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1.前言
進(jìn)入21世紀(jì)，自2001年開始，我國(guó)是上不銹鋼消耗國(guó)，生產(chǎn)量也逐漸上升，2005年成為不銹鋼生產(chǎn)大國(guó)，太原鋼鐵公司是大不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)量超過3000000t。由于鎳價(jià)飛漲，省鎳、強(qiáng)度又高，耐海水腐蝕性能又好的雙相不銹鋼便得到推廣使用，在初級(jí)的、主流的和超級(jí)的三類雙相鋼中，約占使用總量80%的鋼號(hào)是2205,本文將以2005為典型鋼號(hào)，介紹建造時(shí)所需要的船體冷、熱壓力加工成型參數(shù)，焊接方法及其工藝參數(shù)的選擇。順便也回答2004年第九屆本會(huì)議上有代表提出的雙相不銹鋼使用的高溫度問題。
上用不銹鋼建造游艇中，大的一艘如圖1所示，瑪內(nèi)貝拉V （MirabellaV）號(hào)游艇是上大的單桅不銹鋼游艇，它桅高91.4m艇長(zhǎng)74.7m比大家熟知的哥德堡號(hào)（58.5m）長(zhǎng)16.2m。圖1所示為該艇建造好后準(zhǔn)備下水進(jìn)行后的碼頭舾裝，正從不銹鋼船體車間移出。
建造不銹鋼游艇的工廠都有專用的氬弧焊車間。有的不銹鋼船體車間兼作鋁船體，例如廣州黃埔船廠、周家渡船廠：有的將氬弧焊車間至于船體車間的一跨或一端，這就需要將車間進(jìn)行防塵隔斷，重新裝修，例如新船廠。
2.雙相不銹鋼的特點(diǎn)
以前，人們將“鉻13”和“鉻18鎳8”兩個(gè)系列的不銹鋼用于制造結(jié)構(gòu)零件，前者（鐵素體的）在海水中耐腐蝕性能不好，后者（奧氏體的）屈服強(qiáng)度性能不夠高。于是發(fā)展了既高強(qiáng)又能在海水中耐腐蝕的雙相（鐵素體＋奧氏體）鋼（見圖2[6]）。
注：鎳當(dāng)量QNi =Ni%+30?C%+0.5Mn%
雙相不銹鋼在海水中耐蝕性不低于18-8系列，而屈服強(qiáng)度為它的2倍。鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼，其中鐵素體占50%左右（金相組織結(jié)構(gòu)見圖3）。該圖給出單相的Cr13和18-8兩種鋼系的各一個(gè)金相組織圖作為對(duì)比。
雙相鋼是一個(gè)系列，有很多鋼號(hào)，每個(gè)鋼號(hào)有很多品種。在結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的品種有4大類：鋼板、管件、鍛件和鑄件。
雙相不銹鋼除了強(qiáng)度高之外，耐點(diǎn)蝕、抗晶間腐蝕、尤其是在氯離子環(huán)境下耐應(yīng)力腐蝕，再加上其膨脹系數(shù)與碳素鋼相似，與碳素鋼構(gòu)成焊接構(gòu)件時(shí)內(nèi)應(yīng)力小，且焊接材料在國(guó)內(nèi)外均有供應(yīng)，鑄件焊補(bǔ)也有成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以推廣應(yīng)用具備條件。
圖3單相和雙相不銹鋼軋件和鑄件金相組織結(jié)構(gòu)比較圖[5][6]
雙相不銹鋼，因?yàn)樗雀邚?qiáng)又耐腐蝕，合金元素含鉻多(比Crl3)含鎳少（和18-8比），價(jià)格不會(huì)太貴（見下表）。游艇要求結(jié)構(gòu)零件重量比較輕，在海水腐蝕和海洋大氣腐蝕場(chǎng)合的，當(dāng)然可以用雙相不銹鋼，所以雙相不銹鋼應(yīng)該在游艇建造中得到應(yīng)用。
注：1) LR, DNV，BV, CCS分別為英、挪、法，中四國(guó)的船級(jí)社的稱號(hào)。
