SP10鐵素體測量儀在行業(yè)中的應用

SP10鐵素體測量儀在行業(yè)中的應用，

1.雙相不銹鋼簡介
    近年來，在中石油、中石化及其它一些工業(yè)領(lǐng)域，由于含有氯離子、硫化氫等介質(zhì)的壓力容器、熱交換器、反應器等設備中，奧氏體不銹鋼的應用受到限制，從而使雙相不銹鋼越來越突顯其優(yōu)越性，而廣泛地應用到實際生產(chǎn)中去。
所謂雙相不銹鋼是指它的固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，一般較少相的含量*少也需要達到30％。根據(jù)雙相組織的特點，通過正確控制化學成分和熱處理工藝，將奧氏體不銹鋼優(yōu)良的韌性及焊接性與鐵素體不銹鋼具有的較高強度和耐氯化物應力腐蝕性能結(jié)合在一起，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點。雙相不銹鋼的性能，尤其耐應力腐蝕破裂的性能與其主要的相組成——鐵素體和奧氏體的平衡比例（也稱相比例）有著密切的關(guān)系。由于雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼導熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小，非常適用于熱交換器的管束。
    雙相不銹鋼歷經(jīng)三代，**代由于含碳量較高，在應用上受到限制；**代大多屬超低碳型并含有鉬、銅或硅等提高耐腐蝕性元素，其中SAF2205已納入ASTMA789和A790標準，應用廣泛；具有優(yōu)良耐孔蝕性的超級雙相不銹鋼屬第三代。
    2.產(chǎn)品的設計技術(shù)條件
    從2005年起大連東方億鵬設備有限公司陸續(xù)為西北某石油公司及華南某石化公司生產(chǎn)了近億元的雙相不銹鋼U型管式換熱器，初步摸索出了一些經(jīng)驗，現(xiàn)舉例簡單介紹如下。
    2.1 產(chǎn)品設備名稱：原油－常頂油氣換熱器BIU1500-2.45/3.92-545-6/32-2I 管殼式換熱器設計條件見表1。

    2.2 該設備的制造關(guān)鍵與難點是固定管板的堆焊及管板與換熱管的管頭焊接，其中固定管板 （16MnⅢ）的堆焊前應按JB4708-2000做焊接工藝評定，除滿足JB4708要求外尚應滿足以下要求：
    2.2.1堆焊層鐵素體含量28％～35％，具體方 法為鐵素體法和金相法，鐵素體法可用schaeffler 圖法或磁性儀測量法，并應有鐵素體測試記錄和 金相照片。
    2.2.2測試堆焊層耐晶間腐蝕能力，方法為硫 酸—硫酸銅法，標準GBT4334.5。
    2.2.3測試堆焊層耐點蝕性能，方法為不銹鋼三氯化鐵法，標準GBT17897。
    2.2.4測試焊接接頭耐氯離子應力腐蝕裂紋性能，標準GBT4334.8。
    2.2.5測試耐硫化物應力腐蝕性能，標準 NACE TM0177。
    3.雙相不銹鋼焊接方法及焊評試驗
    雙相不銹鋼SAF2205雖然焊接性能良好，熱裂紋傾向低，脆化傾向小，一般不需焊前預熱和焊后熱處理，但關(guān)鍵是要保證焊縫和焊接熱影響區(qū)（HAZ）能有適量的奧氏體與鐵素體組織，以保證焊縫和接頭有滿意的力學與耐腐蝕綜合性能，焊接時必須注意線能量和層間溫度。雙相不銹鋼適宜使用多層焊。過低焊接線能量會使奧氏體相 析出大量減少，甚至形成純鐵素體組織，因此等離子弧焊、電子束焊不可采用。過高線能量會使焊縫金屬和HAZ晶粒粗大，韌性下降，除電渣焊不能采用外，熔化極氬弧焊（GMAW,MIG）和埋 弧焊（SAW）在使用上也應限制。所以雙相不銹鋼常用的方法有焊條電弧焊(SMAW)和鎢極氬弧焊(GTAW)兩種，我公司在管板+堆焊中采用焊條電弧焊；管頭采用全位置數(shù)控脈沖鎢極氬弧焊。
     3.1管板焊條電弧焊堆焊焊評基層采用16MnR (GB6654-1996)20mm厚，200×500mm熱軋鋼板，堆焊過渡層采用E309L-17、耐蝕面層采用E2209- 17焊條。因為Avesta是國際上公認的較成熟雙相 鋼焊條，故實際選用此焊條。
在這兩種焊條質(zhì)保書中，焊材化學成分見表 2、表3。

