MHT系列渣浆泵双相不锈钢泵盖的焊接修复

□ 赵立军 □ 闫俊杰

中国石化催化剂有限公司长岭分公司 湖南岳阳 414000

1 双相不锈钢概述

随着工业技术的日益发展,一般奥氏体不锈钢已难以满足材料耐应力腐蚀、点腐蚀、缝隙隧洞式腐蚀的要求。为此,冶金工作者进行了大量研究工作,研制出奥氏体—铁素体不锈钢,即双相不锈钢。双相不锈钢在自身固溶组织中,铁素体相与奥氏体相约各占一半,一般量少相的比例也需要达到30%,进而兼有铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢的优点。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耐氯化物应力腐蚀性结合在一起,使双相不锈钢具有良好的耐腐蚀疲劳性和耐磨损腐蚀性。

在石油化工企业中,双相不锈钢广泛用于制作泵、阀门等过流部件。用双相不锈钢制作的部件在长期使用过程中,由于各种不利因素的影响会产生损坏。为节约生产成本,延长部件使用寿命,对部件损坏部位进行焊接修复,将损坏的部件修复为原有的工作状态,有重大应用价值。由于双相不锈钢的化学成分、组织、性能较为特殊,遇到的焊接问题也与其它钢种有明显区别,因此掌握双相不锈钢的焊接性能及焊接规律非常重要。笔者介绍MHT系列渣浆泵双相不锈钢泵盖的焊接修复。

2 焊接性能

双相不锈钢具有奥氏体和铁素体组织,兼有各自优点,具有相当好的韧性和较高的强度,焊接性能优良,热裂倾向小,一般焊前不需要预热,焊后不需要热处理。

焊缝金属在焊后自然冷却条件下,相比母材熔池体积较小,冷却速度快,熔化的焊缝金属沿热传导方向向焊缝中心呈现柱状、树枝状结晶,并发生金属元素偏析,使焊缝组织极不稳定,导致随后的冷却过程容易发生组织转变。

在正常焊接参数和焊后自然冷却条件下,选用与母材组织相近的焊缝金属可以达到所要求的金属比例,同时焊缝的力学性能和耐腐蚀性能可以达到双相不锈钢焊接的要求。

3 焊接要求

双相不锈钢的焊接要求是力求使焊缝金属热影响区金属与母材金属具有相同的韧性、相同的抗腐蚀性能。焊接时,应防止铁素体相过多产生。当焊接热量输入较小或焊缝截面较厚时,焊缝金属冷却速度较快,焊缝中的铁素体相转变没有时间充分进行,焊缝中铁素体相的比例可能会超过70%,加大母材的熔化稀释作用,降低焊缝金属中的镍含量,使焊缝金属中的铁素体相含量增大。另外,热影响区晶粒长大会造成焊缝金属的韧性和耐腐蚀性能降低,所以选择合理的焊接工艺对双相不锈钢的焊接而言尤为重要。

采用手工电弧焊的工艺方法,具有灵活方便的优点,并且可以实现全位置焊接。焊接前,清除焊接修复部位的杂质,保持焊接修复部位清洁。焊接时,选择小电流、大焊接速度,减少横向摆动。待前一道焊缝冷却到预热温度后,再焊下一道焊缝。焊后进行750～800 ℃退火处理,退火处理后应快冷,防止出现δ相和475 ℃脆化。采用合理的焊接顺序,控制层间温度。若焊接修复部位填充金属过多,则会造成反复填充面积过大,填充金属冷却后产生剥离裂纹。应避免出现这一情况,填充金属的层间温度控制在100～150 ℃范围内。

4 渣浆泵泵盖焊接修复

4.1 穿孔原因

MHT系列渣浆泵是中石化催化剂长岭分公司裂化剂生产装置的主要设备,在生产过程中,渣浆泵泵盖经常出现穿孔,物料外泄,进而影响生产。

MHT系列渣浆泵泵盖材质为双相不锈钢,含有大量铬和钼,抗氧能力、抗点蚀能力、抗晶间腐蚀能力都很好。

双相不锈钢钢种在使用过程中存在应力腐蚀金属开裂问题,应力腐蚀分为穿晶应力腐蚀和晶间应力腐蚀。在使用过程中,液体物料中带有大量气体,在叶轮高速旋转下产生离心力,使泵盖内部气蚀,物料中的氯离子使泵盖产生穿晶应力腐蚀,进而产生穿孔。

4.2 焊条选择

泵盖材质为双相不锈钢,焊接时焊缝金属凝固和随后的冷却速度过快,在高温情况下单相铁素体组织来不及像母材那样在1 050～1 100 ℃下保温水淬处理,发生部分铁素体相转变为奥氏体相的过程。对此,在选择修复焊接材料时,考虑化学成分与母材化学成分相匹配。

泵盖材料与常用不锈钢焊条材料主要化学成分对比见表1。

表1 泵盖材料与常用不锈钢焊条材料化学成分对比

在不锈钢焊条材料中,A132适用于工作温度低于30 ℃且耐腐蚀要求较高的19-10型不锈钢,A022适用于抗硫酸、有机酸等要求较高的18-22Mo型不锈钢,A407适用于耐高温同类型不锈钢,也适用于铬13以上不锈钢等。

根据三种不锈钢焊条材料的化学成分及性能对比,结合双相不锈钢焊接要求,选用A407焊条。

4.3 修复过程

(1) 清除焊接修复部位的杂质。

(2) 采用小电流,快速焊接。

(3) 焊接修复完成后,对与腐蚀介质接触的工作面进行抛光处理。

泵盖修复前后对比如图1所示。

图1 泵盖修复前后对比

5 结束语

双相不锈钢具有良好的力学性能和耐腐蚀性能,应用前景广阔。双相不锈钢的焊接有许多特点,掌握双相不锈钢的焊接性能特点,采用适当的焊接工艺,可以很好地完成双相不锈钢的焊接修复工作。笔者对MHT系列渣浆泵双相不锈钢泵盖成功焊接修复,填补了笔者单位双相不锈钢焊接技术的空白,也为这一技术在其它设备中的应用提供了支持。