GL认可的双相不锈钢WPS

 青山船厂于2000年初首次承接了一艘18500t双相不锈钢货舱化学品船，建造周期为26个月，耗用双相不锈钢材料将近1200t，占世界2000年用量的百分之一。在建造过程中，对双相不锈钢之间以及双相不锈钢与碳钢之间焊接的各种形式，通过德国劳氏船级社认可后，选择了12种具有代表性的连接型式作为研究对象，摸索焊接工艺参数，进行工艺评定。经过半年多的反复试验和探讨，圆满地完成了所有焊接工艺的评定，并一次性获得了德国劳氏船级社的认可，该船成功的建造技术在国内造船界处于领先水平。
双相不锈钢的应用在我国多集中在石化和化工行业，在造船行业用于化学品船液货舱的制造尚属首次，在国外也只有西欧几个发达国家建造过类似的化学品船，由于其用量大、焊接量大，建造能否成功主要取决于焊接。本文着重对该船建造过程中双相不锈钢的焊接攻关情况作以简单介绍。

2 双相不锈钢简介
2.1 双相不锈钢的性能特点
所谓双相不锈钢(Duplex stainless steel)是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半(一般最少相的含量至少要超过30%，由于具有两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物腐蚀性能结合在一起，正是这些优越的性能使双相不锈钢作为可焊接的结构材料发展迅速，现已在石化、化工、核能、造船等行业中逐步替代奥氏体不锈钢，应用日趋广泛。
2.2 双相不锈钢的分类
同奥氏体不锈钢一样，双相不锈钢包括一系列牌号，至少分为3类。

1)低级双相不锈钢(其代表牌号为2304型)2304型是低合金化的双相不锈钢，具有良好的力学和物理性能，可以替代标准奥氏体不锈钢304/316。
2)标准双相不锈钢(如2205型)2205型是中等合金的双相不锈钢。如今它的氮和钼含量已接近标准的上限，因而其耐腐蚀性、焊接性和强度得到改善，由于2205型双相不锈钢良好的力学性能和耐腐蚀性能，使其成为奥氏体不锈钢理想的替代材料，青山船厂建造的18500t化学品船液货舱所选用的材料就是2205型双相不锈钢，其化学成分见表1。

3)超级双相不锈钢(如2507型)2507型具有高含量的铬、钼和氮，具有良好的耐蚀性和力学综合性能，可与超级奥氏体不锈钢相媲美。可适用于苛刻的介质条件。
2.3 双相不锈钢2205机械性能
抗拉强度 =680 MPa；
屈服强度 =480 MPa；延伸率 =25% 。
3 焊接方式

根据该船液货舱的各种焊接接头型式，结合船厂现有设备及相关条件，进行了一系列走访、咨询和各种试验，通过反复比较后对焊接型式、钢材及焊材选择如下。
3.1 焊接型式
1)手工电弧焊(SMAW)2)药芯焊丝气体保护焊(FCAW)3)埋弧焊(SAW)
3.2 钢板
选用法国CLI公司提供的2205型双相不锈钢板，其商业牌号为UR45N，碳钢部分选用国产GL认可的材料A36级船板。
3.3 焊材
选用瑞典ESAB公司提供的双相不锈钢焊材；
手工电弧焊：OK67.5067.6067.62气体保护焊：OK14.2714.22埋弧自动焊：OK16.8610.93
4 工艺参数
12种焊接接头型式工艺参数详见表2。

5 检测结果

5.1 力学性能
12种焊接接头型式工艺评定结果详见表3。

对上述GL1，GL2，GL3，GL9，GL11，GL12进行耐腐蚀性能试验和晶间腐蚀试验。标准腐蚀试验根据ASTM-G48标准进行，在10%FeCl3-6H2O溶液中保持24h，没有点蚀现象，晶间腐蚀试验后，做弯曲试验，无气孔，无夹渣，无裂纹。
5.3 金相组织
根据美国焊接研究协会(WRC-1992)采用的铬、镍当量比值所给出的Fe-Cr-Ni三元截面相图(变种)，如图1所示。

图1中示出液态和固态的相区，同时标明了几种双相不锈钢代表牌号在图中所处的位置，实际上所有双相不锈钢从液相凝固后都是完全的铁素体组织，这一组织一直保留至铁素体溶解度曲线的温度，只有在更低的温度下，部分铁素体才转变成奥氏体，形成奥氏体-铁素体双相组织。
双相不锈钢的焊接影响区的组织变化，取决于钢种自身的成分和焊接热循环状态，焊接热循环的参数，如：加热速度，高于占相溶解度曲线温度的停留时间以及通过两相区的冷却速度等等，均会影响熔合线附近焊接HAZ的组织变化。
因此，我们在选定工艺参数时，必须将热输入控制在0.5～25 kJ/cm之间，同时，控制层间温度≤150℃ 。
点评：此处和本公众号之前推送的《双相不锈钢焊接指南》第3章基本一致。

在双相不锈钢的焊接后，我们对上述12种工艺评定的试样作了金相分析，观察具有代表性的金相显微组织，如图2所示。

5.4 铁素体的测量
对18500t不锈钢化学品船货舱区域大约5000m焊缝采用法国生产的FEITSCOPE@MP30铁素体测量仪进行测量，测量数据表明，铁素体含量均在30%～60%之间，因此，我们的焊接质量是可行的，保证了其组织结构。点评：据本公众号之前推送的《双相不锈钢焊接指南》介绍，铁素体含量可在30%～70%之间，相关标准可参考AWS A2.4/A2.4M，日本JIS Z3119或者国家标准GBT 1954-2008等。
6 结论
18500t不锈钢化学品船是为比利时船东建造的高等级、高附加值、高技术含量的II类化学品船，由青山船厂与德国INEC设计公司联合设计。经过全厂科技人员和工人一年多的共同努力，其焊接质量得到了国外船东和GL船级社的一致认可。2001年9月28日该船按期顺利下水，为双相不锈钢在我国船舶工业中的应用做出了有益的探索，积累了成功的经验，填补了我国船舶工业在该类型船舶建造上的空白。