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核级奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀原因分析

作者 :刘晓峰1 杨阳2更新时间:2013-5-23

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(1中国核电有限公司  北京  100840  2海南昌江核电项目部  海南  昌江  572700 

    摘  要:笔者在对核级奥氏体不锈钢焊接接头性能分析过程中,发现晶间腐蚀试验不合格,且发生晶间腐蚀开裂的位置为母材,通过分析发现导致母材晶间腐蚀不合格的原因可能是由于不合理的元素成分(过高的Mn含量和过低的Ni含量)和不合理的热处理制度导致了母材在敏化后微观组织为奥氏体+δ铁素体+σ相,从而使得晶间敏化时贫Cr更严重,同时针对该种情况给出了相应的预防措施。

    关键词:不锈钢;焊缝;晶间腐蚀

中图分类号:TG4      文献标识码:A      doi:10.3969/j.issn.1665-2272.2013.04.072

0  引言

18-8型奥氏体不锈钢因其具有较高的强度、塑形和良好的耐腐蚀性能在核电站中广泛应用,其中包括某些设备的重要部件以及需承担耐高温、耐腐蚀等而恶劣环境的重要系统管道。重要部件及管道用奥氏体不锈钢在使用过程中需要复验,同时在焊接过程中还需要对焊接接头进行焊接工艺评定,其中就包括进行晶间腐蚀试验。由于晶间腐蚀对于奥氏体不锈钢的应用影响很大,且其发生过程不易觉察,所以奥氏体不锈钢晶间腐蚀现象受到了广泛关注。

本文针对某一核级奥氏体不锈钢钢管在焊接实施前焊接工艺评定不合格问题,进行了包括化学成分、力学性能、工艺性能、微观组织、耐腐蚀性能等方面的试验,分析了造成工艺评定不合格的原因主要为晶间腐蚀试验不合格,并对造成晶间腐蚀试验不合格的原因进行了分析,并提出了避免该种问题出现的相关措施,从而为核级奥氏体不锈钢在核电站中的广泛应用提供一定的理论基础。

1  焊接接头的制备与试验方法

1.1  焊接接头的制备

母材为Z2CN18.10,规格为Φ21.3mm×3.37mm,填充焊丝为ER316L,规格为Φ2.0,焊接工艺为惰性气体保护钨极电弧焊(TIG)。

对焊接接头进行无损检测,包括目视检测、渗透检测和射线检测,结果表明焊接接头的表面缺陷及内部缺陷在采购规定的要求范围之内。

1.2  试验方法及试验结果

为了检验焊接接头是否满足要求,从焊接接头上分别取样进行化学成分分析、横向拉伸、弯曲、微观组织、晶间腐蚀等试验项目,具体要求如下。

1.2.1  化学成分    

按照GB/T 20066-2001的规定从焊接接头上截取试样,试验方法按照GB/T 11170-2008的要求在M5000直读光谱仪进行。

化学成分分析结果如表1所示,从表1中可以看出测量值符合规范要求,同时杂质元素铜、硼、氮、磷、硫等含量较低,这可以保证焊接质量的可靠性;另外其中还含有微量的稳定化元素铌,元素铌的存在是为了形成碳化物,从而降低基体中的碳含量,从而对于提高材料的抗晶间腐蚀能力有益;另外根据Delong图计算得到δ铁素体含量约为6%,符合规范要求的铁素体含量在5~15%的要求。焊接接头中一定量铁素体的存在,是为了提高焊接接头在凝固过程中的强度,从而避免凝固收缩形成的张力将焊缝撕裂。

1.2.2  横向拉伸


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