S31254超级奥氏体不锈钢的焊接工艺*

朱秋华，陈　亮

(江苏武进不锈股份有限公司， 江苏 常州　213111)



S31254超级奥氏体不锈钢的焊接工艺*

朱秋华，陈亮

(江苏武进不锈股份有限公司， 江苏 常州213111)

介绍了S31254超级奥氏体不锈钢的化学成分、焊接工艺，通过对S31254的焊接工艺评定，获得可靠的参数范围，用于指导现场生产。

S31254； 超级奥氏体不锈钢； 焊接

引言

S31254是一种碳含量极低的高钼含氮奥氏体不锈钢，此钢突出特点是在氯化物环境中具有优异的耐蚀性，包括耐点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和一般腐蚀的性能[1]。铜的添加改善了在某些酸中的耐腐蚀性，较高的含氮量使其机械强度比其他种类的奥氏体不锈钢要高，同时S31254具备很高的延展性和冲击强度以及良好的可焊接性。因而，S31254超级奥氏体不锈钢管在现代的工程装置(诸如海水设备、纸业漂白装置设备以及炼油装置)中得到了越来越多的应用。

本文选用S31254钢板进行焊接工艺的试验和性能分析，结合合理的固溶热处理，获得可靠的焊接工艺数据和焊接件性能。

1　试验研究

1.1试验材料

试验材料选用16 mm厚的S31254钢板，化学成分遵照ASTM A240的要求[2]，实测值如表1所示。

由实测值计算得出其PREN值为43.53，这一数值远远高于普通奥氏体不锈钢的PREN值。

1.2焊接工艺

S31254钢板采用等离子焊和氩弧焊相结合的工艺，焊接试板不进行焊前预热，焊丝是直径1.2 mm的ERNiCrMo-3。焊接示意图如图1所示，焊接参数如表2所示。

图1　S31254焊缝示意图

焊道焊接方法填充金属焊接电流牌号直径/mm极性电流/A焊接速度/(cm·min-1)1等离子焊N.A.N.A.直流正接DCEN250～30020～402～4氩弧焊ERNiCrMo-31.2直流正接DCEN210～2706～40

1.3试验方法

焊接后，先对试板进行热处理，然后再进行相关性能试验。热处理工艺及试验方法如下：

1) 固溶热处理：将试板进行固溶，固溶温度≥1150 ℃，之后快速水冷；

2) 拉伸试验：用CHT4万能试验机，按照ASTM A370进行室温拉伸试验；

3) 冲击试验：采在JB-300B型冲击试验机按照ASTM A370标准进行室温冲击试验；

4) 点腐蚀试验：按ASTM G48的E法进行点腐蚀试验；

5) 晶间腐蚀试验：按ASTM A262得E法进行晶间腐蚀试验；

6) 硬度检测：采用洛氏硬度试验机对焊接试板的焊接态和固溶态下的焊缝和热影响区进行硬度检验。

2　试验结果及分析

2.1室温拉伸

固溶后的焊接试板拉伸试验数据如表3所示。从表3的数值可以看出，S31254的强度高于普通奥氏体不锈钢，这一方面也是得益于该材料高的N含量。

表3　S31254室温拉伸数值

2.2冲击试验

固溶后的焊接试板，按照A370的要求制成标准试样(尺寸为55 mm×10 mm×10 mm、V型缺口)，具体如图2所示[3]。室温冲击值如表4所示，从表4的冲击功数据可以看出，在室温下S31254冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力， 即冲击韧性良好。

图2　标准冲击试样尺寸

取样区域冲击功/J第一次第二次第三次焊缝285286286热影响区275>290>290

2.3耐蚀性

2.3.1点腐蚀

按ASTM G48的E法进行点腐蚀试验，将试样浸入6%的FeCl3和1%盐酸的溶液中，在50℃±1℃进行24 h腐蚀，试样表面未出现点腐蚀。

2.3.2晶间腐蚀

按照ASTMA262的E法，对超低碳不锈钢进行敏化，在650 ℃下经2 h，无晶间腐蚀裂纹。

S31254具有极优良的耐蚀性，基于该材料低的碳含量、高的钼含量、高铬和氮以及铜的加入，使其能在纯硫酸、含有氯离子的硫酸、一般温度下稀释的盐酸、氟硅酸中(H2SiF4)和氢氟酸(HF)中比普通奥氏体不锈钢有更宽的浓度和温度应用范围。

2.3.3硬度

将试板焊接态、固溶态的焊缝和热影响区进行硬度检测，实测数据如表5所示。由表5可以看出，固溶热处理能显著降低S31254的洛氏硬度值，提高材料的塑性、减小变形抗力。

表5　S31254 实测硬度值

3　结论

(1)通过对焊丝的选择、焊速、焊接电流等焊接工艺的调整，优化S31254的综合性能；

(2)S31254室温下冲击韧性良好；

(3)S31254耐蚀性优异，如良好的耐点蚀和耐晶间腐蚀能力；

(4)固溶热处理降低S31254焊接试板的洛氏硬度值，提高塑性。

[1]陆世英，张延凯，杨长强，等.不锈钢[M]．北京：原子能出版社, 1995.

[2]ASTM A240/A240M-15 Standard Specification for Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate,Sheet, and Strip for Pressure Vessels and for General Applications[S]．2015.

[3]ASTM A370-16 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products[S]．2016.

2016-03-04

朱秋华(1981—)，女，工程师

TG441; TG142.1