    根據(jù)schaeffer公式計算E2209-17鉻當量 （Creq)和鎳當量值（Nieq）：
Creq=Cr%+Mo%+0.7×Nb%=24.954% Nieq=Ni%+35×C%+20×N%+0.25×Cu% =13.685%
    (這里Si<1%;Mo<3%)
    查WRC-92組織圖，得出鐵素體含量為28％。 過渡層3％-8％。
    根據(jù)瑞典Sandvid推薦SAF-2205的焊接線能 量范圍0.5～2.5kJ/mm；層間溫度小于250℃。 SAF-2205焊條電弧焊堆焊焊評試驗施焊記錄 見表4。
    3.1.1無損檢測：過渡層100％PT I級；耐蝕 層100％PT I級。

    3.1.2使用SP10鐵素體測量儀測量的鐵素體 含量為FN26-33。
    3.1.3耐蝕層化學成分見表5。
    3.1.4檢測剪切強度Rm：試驗標準GB/ T6796-1995，試驗溫度26℃，試樣1：剪切強度 450 MPa，試樣2：剪切強度425 MPa。
    Rm≥200MPa，指標合格。
    3.1.5按JB4708-2000檢測4個側(cè)彎試樣合格。
    3.1.6腐蝕試驗：
    試樣1組：晶間腐蝕試驗，結(jié)果合格。
    試樣2組：孔蝕試驗，結(jié)果合格。
    試樣3組：應力腐蝕試驗，結(jié)果合格。
    結(jié)合以上六項檢測證明：雙相不銹鋼SAF- 2205焊條電弧焊堆焊焊評試驗結(jié)果滿足標準和圖 紙技術(shù)要求。
    3.2本產(chǎn)品管板（16MnIII+堆焊2205），管 子采用雙相鋼管2205,(S31803/S32205) ASTM，A789M-01a，∮25×2.0mm；鐵素體 含量為47.88%～48.52%。采用管子管板全位置數(shù) 控脈沖鎢極氬弧焊,用Avesta2205Φ1.2mm焊絲， 純氬氣保護，兩層加絲水平固定全位置焊接。
    這里采用的Avesta焊絲質(zhì)保書中：
    ER2209 ASME SFA5.9-98Φ1.2mm化學成 分見表6。

    根據(jù)schaeffer公式計算ER2209鉻當量(Creq) =26.05%；鎳當量（Nieq）=12.065%，查WRC-92 組織圖得出鐵素體含量為56%。管頭焊評試驗施 焊記錄見表7。
    3.2.1外觀檢測：無裂紋及其他咬邊等表面缺陷、焊腳高2.3mm，角焊縫凹凸度0.5mm。
    3.2.2無損檢測：10個管接頭，100%PT，I級 合格
    3.2.3宏觀金相檢測（10倍）：8個剖面，H值 3.0mm~3.3mm，均大于2.8mm

3.2.4鐵素體含量檢測為：52%～57%。結(jié)合以上項檢測證明：雙相不銹鋼管子管板全位置數(shù)控脈沖鎢極氬弧焊，焊評試驗結(jié)果符合JB4708-2000及GB151-1999附錄B和圖紙技術(shù)要求。
    4.結(jié)論
    綜上顯示，通過正確的焊接方法及焊材選用，并對焊接線能量(焊接電流、電弧電壓、焊接速度)以及層間溫度的嚴格控制，有效地防止了金屬間相發(fā)生（特別是σ相和χ相），使焊縫和熱影響區(qū)的兩相組織達到需要的比例，從而使焊接接頭性能滿足相應的要求。該設備產(chǎn)品焊接工藝規(guī)程與焊接工藝評定使用的規(guī)范相同，產(chǎn)品焊接試板驗證合格。經(jīng)用戶回訪，設備達到設計要求，使用情況良好。