铁素体不锈钢管

      一、铁素体不锈钢的焊接

      铁素体不锈钢在室温下，一般具有纯铁素体组织，强度不算很高，塑性，韧性良好；若将其加热到高温，也有可能会出现少量的奥氏体组织（对含铬较低的钢）或者根本不出现奥氏体组织。所以，在焊接过程中的热循环作用下，有可能出现少量或者不出现马氏体组织。因此，这类钢经焊接后不会出现强度显著下降或淬火硬化的问题，即使出现了少许马氏体组织也可以通过焊后热处理来解决。可以说，这类钢焊接接头的室温强度不是焊接的主要矛盾；再者，由于其焊接热膨胀问题远比奥氏体不锈钢轻微，因而其焊接热裂纹和冷裂纹的问题也不很突出、通常说，铁素体型不锈钢不如奥氏体不锈钢好焊，主要是指在焊接过程中，可能导致焊接接头的塑性，韧性降低，即发生脆化的问题。同其他品种不锈钢的焊接一样，如何保证铁素体型不锈钢焊接接头具有相同于母材的耐腐蚀性，焊接接头在高温下长期服役可能出现的脆化问题，都是必须重视的。

      铁素体不锈钢的热膨胀系数与碳钢相近，比奥氏体不锈钢小，再加之S,P等夹质在铁素体中溶解度大，Si,Nb等是铁素体形成元素，因此，焊缝结晶时不易形成低熔点共晶，热裂倾向比奥氏体不锈钢小得多，同时焊接热影响区超过临界温度的区域形成马氏体的量也极少，因此淬硬性倾向也很小，所以，铁素体不锈钢比马氏体不锈钢的延迟裂纹敏感性小，可以说其工艺焊接性是好的。

      铁素体不锈钢为Fe-Cr-C 三元合金，由Cr以及诸如Al,Nb,Mo及Ti等添加元素来防止在焊接受热过程中形成奥氏体。因此，铁素体不锈钢在焊后冷却过程中不会出现奥氏体向马氏体转变的淬硬现象。但焊接热所形成的热影响区近缝带，由于高温而促成铁素体晶粒粗大，明显降低了接头的韧性，并且不可能直接用热处理的方法来改善。这就是铁素体不锈钢焊接中困难之处。

      现代铁素体不锈钢已发展到了第三代品种。第1代是完全依靠铬作为铁素体稳定元素，而含碳量有偏高，因此在焊接之后若不再进行热处理，必然会产生晶间腐蚀。而且这一代钢的韧性都偏低，其代表钢号为430,442及446. 第二代品种以405与409为代表，它们的铬与碳含量下降了，而加了强烈的铁素体形成剂，如405是加入Al,409加入Ti.第二代铁素体不锈钢除了在韧性方面与第1代相差不大之外，在工艺性能，固碳（Ti及Nb与C反应形成TiC和NbC)以减少固溶体中碳含量，提高耐腐蚀性能等方面都有了一定的提高。第三代铁素体不锈钢，则以改进冶炼方法来生产超低碳和超低氮含量的，可用大吨位炉子冶炼的，采用较少间隙固溶元素的钢种。以444（18Cr-2Mo),26-1(26Cr-1Mo),445J2(22Cr-2Mo)和S4460(27Cr-4Mo-2Ni)为代表。当这些钢种再加入强烈碳化物形成剂，如Ti,Nb,则可在焊后不进行热处理，也不会有晶间腐蚀出现。此外，第三代钢的韧性大大提高，对点腐蚀，应力腐蚀也具有良好的抵抗能力。

      铁素体不锈钢焊接接头的脆化，是这类钢使用受到限制的主要原因。铁素体不锈钢焊接接头的脆化，主要的问题是同质焊缝及热影响区在焊接过程中C,N化合物析出的晶粒长大的作用，特别是C,N化合物的析出，而且几乎不可能通过热处理加以消除。而高纯度铁素体不锈钢在很大程度上消除了焊缝及热影响区中的C,N化合物，极大地改善了焊接性，其焊接结构得到越来越广泛的使用。

      晶间腐蚀是普通铁素体不锈钢的又一主要问题。由于C,N在铁素体不锈钢中的溶解度很低，在950℃以后迅速析出，因此，同质焊材和热影响区在焊后冷却过程中就会析出C,N化合物，除了引起脆化外还会引起晶界贫铬和提高晶间腐蚀敏感性，在强氧化介质中发生晶间腐蚀。与奥氏体不锈钢不同的是铁素体不锈钢的敏化温度较高，在950℃以上，因此，在热影响区产生晶间腐蚀的部位更靠近熔合线。铬在铁素体不锈钢的扩散速度远比在奥氏体不锈钢中快，所以只需700-900℃的范围内短时间保温，使铬向贫铬区扩散，即可消除C,N化合物析出引起的晶界贫铬，恢复焊接接头的耐腐蚀性能。