2）點(diǎn)蝕系數(shù)即：耐點(diǎn)腐蝕當(dāng)量PRE值=Cr%+3.3Mo%+16N2%。此值越大越耐點(diǎn)腐蝕。
3)成本系數(shù)是以O(shè)Cr18Ni9Ti作為1.0以國(guó)際一般原料價(jià)格計(jì)算的。
表1所示為新推薦資料，分別從初級(jí)的、大宗采用的和超級(jí)的三類雙相鋼中各選一種，初級(jí) 的雙相鋼點(diǎn)蝕系數(shù)較低。因而在海水環(huán)境不選用，四國(guó)（LR、DNV、BV、CCS）船規(guī)均認(rèn)可的2205 鋼號(hào)適合于建造船體，實(shí)際上這是目前使用多的雙相不銹鋼，除上鋼5廠和太原鋼鐵公司之外，
近寶山鋼鐵總廠也宣布試制了該鋼號(hào)的鋼板，第三項(xiàng)為超級(jí)雙相不銹鋼的一種，抗點(diǎn)蝕性尤佳，成本系數(shù)（與OCr18Ni 9Ti相比）也高。表2是三種雙相鋼的成分。
在上次（2004年）會(huì)議是討論雙相鋼建造游艇和軍艦的時(shí)候。聽眾提出在艇上受熱構(gòu)件和壓力容器的允許使用溫度問題，在推薦的三種鋼中，有美國(guó)的德國(guó)的壓力容器規(guī)范規(guī)定的使用溫度，這個(gè)表的制定是以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的，現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)曲線集中繪在圖4中，圖中并給出了316L不銹鋼在使用溫度的屈服點(diǎn)以便與三類雙相不銹鋼對(duì)比，由圖中可以看出3類雙相不銹鋼的高溫使用下的屈服點(diǎn)均優(yōu)于316L。
3.雙相不銹鋼造船體的工藝參數(shù)
3.1熱彎溫度范圍
現(xiàn)在,由于冷壓成型的發(fā)展,船體零件的熱彎曲成型是愈來愈少了,只有在冷加工不易達(dá)到的場(chǎng)合才應(yīng)用熱加工,例如尾軸包板和雙曲線馬鞍形等一些局部的地方。
熱彎成型的溫度是用三種方法相輔而成地厘定的，1是用金屬學(xué)方法測(cè)得的各種相變點(diǎn)；2是高溫下的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)定，通常作各種溫度下的拉伸試驗(yàn)；3是一種專門的變形開裂實(shí)驗(yàn)―楔形軋制試驗(yàn)，以決定該溫度下的大變形量，即側(cè)面開裂時(shí)的壓下量。
楔形軋制實(shí)驗(yàn)是將矩形截面的試樣加熱到試驗(yàn)溫度下，在變高孔型軋輥內(nèi)，盡快地（通常是零點(diǎn)幾秒）通過，軋出楔形試樣，然后測(cè)出楔形試樣側(cè)面開裂處的變形量，便得出該溫度下（“++0”應(yīng)力狀態(tài)）的極限變形量。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是M.N.朱葉夫于1954年公布的,我國(guó)建成于1957年,該試驗(yàn)軋機(jī)現(xiàn)位于洛陽(yáng)船舶材料研究所。
圖4可對(duì)一個(gè)矩形試樣給以連續(xù)變壓下量的偏心軋輥用這三種手段后綜合得出的雙相不銹鋼加工溫度如下表
雙相不銹鋼熱成型性能優(yōu)異，塑性較傳統(tǒng)304、316等不銹鋼為優(yōu)，變形抗力較低，在上述范圍內(nèi)加工沒有問題。若成型溫度過低，變形會(huì)積聚在較弱而且塑性較低的鐵素體，造成變形區(qū)內(nèi)鐵素體開裂。若成型溫度過高，則鐵素體變得非常軟且可能發(fā)生熱撕裂，表內(nèi)給出的溫度范圍內(nèi)鐵素體和奧氏體都有良好的熱塑性。
3.2冷壓加工工藝參數(shù)
從實(shí)驗(yàn)得知，由于常溫下強(qiáng)度較高，因此雙相鋼的成型抗力是304.316等鋼的1.5倍，冷壓設(shè)備相應(yīng)加大，由于抗力大加工后的回彈也大，用圖5表示2mm厚的雙相鋼的回彈角度。
