第 57 卷第 6 期2020 年 12 月化 工 设 备 与 管 道PROCESS EQUIPMENT & PIPING
V ol. 57 No. 6Dec. 2020
超级双相钢S 32750封头的热成形及固溶处理
袁世东，刘玉祥
（森松（江苏）重工有限公司上海分公司，上海 201323）
摘 要：采用热成形的方式进行超级双相不锈钢S32750封头的压制后，进行固溶处理消除热成形对材料性能的影响，对母材随炉热过程试板进行力学性能的试验，结果证明S32750在严格控制成形工艺和固溶处理的情况下可以采用热成形的方式进行封头的压制，大幅提高封头制造效率及节约成本，可以在超级双相钢的压力容器上推广使用。
关键词：超级双相不锈钢；热成形；固溶处理；性能检测
中图分类号：TQ 050.4；TH 142 文献标识码：A 文章编号：1009-3281（2020）06-0019-003
收稿日期：2020-01-02
作者简介： 袁世东（1980—），男，高级工程师，硕士。主要从
黄色实线事压力容器焊接热处理工艺及技术管理工作。
双相不锈钢从20世纪40年代诞生以来，已经发展到第三代，其中超级双相不锈钢（Super Duplex Stainless Steel ，简称SDSS ）由于具有较高的Cr ，Mo 及N 含量，Cr 含量约为25%，Mo 含量在3%~5%，N 含量在0.22%~0.3%，其PREN 值在40~45，同时固溶组织中奥氏体与铁素体比例各约占50%，因此具有高强度（其屈服强度一般为奥氏体不锈钢的两倍）、良好的耐氯离子点腐蚀、耐应力腐蚀及优异的焊接性能等突出优点，在石油化工、制盐、海水淡化、造船等领域得到广泛的应用 [1]。
目前超级双相不锈钢由于较高的屈服强度，较低的延伸率，在压力容器上所用厚度均较薄，封头通常
采用冷成形的方式制造或瓜瓣成形，主要原因是超级双相钢对温度比较敏感，热成形对温度的控制达不到要求导致性能下降或者压制后开裂。本文根据国
际上通用的超级双相不锈钢技术标准要求，制定了S32750超级双相钢的封头的热成形工艺及固溶处理工艺，对项目在制的封头进行了热成形和固溶处理，对随炉热过程试板进行了相应的性能检测，验证了超级双相钢在合理的工艺控制下，可以进行热成形和固溶处理，保证封头具有良好的力学性能，避免了有害金属中间相的析出，不仅具有重要的现实意义，而且具有重要的学术价值。
1 封头材料及成型工艺
1.1 封头材料
超级双相不锈钢S32750其主要成分见表1，其主要力学性能见表2，封头为I.D =1 500 mm ，厚度为50 mm 的椭圆形封头，封头采用整板无拼接焊缝，其尺寸见图1
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1.2 成形过程
将超级双相钢S32750 按照相应的下料尺寸采用等离子切割，切割边缘打磨圆滑，表面抛光成放射状，
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· 20 ·化 工 设 备 与 管 道表面如有划伤均需事先抛光处理。
由于材料屈服强度很高，成形难于常规的不锈钢，同时考虑到延伸率又较低，故采用分两次成形的方式进行。
每炉两件封头片，进炉加热前表面打磨光滑，去除边缘的毛刺及缺口，每个封头片分两次压制。第一次压制时，两件封头片上各放一根热电偶，随炉带两块试板上各放1根热电偶；两件封头片垫平叠放。采用高温装炉的方式，将热处理炉加热到1 000 ℃时再将封头片及母材随炉试板装炉，保温温度1 100 ℃，保温时间1 h 左右，出炉压制，压制前模具预热至150~200 ℃，终压温度控制在850 ℃以上；压制后，对封头及母材随炉试板喷淋，快速冷却。第二次压制同第一次工艺。
封头冷却至室温后采用全尺寸样板检测封头尺寸，封头直径及边缘测厚，同时进行表面渗透检测，尤其是小R 处进行检测等后续工作。1.3 固溶处理
对于超级双相钢而言，相比例的控制直接关系到材料最终的使用性能，在正常热处理温度范围内，温度高低影响铁素体和奥氏体的两相比例 [2-4]，依据标准和相关文献选择1 100 ℃作为固溶处理温度。固溶处理的冷却速度影响σ相的析出量，要消除σ相的析出，材料从出炉到入水时间应控制在1 min 内 [5]。1.4 母材随炉试板性能检测
对超级双相不锈钢的性能检测，工程上通常在ASME II 卷A 篇SA240标准的要求以外，额外根据ASTM A923标准《检测锻造双相奥氏体/铁素体不锈钢中有害金属中间相的标准试验方法》的要求，进行检测是否有有害金属中间相的析出，其中B 法和C 法都可以容易地检测到有害金属中间相的存在。
本文对合格封头的母材随炉试板进行了力学性能检测，同时为确认热成形和固溶处理是否符合要求，根据ASTM A923—2014版 Method B 进行了-40 ℃
怎样绑鱼线的低温冲击韧性检测，以及铁素体含量检测，结果见表3。
