焊接用双相不锈钢ER2209线材的生产实践_李立.pdf

书书书作者简介:李立(1985 )，男，硕士，高级工程师;E-mail:lili ruipt com;收稿日期:2022-09-08通讯作者:季灯平(1981 )，男，高级工程师;E-mail:jdp ruipt comDOI:10 20057/j 1003-8620 2022-00005焊接用双相不锈钢 E2209 线材的生产实践李立1，季灯平1，马振宇1，严道聪1，胡梅青2，王贞应2，谢东西2(1 浙江青山钢铁有限公司，丽水 323900;2 瑞浦科技特种钢研究院，丽水 323900)摘要:通过对焊接用双相不锈钢 E2209 线材生产实践过程中的冶炼、轧制、固溶及酸洗工艺的研究，结果表明:最佳的热加工温度为1 000 1 050，可有效避免 相析出导致的轧制开裂;热处理温度为1 050 1 100，材料的强度较低，塑性较高，冷拉拔性能优异;采用(H2SO4+HF)溶液预处理及(HNO3+HF)混酸洗的工艺进行酸洗，线材表面质量优异，无酸洗晶间腐蚀。关键词:E2209 线材;双相不锈钢;相析出;固溶处理;酸洗Production Practice of Duplex Stainless SteelWire ods E2209 for Welding ApplicationLi Li1，Ji Dengping1，Ma Zhenyu1，Yan Daocong1，Hu Meiqing2，Wang Zhenying2，Xie Dongxi2(1 Zhejiang Qingshan iron and Steel Co，Ltd，Lishui 323900;2 uipu Technology Special Steel esearch Institute，Lishui 323900)Abstract:The process of smelting，rolling，solution and pickling of duplex stainless steel E2209 wire rods for butt weld-ing was studied The results show that the optimum hot working temperature was 1 000-1 050，which can effectively a-void the rolling cracks caused by phase precipitation The heat treatment temperature was 1 050-1 100，the strength ofthe material was low，the plasticity was high，and the cold drawing performance is excellent The process of(H2SO4+HF)solution pretreatment and(HNO3+HF)mixed pickling was used for pickling The wire surface quality was excellent with-out pickling intercrystalline corrosionKey Words:E2209 Wire ods;Duplex Stainless Steel;Phase Precipitation;Solution Treatment;Pickling近年来，随着双相钢 2205 的需求量不断增加，而作为其焊接材料 E2209 的需求也逐年增加，市场应用前景广阔。E2209 是奥氏体+铁素体双相不锈钢，兼有奥氏体不锈钢的优良韧性、焊接性能，和铁素体不锈钢的抗应力腐蚀特性，主要应用于石油化工和船舶制造等行业。针对双相不锈钢的生产制造及焊接性能的研究已有大量报道1-4，但针对焊接用双相不锈钢 E2209 的研究较少。研究表明，焊接用双相不锈钢线材的生产制造关键包括以下几点:(1)提高钢水洁净度，减少钢中对焊接性能不利的有害元素，使材料具有优异的焊接性能;(2)设计并试验探索最优的化学成分及轧制工艺，避免轧制过程中产生 相析出，使材料的热加工性能优异，最终生产出表面质量优良的线材;(3)设计并试验探索最优的化学成分及固溶、酸洗工艺，充分溶解 析出相，使材料具有优良的塑性，光滑的表面质量，适合于冷拉拔加工。1试验与分析1 1工艺流程浙江青山钢铁有限公司的线材生产工艺流程为:(1)炼钢采用 50 t EAF(西安兴远)+35 t AOD(自主设计制造)+35 t LF(陕西向阳)+35 t VD(陕西向阳)+三机三流弧形连铸机(上海重矿)，生产 180 mm 180 mm 连铸方坯;(2)轧钢采用意大利达涅利高速线材轧机:生产设备包括 850 开坯机+24 架短应力轧机+10 架精轧机+4 架双模块轧机，将 180 mm 180 mm 连铸方坯轧成 5 5 mm 线材;(3)热处理及酸洗工序采用 20 工位环形固溶炉(台湾育华兴业)+混酸酸洗生产线(自主设计建造)，将 5 5 mm 热轧黑皮线材通过热处理及酸洗73第 44 卷第 2 期特殊钢Vol 44 No 22023 年 4 月SPECIAL STEELApril2023制成白皮线材。1 2化学成分焊接用双相不锈钢 E2209 的内控成分制订主要注意以下几点:(1)为提高优异的焊接性能，减少钢中对焊接有害的 C、P 等元素;(2)为改善热加工性能，由于硫含量显著影响热加工塑性，应控制 S0 001 5%，同时要综合平衡各元素，降低 相的析出温度1 000，避免轧制过程因温降过快而开裂;(3)为改善冷拉性能，E2209 钢延伸率控制在25%40%，冷拉过程易产生脆断，应适当提高 Ni含量降低 N 含量，减少材料的冷加工硬化。结合 E2209 钢的化学成分标准要求，并综合考虑上述因素后，最佳的化学成分内控目标见表 1。