3.3焊接方法及其工藝參數(shù)
雙相不銹鋼的焊接與奧氏體不銹鋼的區(qū)別在于雙相不銹鋼由于有一半的鐵索體存在，因而有非常好的抗熱裂性，可以消除奧氏體不銹鋼經(jīng)常遇到的熱裂，焊接雙相不銹鋼的重點(diǎn)是使其在“紅熱”溫度范圍內(nèi)的總停留時(shí)間短。人們希望軋成的鋼板在冷卻時(shí)通過980-705oC這一區(qū)段內(nèi)的時(shí)間不要大于1分鐘，以防止有害的σ相析出，焊接后冷卻的要求也是這樣。但是研 究雙相鋼的人都知道，要完全消除σ析出是困難的，因此焊后檢查，有點(diǎn)σ相析出也是允許的，
只要不是很嚴(yán)重，防腐蝕性能便可符合要求。
避免預(yù)熱，若是為了去濕氣，可預(yù)熱至100οC 以下。對(duì)于厚板若發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)由于急冷而形成過多的鐵素體時(shí)，可以采用預(yù)熱，這種情況較少出現(xiàn)。
雙相不銹鋼不應(yīng)進(jìn)行焊后消除應(yīng)力處理，因?yàn)檫@是有害的，它可使雙相不銹鋼析出金屬間的σ或a’（475οC）脆性相，降低韌性和耐蝕性。
雙相不銹鋼焊后的組織會(huì)使鐵素體由原來的40～50%向25%方向變化，只要不低于25%應(yīng)該允許，因?yàn)檫@會(huì)補(bǔ)償韌性，有利于使焊接接頭的韌性不致降低很多。可不介意它的鐵素體己低于母材的交貨值。
雙相不銹鋼板的對(duì)焊，可采用惰性氣體保護(hù)鎢極電弧焊(GTAW即TIG)、氣體保護(hù)熔化極電弧焊（GMAW即MIG）、手工電弧焊（SMAW）和埋弧焊(SAW) 4種方法。接頭坡口可采用V型、X型（雙V型）、U型、雙U型和無坡口5種方法。焊接方法和坡口組合可有17種情況，
每種情況的間隙d,鈍邊厚度k和坡口角度a視板厚而有不同的范圍：在具體造船時(shí)可以選用，
正確的選用坡口可以避免在上述σ相析出溫度區(qū)域的時(shí)間過長(zhǎng)。
工藝上還有幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：建議不要使用銅墊板，以避免銅污染敏感；在焊接區(qū)內(nèi)引弧，避免急冷焊點(diǎn)造成局部鐵素體過高：全部采用氣體保護(hù)下定位焊，以避免定位焊處引致的開裂；焊道之間應(yīng)冷到150οC以下。下面就上述4種方法提出具體工藝參數(shù)：
TIG:一般使用φ1.6，2.4和3.2 mm的焊絲；焊棒應(yīng)盡可能保持或接近垂直，以使在保護(hù)氣體外吸入空氣量少；輸入熱量控制在0.5～2.5kJ/mm范圍內(nèi)較好。
MIG：
填充金屬，現(xiàn)在我國(guó)供應(yīng)焊絲和焊接材料的工廠，多數(shù)可以按照中、外各國(guó)的驗(yàn)收技術(shù)條件供應(yīng)，故將國(guó)際通用的牌號(hào)舉例如下表6
4。結(jié)語(yǔ)：用雙相不銹鋼造船體零件建造游艇和軍艦，在我國(guó)已開始使用。用于建造大型游艇，在國(guó)內(nèi)尚未開始。因?yàn)檫@種游艇較貴，通常屬于大財(cái)團(tuán)，這需待游艇發(fā)展到一定程度。但我國(guó)造船業(yè)80％是建造出口的國(guó)外訂貨，造船業(yè)中較成熟的工廠對(duì)用雙相不銹鋼造船體和游艇的其他部分的技術(shù)和工藝應(yīng)該及時(shí)給予重視，增加技術(shù)儲(chǔ)備。
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作者簡(jiǎn)介: 陳國(guó)虞 男 研究員 廣東新會(huì)人 01934年生1956年畢業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院 壓力加工專業(yè) 從事船舶材料應(yīng)用研究凡50年。