田灣核電站座落在江蘇省連云港市，核電站的設備冷卻大量采用海水作為冷卻介質。海水是自然環(huán)境中腐蝕較強的一種介質，使用一般不銹鋼材料容易產生孔蝕。核電站的海水管采用具有良好耐孔蝕性能的不銹鋼SUS316L材料，如何獲得良好抗海水腐蝕性能的焊接接頭顯得非常重要。
使用SAF2507管材的有UMA廠房PGE系統(tǒng)，UQA廠房PCB，PAA，PAC系統(tǒng)等。規(guī)格直徑Ф13.5-Ф609.6mm、壁厚1.65—6.35mm；工作壓力0.02—0.7Mpa；工作溫度范圍2--45℃。
關于SAF2507（00Cr25Ni7Mo4N）
00Cr25Ni7Mo4N鋼是瑞典近年開發(fā)的超級雙相不銹鋼，商業(yè)牌號為SAF2507，屬于第三代316L不銹鋼。主要用于苛刻的介質，尤其是含氯的環(huán)境，如海水等。鋼中的高鉻、高鉬和高氮的平衡成分設計，使鋼具有很高的耐應力腐蝕破裂、耐孔蝕和縫隙的性能。一些國家已納入標準，如美國的UNSS32750，瑞典的SS2328等。
SAF2507鋼的典型化學成分（質量分數(shù)）見表1，常溫力學性能見表2
表1
|
鋼種 |
C max |
Si max |
Mn max |
S max |
P max |
Cr |
Ni |
Mo |
N |
|
SAF2507 |
0.03 |
0.8 |
1.2 |
0.02 |
0.035 |
25 |
7 |
4 |
0.3 |
表2
|
鋼種 |
鋼材品種 |
σb/MPa |
σ0.2/ MPa |
δ5/% |
HV |
|
SAF2507 |
壁厚<20mm |
800-1000 |
≥550 |
≥25 |
290 |
孔蝕當量值PRE=Cr%+3.3×Mo%+16×N%=41
顯微組織：在鐵素體基體上奧氏體呈島狀分布，α/γ比約為50/50。
SAF2507鋼的焊接
1焊接方法
雙相不銹鋼因受其自身的冶金特性的制約，在選擇焊接方法時應遵循如下原則：
?。?）避免使用過高或過低的焊接線能量，過低的線能量會使奧氏體相析出大量減少，工藝和使用性能大幅度降低，過高的線能量會使焊縫接頭有害相的析出和晶粒粗大，導致耐腐蝕性和韌性的降低。表3是瑞典Sandvik推薦使用的焊接參數(shù)。
?。?）適宜使用多層焊：多道次，低熔率。
根據(jù)現(xiàn)場施工情況，焊接方法選用TIG焊
表3
|
鋼種 |
線能量/KJ mm |
層間溫度/ ℃ |
|
SAF2507 |
0.2 ---1.5 |
<150 |
2焊接材料
由于焊接熱循環(huán)的作用，雙相不銹鋼自熔焊時（或填充金屬成分和母材相同）焊縫金屬的鐵素體量急劇增加，導致氮化物和二次奧氏體的析出，反應在性能上是韌性和耐腐蝕性的下降。為抑制焊縫鐵素體的過量增加，采用奧氏體占優(yōu)勢的
焊縫金屬是當代雙相不銹鋼焊接的主要趨勢，其優(yōu)點有：細化晶粒，減少氮化物的析出，提高塑韌性和耐磨性，增強抗裂紋能力，減少多層焊是上下層組織的不均勻性等。一般均采取在焊接材料中提鎳或是加氮兩條途徑，而隆低Cr當量的辦法，由于使用性能大幅度下降是不可取的。
通常填充材料中鎳量比因母材要提高2%---4%。用含氮的填充材料比只提鎳的填充材料效果更好，兩種元素都可以增加奧氏體相的比例并使用穩(wěn)定，但加氮不僅能夠延緩金屬間相的析出，而且可以提高焊縫金屬的強度和耐孔蝕性能。
目前采用的耐填充材料一般都是在提高鎳的基礎上再加入與母材相當?shù)暮??？刂坪缚p的奧氏體量為60%---70%，因而SAF2507鋼采用TIG焊時選用Sandvik25.10.4.L焊絲，其典型的化學成分（質量分數(shù)）見表4
表4
|
鋼種 |
C |
Si |
Mn |
S max |
P max |
Cr |
Ni |
Mo |
N |
|
Sandvik25.10.4.L |
0.02 |
0.3 |
0.4 |
0.02 |
0.020 |
25 |
10 |
4 |
0.25 |
國外的研究表明：超級雙相鋼TIG焊接用純Ar保護時表面焊道損失20%N2。在保護氣體中加氮，對避免氮的損失很有效，但太多的氮又會使焊縫金屬產生氣孔。SAF2507鋼TIG焊的保護氣體采用Ar+2%N2。
焊接工藝評定
根據(jù)圖紙的安裝總說明要求：SAF2507鋼的焊接工藝評定主要采用美國ASME標準并結合俄羅斯相關的標準進行。
1、評定參數(shù)
根據(jù)海水管理管道規(guī)格使用情況，確定采用Ф13.5×1.65，Ф88.9×3.05,Ф
508×5.59等三種規(guī)格的管材分別進行評定，編號分別為LYG-JEPC3EC-WPS066、067、068。
焊接位置為水平固定，焊接方向為向上焊。
