[发明专利]双相不锈钢的焊材及其焊接方法和应用

说明书

本发明涉及焊接技术领域，公开了双相不锈钢的焊材，焊材的化学成分质量百分比计包括：C≤0.03％、Cr:18.0％～23.0％、Ni:63.0％～70.0％、Mo：8.0％～9.0％、Nb:3.0％～4.0％以及不可避免的杂质。双相不锈钢的焊接方法，包括采用如前述实施方式的双相不锈钢的焊材焊接双相不锈钢，焊接时，采用钨极惰性气体保护焊打底焊接，然后采用熔化极惰性气体保护焊进行填充焊。本申请提供的焊材以及焊接方法，焊接后得到接头具有较好的力学性能和耐腐蚀性。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及双相不锈钢的焊材及其焊接方法和应用。

背景技术

双相不锈钢是指铁素体与奥氏体各约占50％，兼有奥氏体和铁素体特点的一种节镍不锈钢。自上世纪40年代诞生于美国以来，双相不锈钢以其优良的力学和耐点蚀、晶间腐蚀和氯化物应力腐蚀开裂等性能，在石油化工、海洋船舶及军工等领域得到了广泛应用。随着双相不锈钢在石油化工行业的用量的逐年增大，双相不锈钢失效的问题也越来越多，经分析大多数失效案例为焊接接头区域的腐蚀穿孔或开裂等造成的。

在双相不锈钢研究初期，大多数采用奥氏体不锈钢焊接材料，如E309SiL、E316L，这种奥氏体组织焊缝基本能满足一些双相不锈钢的需要，但是由于焊材与母材在成分和组织上的差异导致焊缝金属在一些腐蚀环境中的耐蚀性能不足。随着技术的发展进步，国内外科研工作者已开发出各类双相不锈钢相对应的焊接材料，其特点是焊缝组织为奥氏体占优的双相组织，目前常用的双相不锈钢焊材包括E2209、E2594等，主要耐蚀元素(Cr、Mo等)含量与母材相当，从而保证与母材相当的耐蚀性能。然而，在工程实际应用过程中，经常出现由于双相不锈钢焊接接头部分的腐蚀失效问题，严重影响设备、管道的安稳运行和人身安全。为保证双相不锈钢焊接接头区域的各项性能，国内外科研人员做了大量的研究工作，然而研究内容大多集中在焊接工艺和接头组织性能等方面，涉及焊接材料选择的方面内容甚少，而焊接材料的品质和性能恰恰是双相不锈钢焊接接头性能的决定性因素。因此，选择正确合适的焊材，在此基础上配备合理的焊接工艺是控制和改善双相不锈钢焊接区域各项性能的必要手段。在焊前预热、焊接热输入、层间温度控制等方面均有严格的要求，如果控制不当，将导致双相不锈钢焊接接头的力学及耐蚀性能不能满足要求。焊接人员的操作也较高，工程实际应用中难度较大。过低的热输入可能导致母材熔合区和热影响区铁素体含量过高，韧性和耐蚀性能降低。过高的热输入增大了在金属间相析出温度区间的停留时间，金属间相的析出导致耐腐蚀性能降低。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供双相不锈钢的焊材及其焊接方法和应用。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种双相不锈钢的焊材，焊材的化学成分质量百分比计包括：C≤0.03％、Cr:18.0％～23.0％、Ni:63.0％～70.0％、Mo：8.0％～9.0％、Nb:3.0％～4.0％以及不可避免的杂质。

在可选的实施方式中，焊材为焊丝，焊丝直径为1.0～2.4mm。

第二方面，本发明提供一种双相不锈钢的焊接方法，包括采用如前述实施方式的双相不锈钢的焊材焊接双相不锈钢，焊接时，采用钨极惰性气体保护焊打底焊接，然后采用熔化极惰性气体保护焊进行填充焊。

在可选的实施方式中，采用钨极惰性气体保护焊进行打底焊接时焊接电压10～15V，电流120～150A；

优选地，焊接速度为4～12cm/min；

优选地，保护气为氩气或者氩气和氮气的混合气。

在可选的实施方式中，采用熔化极惰性气体保护焊进行焊接时焊接电压18～26V，电流140～160A；

优选地，焊接速度为12～18cm/min；