握雙相不銹鋼的焊接性能及焊接規(guī)律非常重要。筆者介紹MHT系列渣漿泵雙相不銹鋼泵蓋的焊接修復(fù)。

2 焊接性能

雙相不銹鋼具有奧氏體和鐵素體組織,兼有各自優(yōu)點,具有相當(dāng)好的韌性和較高的強(qiáng)度,焊接性能優(yōu)良,熱裂傾向小,一般焊前不需要預(yù)熱,焊后不需要熱處理。

焊縫金屬在焊后自然冷卻條件下,相比母材熔池體積較小,冷卻速度快,熔化的焊縫金屬沿?zé)醾鲗?dǎo)方向向焊縫中心呈現(xiàn)柱狀、樹枝狀結(jié)晶,并發(fā)生金屬元素偏析,使焊縫組織極不穩(wěn)定,導(dǎo)致隨后的冷卻過程容易發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。

在正常焊接參數(shù)和焊后自然冷卻條件下,選用與母材組織相近的焊縫金屬可以達(dá)到所要求的金屬比例,同時焊縫的力學(xué)性能和耐腐蝕性能可以達(dá)到雙相不銹鋼焊接的要求。

3 焊接要求

雙相不銹鋼的焊接要求是力求使焊縫金屬熱影響區(qū)金屬與母材金屬具有相同的韌性、相同的抗腐蝕性能。焊接時,應(yīng)防止鐵素體相過多產(chǎn)生。當(dāng)焊接熱量輸入較小或焊縫截面較厚時,焊縫金屬冷卻速度較快,焊縫中的鐵素體相轉(zhuǎn)變沒有時間充分進(jìn)行,焊縫中鐵素體相的比例可能會超過70%,加大母材的熔化稀釋作用,降低焊縫金屬中的鎳含量,使焊縫金屬中的鐵素體相含量增大。另外,熱影響區(qū)晶粒長大會造成焊縫金屬的韌性和耐腐蝕性能降低,所以選擇合理的焊接工藝對雙相不銹鋼的焊接而言尤為重要。

采用手工電弧焊的工藝方法,具有靈活方便的優(yōu)點,并且可以實現(xiàn)全位置焊接。焊接前,清除焊接修復(fù)部位的雜質(zhì),保持焊接修復(fù)部位清潔。焊接時,選擇小電流、大焊接速度,減少橫向擺動。待前一道焊縫冷卻到預(yù)熱溫度后,再焊下一道焊縫。焊后進(jìn)行750～800 ℃退火處理,退火處理后應(yīng)快冷,防止出現(xiàn)δ相和475 ℃脆化。采用合理的焊接順序,控制層間溫度。若焊接修復(fù)部位填充金屬過多,則會造成反復(fù)填充面積過大,填充金屬冷卻后產(chǎn)生剝離裂紋。應(yīng)避免出現(xiàn)這一情況,填充金屬的層間溫度控制在100～150 ℃范圍內(nèi)。

4 渣漿泵泵蓋焊接修復(fù)

4.1 穿孔原因

MHT系列渣漿泵是中石化催化劑長嶺分公司裂化劑生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備,在生產(chǎn)過程中,渣漿泵泵蓋經(jīng)常出現(xiàn)穿孔,物料外泄,進(jìn)而影響生產(chǎn)。

MHT系列渣漿泵泵蓋材質(zhì)為雙相不銹鋼,含有大量鉻和鉬,抗氧能力、抗點蝕能力、抗晶間腐蝕能力都很好。

雙相不銹鋼鋼種在使用過程中存在應(yīng)力腐蝕金屬開裂問題,應(yīng)力腐蝕分為穿晶應(yīng)力腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕。在使用過程中,液體物料中帶有大量氣體,在葉輪高速旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生離心力,使泵蓋內(nèi)部氣蝕,物料中的氯離子使泵蓋產(chǎn)生穿晶應(yīng)力腐蝕,進(jìn)而產(chǎn)生穿孔。

4.2 焊條選擇

泵蓋材質(zhì)為雙相不銹鋼,焊接時焊縫金屬凝固和隨后的冷卻速度過快,在高溫情況下單相鐵素體組織來不及像母材那樣在1 050～1 100 ℃下保溫水淬處理,發(fā)生部分鐵素體相轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相的過程。對此,在選擇修復(fù)焊接材料時,考慮化學(xué)成分與母材化學(xué)成分相匹配。

泵蓋材料與常用不銹鋼焊條材料主要化學(xué)成分對比見表1。

表1 泵蓋材料與常用不銹鋼焊條材料化學(xué)成分對比

在不銹鋼焊條材料中,A132適用于工作溫度低于30 ℃且耐腐蝕要求較高的19-10型不銹鋼,A022適用于抗硫酸、有機(jī)酸等要求較高的18-22Mo型不銹鋼,A407適用于耐高溫同類型不銹鋼,也適用于鉻13以上不銹鋼等。

根據(jù)三種不銹鋼焊條材料的化學(xué)成分及性能對比,結(jié)合雙相不銹鋼焊接要求,選用A407焊條。

4.3 修復(fù)過程

(1) 清除焊接修復(fù)部位的雜質(zhì)。

(2) 采用小電流,快速焊接。

(3) 焊接修復(fù)完成后,對與腐蝕介質(zhì)接觸的工作面進(jìn)行拋光處理。

泵蓋修復(fù)前后對比如圖1所示。

圖1 泵蓋修復(fù)前后對比

5 結(jié)束語

雙相不銹鋼具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能,應(yīng)用前景廣闊。雙相不銹鋼的焊接有許多特點,掌握雙相不銹鋼的焊接性能特點,采用適當(dāng)?shù)暮附庸に?可以很好地完成雙相不銹鋼的焊接修復(fù)工作。筆者對MHT系列渣漿泵雙相不銹鋼泵蓋成功焊接修復(fù),填補(bǔ)了筆者單位雙相不銹鋼焊接技術(shù)的空白,也為這一技術(shù)在其它設(shè)備中的應(yīng)用提供了支持。