E347L不锈钢焊带设计生产及其埋弧堆焊层性能

    为了替代进口EQ347不锈钢堆焊用钢带，试制生产了带极堆焊用E347L不锈钢焊带。介绍了其设计思路及生产技术要点，分析了焊接工艺参数和合金元素对堆焊层成形和性能的影响。生产中采用AOD炉外精炼，热锻及热轧温度低于1250℃，冷轧后产品规格0.5ｍｍ×50ｍｍ，尺寸偏差可控制在±0.01ｍｍ。进行了埋弧带极堆焊试验及检测，检测内容包括堆焊层的化学成分、力学性能和耐蚀性能等。结果表明，生产的E347L焊带堆焊层化学成分完全满足相关标准的要求，180°弯曲无裂纹，FN值在5～7之间，E347L不锈钢堆焊层的硬度测试结果在204～210ＨＶ之间，晶间腐蚀后弯曲无裂纹产生。该不锈钢焊带已替代进口焊材并用于化工工业中的加氢反应器中。

   带极堆焊是一种重要的表面改性方法，具有高熔敷效率和低稀释率的特点。金属材料在服役过程中，表面经常与腐蚀介质接触或经受磨损。在表面堆焊耐蚀层或耐磨层是一种有效提高表面性能的方法，可以在平面或曲面上进行。带极堆焊包括埋弧带极堆焊和带极电渣堆焊两种。埋弧带极堆焊是采用直流反接，在工件和焊带之间的焊剂层下形成电弧，熔池上的焊剂可以保护焊接熔池，具有良好的焊缝成形及综合性能。电渣堆焊是利用导电熔渣的电阻热熔化堆焊材料，电渣槽中产生的热量熔化伸进电渣槽内的焊带和基体金属形成堆焊层。我国于20世纪80年代开始引进带极堆焊技术，90年代开始进行焊带的国产化研究。目前带极堆焊广泛应用于石油化工、能源工业领域压力容器，反应器，塔器，换热器等设备中。文中所述试验研究中均采用的是埋弧带极堆焊。

  EQ347不锈钢具有优良的力学性能及耐蚀性，非常容易满足许多容器壁对硬度、耐磨性及耐蚀性的要求，因此，在铬钼型低合金钢基体表面堆焊EQ309L不锈钢过渡层后再堆焊EQ347L不锈钢可以提高表面的力学性能和耐蚀性能。当前我国的高端焊材基本上依赖进口，山西太钢公司为了满足国内市场需求，利用自身的技术和设备优势，设计并生产了E347L不锈钢带极堆焊用钢带，产品规格为0.5ｍｍ×50ｍｍ，质量达到了进口材料的水平，可用于化工工业中的加氢反应器、重整反应器、精制反应器及其他化工设备中。

一、E347L不锈钢焊带成分设计及生产工艺要点

    EQ347不锈钢是铬镍奥氏体不锈钢，具有很高的力学性能及优良的耐蚀性能、焊接性能，相当于国标牌号06Cr18Ni11Nb不锈钢。美国焊接学会（AWS）IICA标准对其化学成分和力学性能及WRCFN值（铁素体数）要求示于表中。根据用户供货技术要求并结合国外标准，确定焊带的化学成分范围如表，在进行生产时成分控制范围比标准要求更严格，并结合热处理工艺将铁素体质量分数控制在5％～12％以内。实芯焊带由钢锭经过热锻、热轧、酸洗、打磨、固溶、冷轧、平整、光亮退火、分条等多道工序最终成型，E347L不锈钢焊带的冶炼及轧制生产技术工艺要点总结如下：

    1. 严格控制冶炼环节化学成分，从炉料结构到铸成符合要求的钢锭，不仅严格按产品标准控制成分范围，而且尽可能达到生产控制目标要求，如表所示。

    2. 在AOD炉二次精炼过程中，正确地控制各个冶炼阶段的氧气／氩气比，以达到以下目标：

      a. 脱碳速度高，很容易将碳含量降至很低的水平；

      b. 能够大量使用高碳铬铁等低廉的合金料，而且由于钢中铬的氧化比较少，铬回收率比电炉钢高，有利于降低冶炼成本；

      c. 钢水搅拌力强，有利于脱硫和脱氧，特别是在采用高碱度的炉渣，并强力搅拌的情况下，脱硫效率极高，可以生产含硫很低的不锈钢。

     3. 奥氏体不锈钢在高温下的变形抗力大，若加热不当，就不能保证轧制塑性，而且在高温下会出现α相，在1100～1250℃的温度范围内α相的含量较低，当温度超过1250℃时，α相急剧增加。因此，锻造和热轧的加热温度必须控制为≤1250℃，详见热锻温度表及热轧加热温度表。通过控制热锻及热轧温度，有效地防止了钢带边部发生开裂现象，保证了钢带的质量。

   4. 超低碳奥氏体不锈钢变形抗力大，为了实现高效率、高精度的轧制一般应采用刚性大的多辊冷轧机，如国产六辊轧机或德国森吉米尔二十辊冷轧机。我公司采用的是森吉米尔廿辊轧机，厚度尺寸偏差可控制在±0.01ｍｍ。

   5. 为了获得美观光亮的表面，采用连续光亮退火炉，将液氨在触煤的作用下，加热分解为（75％H2＋25％N2）混合气体作为该光亮退火炉的保护气氛。

   6. 为了去掉热轧在表面形成的氧化层，必须进行酸洗，对超低碳奥氏体锈钢采用的酸洗采用（8％HF＋15％HNO3）混合溶液，温度控制在40～60℃。