      二、铁素体不锈钢的焊接技巧

      1、采用窄焊道焊接，如小的焊接线能量，较快的焊接速度等。

      2、使焊丝的受热末端始终处在保护气体中。

      3、采用先进的焊接技术，如等离子电弧焊，熔化极电弧焊等。

      4、熄弧后应继续通保护气，直至冷却充分。

      5、用纯净度高的氩气保护焊接熔池。

      6、焊缝背面应采用惰性气体保护。

      7、对于多层焊接，应用不锈钢刷清除层间氧化物。

      三、不锈钢焊管成型及规格尺寸

      不锈钢焊管是以不锈钢带材或不锈钢板材为原料，经过分条或剪切下料后，根据原料的规格（厚度，宽度），选用不同的成型方式。如分条或剪切下料后的带钢一般厚度较薄，宽度较窄，可采用混式冷弯成型；厚度不大于3mm,宽度较大的板材经剪切或等离子切割后，可采用“UO”或滚卷方式成型。不锈钢带在昆式连续冷弯成型焊接机组上，完成成型，焊接；不锈钢板经“UO”或滚卷成型后，加工成开口的管坯，然后再根据其规格尺寸（壁厚，外径），在相应的机组上，采用不同的焊接方法焊接成不锈钢焊管。因此，不锈钢焊管采用何种方式成型，完全取决于焊管的规格尺寸（壁厚，外径）.

      四、不锈钢焊接钢管的连续成型方式

      铁素体不锈钢焊管焊缝的形成多数是直焊缝焊管成型。直缝焊管成型，又分为连续成型和非连续成型两大类，这里要点介绍连续成型工艺。

      由于不锈钢带材或不锈钢板材与同类型碳钢相比较，具有强度高，加工硬化敏感性强，耐磨性好，粘结的可能性大和导热性差等特点，所以，不锈钢焊管在成型过程中，应特别注意上述特性，以便得到良好的成型效果。对于不锈钢焊管来说，更为重要的是成型以后的焊接。因此，对焊管成型的要求，除了要获得良好的外形外，还要求为焊接提供一个好的焊口。不锈钢焊管的焊口，是在带钢或板材的边缘，所以，带钢或板材的边缘成型是获得好的焊口的关键，也就成为成型过程中应特别关心和注意的地方。一把要求带钢或板材的边缘成型后无浪边，无直边，两边要对齐，对平，无错口，并不出现桃形等。

      连续弯曲成型是带钢在连续成型机组上，依次通过已经调整好的各架次成型焜，弯曲成型成为直缝开口管。成型后的开口管，根据其厚度采用合理的焊接方法，在焊接挤压焜处被焊接成有直缝的焊管，用该成型方式生产加工的焊管，外形质量高而稳定，同时生产效率高。连续弯曲成型的方式有以下几种：

      1、辊式连续冷弯成型

      2、带钢中心的弯曲成型   

      带钢中心弯曲成型是从带钢的中轴线开始弯曲，弯曲的半径R是恒定的，等于成品管的半径，然后逐架增大中间变形角，结尾进入有导向片的闭合孔形的成型辊，到此完成了直缝焊管的成型。

      3、带钢边缘弯曲成型

      带钢边缘弯曲成型是从带钢的边缘开始弯曲成型的，弯曲的半径R是恒定的，等于成品管的半径，然后逐架次增加边缘变形宽度，与其同时相应地逐架次减少带钢（管坯）的中间宽度，直至进入闭合成型辊，成型为开口直缝管。

      4、四周弯曲成型   

      圆周弯曲成型是沿带钢全部宽度同时进行弯曲变形，其弯曲半径逐架次减小，而中心弯曲角在成型过程中逐架次增大，到闭合成型辊后成型为开口直缝管。

      5、双半径弯曲成型（W+O)

      双半径弯曲成型，是以挤压辊半径为边缘弯曲半径，将带钢边缘弯曲到某一变形角度，并且在以后各个成型道次中保持不变，而带钢中间的弯曲变形则按圆周成型方式进行。

      该成型方式吸取了边缘弯曲成型和圆周弯曲成型的优点，具有变形均匀，成型稳定，边缘延伸小的好处，不足之处是对不同管径的成型辊的公用性差。

      五、不锈钢焊接钢管的规格尺寸

      由于不锈钢管是采用带钢或钢板加工生产的，不同规格尺寸的焊管采用不同的成型方式来加工，所以焊管的规格要比无缝管多得多。众多规格的不锈钢焊管可以满足不同行业的不同需求。因此，了解掌握焊管的规格尺寸，对正确的使用焊管无疑是非常重要的。

      1、机械结构用和流体输送用不锈钢焊管的规格尺寸

      机械结构用不锈钢焊管的外径和壁厚生产可执行《机械结构用不锈钢焊接管》（GB/T12770-2002);流体输送用不锈钢焊管的外径和壁厚生产可执行《流体输送用不锈钢焊接钢管》（GB/T 12771-2008)。

      2、化工行业用不锈钢焊管的规格尺寸

      管壳式换热器用不锈钢焊管外径和壁厚执行（管壳式换热器用奥氏体不锈钢焊接管技术要求》（HG 20537.2-92);化工装置用不锈钢焊管外径和壁厚执行《化工装置用奥氏体不锈钢焊接钢管技术要求》（HG 20537.3-92);化工装置用不锈钢大口径焊管外径和壁厚执行《化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求》（HG 20537.4-92)。