焊接坡口型式符合ANSI/ASMEB16.25—1992要求，V型坡口角度70-80°，鈍邊1.0mm，間隙2.0mm。
焊絲牌號：Sandvik25.10.4.L
焊接規(guī)范見表5、
表5
|
評定編號 |
母材規(guī)格 mm |
焊絲規(guī)格mm |
極 性 |
焊接層數(shù) |
電流 A |
電壓 V |
焊接速度mm/min |
|
066 |
Ф13.5×1.65 |
Ф1.6 |
正流正接 |
1 |
40-70 |
8-12 |
30-60 |
|
067 |
Ф88.9×3.05 |
Ф1.6 |
正流正接 |
2 |
40-90 |
9-14 |
40-90 |
|
068 |
Ф508×5.59 |
Ф2.4 |
正流正接 |
3 |
90-130 |
9-14 |
60-100 |
鎢極型號和尺寸Wce–20Ф2.5mm
焊槍保護氣體Ar+2%N2流量10-13L/min
背面保護氣體Ar+2%N2流量4-6L/min
層間溫度<150℃
2、無損檢測
?。?）焊縫外觀檢驗：按ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評定》要求，全部合格。
?。?）射線探傷：按ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評定》及V《無損檢測》要求，全部合格。
著色探傷：按ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評定》要求，
?。?）全部合格。
3、力學性能試驗
力學性能試驗的試樣的取樣、加工、試驗接ASME要求進行，結果見表6。
表6
|
評定編號 |
抗拉強度MPa |
彎曲試驗
180°
|
|
試驗值 |
要求值 |
|
066 |
905．915 |
≥800 |
合格 |
|
067 |
885．930 |
≥800 |
合格 |
|
068 |
860．865 |
≥800 |
合格 |
4、宏觀金相
按ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評定》要求，全部合格。
5、耐腐蝕性能試驗
?。?）孔蝕試驗
此項試驗委托南京化工大學中國石化總公司南京設備失效分析及預防研究中心完成。
試驗標準：
ANSI/ASTMG48-76《使用三氯化鐵溶液測定不銹鋼和相關合金的孔蝕和縫隙腐蝕抗力標準試驗方法》。
試驗方法：
a試驗溶液：溶解100g試劑純的三氯化鐵FeCl3.6H2O于900ml蒸餾水中。
b每個試樣置于不同的盛有上述溶液中1000ml容器試驗器皿內，試樣
水平置于三個支撐點的玻璃支架上，試驗器皿置于同一恒溫水浴槽內。
c嚴格控制試驗溫度為40±2℃。
檢驗評定結果：合格
a試樣的重量損失見表7
表7
|
試件號 |
066-15-1 |
066-15-2 |
067-15-1 |
067-15-2 |
068-15-1 |
068-15-2 |
|
腐蝕失重（g/㎡×hr） |
0.02485 |
0.03154 |
0.05666 |
0.05745 |
0.06376 |
0.06058 |
b目視用20×顯微鏡檢驗，試樣表面未發(fā)現(xiàn)任何腐蝕孔。
（1）晶間腐蝕試驗
此項試驗委托中國核工業(yè)第二三建設公司連云港田核項目部試驗室完成。接TOCT6032-89（AM）試驗標準進行試驗，無晶間腐蝕傾向。結果符合ΠHAЭT-7-010-89《核動力裝置的設備及管道焊接接頭和堆焊的檢驗規(guī)程》要求。
焊工考試
參加SAF2507鋼焊工考試的焊工要求具有相應的經歷：按ΠHAЭT-7-003-87《核動力裝置的設備及管道焊工的考核》標準考試并通過不銹鋼水平固定項目。
焊工考試的標準執(zhí)行ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評定》要求。
焊工考試管材為SAF2507Ф13.5×1.65、Ф60.33×2.27、Ф273.×4.19。焊接位置為水平固定，向上焊。
焊工考試試件的檢驗要求：外觀檢驗及射線檢驗符合ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評定》及V《無損檢測》要求。
結論
SAF2507鋼采用TIG焊接時，選用Sandvik25.10.4.L焊絲保護氣體采用Ar+2%N2，可以獲得具有良好的抗海水腐蝕性能的焊接接頭。
全國熱線：189-3430-4608
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