根据实际化学成分采用Thermo-Calc热力学软表 1E2209 钢的化学成分标准及内控目标/%Table 1Chemical composition standard requirements and internal control objeetives of E2209 steel/%项目CSiMnPSCrNiCuMoN标准00230 901 00 20000250003 0 22 50 2350800 900030300 3500080 0 200内控0020045 0 65 1 10 1 4000200001 5 23 10 2340850 870030310 3200110 0 130实测值0 01805512000150001023208600053 150 120图 1E2209 钢采用 Thermo-Calc 计算的平衡组织相图Fig 1Equilibrium histophase diagram of E2209 steel calcu-lated by Thermo-Calc件进行计算，其平衡组织相图如图 1 所示。1 3炼钢工艺为提高钢水洁净度，降低钢中有害元素 C、S、P，炼钢工序控制要点为:(1)电弧炉可适当吹氧助熔，应注意出钢成分及温度控制，出钢温度控制在液相线+(50 100);(2)AOD 精炼炉氧化脱碳后，应进行充分还原，然后将还原渣扒除干净，精炼期造高碱度渣深脱硫，并保持精炼时间10 min，充分脱氧脱硫，目标 S0 001 5%，O 30 106;(3)AOD 出钢时钢包中添加1 5 kg/t钢的 Si-Ca块，LF 精炼时间40 min，LF 出钢前 20 min 喂入80 100 m 的纯钙线，保证软吹时间10 min，使钢中夹杂物充分上浮;(4)连铸控制过热度 20 40，拉速 1 0 1 3 m/min，为减少 相的析出，应适当加强足辊及二冷段的冷却。1 4轧制工艺双相不锈钢的轧制是生产过程中最大的难点，常见问题有:(1)相比于普通不锈钢，双相钢宽展大，尺寸难以控制，线材易产生耳子、折叠等缺陷;(2)双相不锈钢适宜的热加工温度范围窄，过程温度控制不当，线材极易产生裂纹、翘皮等缺陷;(3)在高温条件下，双相不锈钢强度低，与轧钢件接触易产生划伤缺陷，严重时甚至导致堆钢的生产事故。在生产初期，遇到较多的质量问题是材料在轧制过程中开裂，线材成品表面出现裂纹缺陷，如图 2所示。开裂样品状态:加热温度 1 180 1 220，控制终轧温度 950 1 000，轧后空冷。针对双相不锈钢的热塑性及裂纹缺陷产生的原因，国内外学者进行了大量研究5-10，认为主要原因是:双相不锈钢中 Cr、Mo 含量较高，极易析出较高Cr、Mo 含量的金属间化合物 相，高温条件下 相的快速析出使材料脆化11，导致在轧制或锻造过程开裂。本试验对开裂坯料进行取样分析，也观察到有大量的 析出相残留，具体如图 3 所示。存在析出物的样品状态:加热温度 1 180 1 220，控制终轧温度 950 1 000，轧后空冷。因此，如何避免高温条件下 相的析出，使热加工工艺的合理制定显得尤为重要。取样对 E2209 线材 800 1 150 的高温力学性能进行试验，试验结果如图 4 所示。样品状态:规格 5 5mm，轧制加热温度1220 1260，终轧83特殊钢第 44 卷图 2E2209 线材轧制过程中产生的缺陷:(a)飞剪取样(48 mm)开裂样品，(b)线材取样(5 5 mm)表面裂纹Fig 2Defects produced in the rolling of E2209 wire:(a)cracking sample of flying shear sampling(48 mm)，(b)surface cracksof wire sampling(5 5 mm)图 3开裂坯料的 析出相扫描电镜分析:(a)坯料表面;(b)坯料心部;(c)能谱分析Fig 3SEM analysis of precipitated phase of cracked billet:(a)billet surface;(b)billet centre;(c)energy spectrum analysis图 4E2209 钢不同温度下的高温性能对比:(a)拉伸曲线，(b)抗拉强度和收缩率Fig 4Comparison of high temperature performance of E2209 steel at different temperatures:(a)tensile curve，(b)tensile strengthand shrinkage温度 1 000 1 050，轧后水冷。从图 4 可以看出:随着温度的增加，E2209 钢的抗拉强度逐渐变小，收缩率先慢慢变大后减小，在950 1 100 具有较高的收缩率，1 000 1 050 达到峰值，1 100 后收缩率急剧下降，表明材料在950 1 100 都具有良好的热塑性，适合热加工，最佳的热加工温度区间 1 000 1 050。对材料在超过 1 100 后收缩率急剧下降的原因进行分析，取样发现当温度超过 1 100 后，材料的晶粒度发生了明显的长大。后续的固溶试验也证明了温度超过1 050 后开始长大。为避免 析出相造成轧制裂纹，轧制过程注意事项如下:(1)加热工艺:为保证坯料中 相充分溶解，加热温度为1 220 1 260，加热时间 2 3 h;当加热温度在1 220 1 260 时，考虑到加热温度和坯料的实际温度相差20 30，以及出炉后的温降，开坯过程的温降以及轧机冷却水喷溅至钢坯上造成的温降，93第 2 期李立等:焊接用双相不锈钢 E2209 线材的生产实践实测轧制过程中坯料的实际温度在1 000 1 050。(2)为避免开坯后缓慢冷却导致大量 相的析出，应采取水冷或风机冷却。(3)过程温度控制:为避免温降过快导致开裂，粗轧关水轧制，采用感应加热进行加热补温，保证轧制全程温度在