不銹鋼復合板缺陷修補處性能研究

郭勵武

（太原鋼鐵（集團）有限公司復合材料廠,山西 忻州 035503）

0 引言

不銹鋼復合板因其良好的耐蝕性、高強度的特性，在化工行業得到了廣泛應用。不銹鋼復合板的生產方式主要有爆炸法和軋制法，無論采用哪種方法都會在生產過程中產生分層缺陷。按照NB/T 470002.1—2019 和GB/T 8165—2008 標準要求，分層缺陷是需要挖補處理，修補處應達到和母材一樣的耐蝕性能。修補工藝一般采用去除復層后進行堆焊，堆焊處的腐蝕性能主要受到材料種類和焊后熱處理的影響。另外，由于焊接后不銹鋼堆焊層存在殘余應力，通常采用一定溫度下的焊后熱處理來消除焊接過程中產生的殘余應力[1]，但焊后熱處理會增大堆焊層的常溫點腐蝕敏感性[2]。

本文通過在鋼板上進行堆焊不銹鋼的方法，模擬復合板挖補焊處理工藝，研究熱處理對堆焊層耐蝕性能及力學性能的影響，為復合板生產提供理論參考。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

試驗選擇A062 作為過渡層，A002 作為復層，基材選用Q345R，采用SMAW 焊條。焊條化學成分如表1 所示。

表1 焊條化學成分

1.2 焊接方法

基材選用Q345R 基材，經打磨后去除氧化皮，采用SMAW（焊條電弧焊）在基材表面堆焊2 層不銹鋼堆焊層，每層厚度約為1.5～2 mm。焊條在堆焊前要經過烘干處理，烘干溫度為350 ℃，時間為1 h，焊接工藝參數如表2 所示。

表2 焊接工藝參數

1.3 試樣檢驗

堆焊完成之后，對堆焊層進行了PT、UT 檢測，執行標準為NB/T 47013—2019。

試驗合格后的鋼板分為3 個批次進行試驗，試驗方案如表3 所示。

表3 熱處理方案

表4 試驗數據

按照三種試驗狀態進行檢測，檢測項目包括力學性能、耐蝕性能、顯微硬度和金相組織。

2 試驗結果與分析

2.1 力學性能

由試驗數據可以看出，堆焊后進行試樣檢測，未對基層組織產生較大影響。各層硬度如表5、圖1 所示。

圖1 顯微硬度（HV1）對比圖

圖2 不同狀態下的復合板金相

表5 顯微硬度（HV1）實驗數據

2.2 腐蝕性能檢測

復合板焊補部位的耐蝕性能是影響復合板使用的關鍵部位，該部位易產生晶間腐蝕裂紋，工藝控制不當將嚴重影響復合板的使用壽命。因此，有效控制制造過程，最大限度地避免晶間腐蝕的產生尤為重要。本文針對復合板焊補部位的耐腐蝕性分別進行了50%硫酸—硫酸鐵腐蝕試驗（GB/T 4334—2020B）、65%硝酸腐蝕試驗（GB/T 4334—2020C）和銅—硫酸銅—16%硫酸腐蝕試驗（GB/T 4334—2020E），試驗結果如表6 所示。

表6 晶間腐蝕試驗數據

由表6 數據可知，低溫熱處理的復合板堆焊處的耐蝕性能最差，其次是原始態，正火處理的最優。

2.3 金相組織分析

不同熱處理狀態下堆焊層組織均為奧氏體＋少量鐵素體。正火處理后，基板側脫碳層增加，降低了結合層硬度。當采用低溫熱處理時，復層側析出碳化物，降低了復層的耐晶間腐蝕能力。

碳元素是對不銹鋼敏化起著重要作用的關鍵性元素，含碳量越高，碳的擴散量越多，碳化物形成得就越多，鉻的消耗量就大[3]。鉻含量低，較低的鉻含量不利于貧鉻區與富鉻區含鉻量的平衡，從而增加了晶間腐蝕的敏感性[4]。

當采用先焊接后熱處理的工藝時，能夠提高復合板力學性能指標，降低結合層硬度。低溫熱處理會降低復合板的耐蝕性能。在熱處理工藝控制合理，復層材質化學成分控制碳含量的前提下，復合板經低溫熱處理后，耐蝕性能雖有降低，但也可以滿足要求。

3 結論

1）復合板的缺陷處理應采用小電流堆焊，確保母材稀釋率小，堆焊層過渡層碳含量少，耐蝕性好。堆焊兩層的試樣耐蝕性在低溫熱處理的情況下可以滿足產品要求。

2）在合理的焊接工藝條件下，原始狀態、正火狀態和低溫熱處理狀態下的焊補位置都能滿足產品的耐蝕性能要求。

3）低溫熱處理狀態下的焊補位置的耐蝕性能低于原始態和正火狀態。