图1 封头尺寸
Fig.1 The size of head
从表3试验结果可知，经过热成形和固溶处理的母材金属比原始状态的母材金属力学性能变化不大，满足相应的技术要求。母材金属的冲击韧性可以满足ASTM A923 Method B 标准的冲击韧性值最低为54 J 的要求。铁素体含量也比较合适，满足40%~60%的要求。
1.5 热成形和固溶处理的主要问题
超级双相不锈钢S32750热成形和固溶处理的主要问题在于温度的控制，在温度十分高的情况下，母材和焊缝金属都是100%的铁素体，随着温度的下降，奥氏体逐渐从铁素体中析出，最终形成双相钢的微观组织，在温度下降到600 ~ 1 000 ℃温度范围内，会有σ相、χ相转变，碳、氮化物及其他各种金属间相析出 [6]，这些σ相、χ相形成和碳、氮化物的析出，导致金属的塑性、韧性和耐腐蚀性能大幅降低 [7]，所以一定要避免在600 ~ 1 000 ℃温度区停留时间过长，要快速通过这个温度区间，从图2可以看出当冷却速度较慢时，就会有σ相析出 [8]。
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当温度控制不恰当时，在600~1 000 ℃区间长时间停留，析出相会大量生成，造成性能的严重下降，发生材料开裂或脆断的情况，对脆断后的母材进行金相检查如图3，可以发现其中有大量的析出相，导致材料塑性韧性严重下降，在水冷却时造成材料脆性开裂。
2 结束语
尽管超级双相不锈钢S32750通常采用冷加工的方式进行，但对于一些直径较小同时壁厚又偏厚的封头，热成形仍是无法回避的问题，而热成型随后要进
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袁世东，等. 超级双相钢S32750封头的热成形及固溶处理程中，灵活掌握各种发生的意外处置情况，通过在我司的生产技术积累有以下体会：
（1）超级双相不锈钢S32750通过制定合理的热成形和固溶处理的工艺可以进行封头或其他部件的制
造，其性能可以满足相应的标准和技术要求；
（2）在热成形及固溶处理的过程中应严格控制温度参数以及冷却速度，限制在600~1 000℃温度范围内的时间，否则会增加超级双相不锈钢形成金属间相的危险，降低材料性能。
参考资料
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图2 双相不锈钢等温析出曲线
Fig.2 The isothermal precipitation curve of duplex stainless
steel
行的固溶处理也是不可或缺的。这就要求工艺制定者对材料的性能和温度曲线要相当熟悉，
在工艺实施过
图3 微观金相组织
Fig.3 Microstructure of duplex-stainless steel
Hot Forming and Solution Treatment for Head Made of Super Duplex Steel
S 32750
Yuan Shidong, Liu Yuxiang
（Morimatsu(Jiangsu) Heavy Industry Co., Ltd, Shanghai Branch, Shanghai 201323, China ）
Abstract: After super duplex steel S32750 made head had been hot formed, it was then treated with solution retreatment so as to eliminate the adver effects of hot forming to material performance. From the test for the mechanical performance of the specimen which was heat treated with the plain material, it was shown that with strictly controlled process of forming and solution treatment, super
duplex steel can be hot formed. In this way, fabrication efficiency can be greatly enhanced and the cost be reduced. Thus this process may be extensively ud in manufacture of pressure vesl.
Keywords: super-duplex stainless steel; hot forming; solution treatment; property test
