田灣核電站座落在江蘇省連云港市，核電站的設(shè)備冷卻大量采用海水作為冷卻介質(zhì)。海水是自然環(huán)境中腐蝕較強(qiáng)的一種介質(zhì)，使用一般不銹鋼材料容易產(chǎn)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(chǎng)房PGE系統(tǒng)，UQA廠(chǎng)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(guān)于SAF2507（00Cr25Ni7Mo4N）
00Cr25Ni7Mo4N鋼是瑞典近年開(kāi)發(fā)的超級(jí)雙相不銹鋼，商業(yè)牌號(hào)為SAF2507，屬于第三代316L不銹鋼。主要用于苛刻的介質(zhì)，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(shè)計(jì)，使鋼具有很高的耐應(yīng)力腐蝕破裂、耐孔蝕和縫隙的性能。一些國(guó)家已納入標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)的UNSS32750，瑞典的SS2328等。
SAF2507鋼的典型化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）見(jiàn)表1，常溫力學(xué)性能見(jiàn)表2
表1
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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
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鋼種 |
鋼材品種 |
σb/MPa |
σ0.2/ MPa |
δ5/% |
HV |
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SAF2507 |
壁厚<20mm |
800-1000 |
≥550 |
≥25 |
290 |
孔蝕當(dāng)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(shí)應(yīng)遵循如下原則：
?。?）避免使用過(guò)高或過(guò)低的焊接線(xiàn)能量，過(guò)低的線(xiàn)能量會(huì)使奧氏體相析出大量減少，工藝和使用性能大幅度降低，過(guò)高的線(xiàn)能量會(huì)使焊縫接頭有害相的析出和晶粒粗大，導(dǎo)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(chǎng)施工情況，焊接方法選用TIG焊
表3
|
鋼種 |
線(xiàn)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(shí)（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(dǎo)致氮化物和二次奧氏體的析出，反應(yīng)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(guò)量增加，采用奧氏體占優(yōu)勢(shì)的
焊縫金屬是當(dāng)代雙相不銹鋼焊接的主要趨勢(shì)，其優(yōu)點(diǎn)有：細(xì)化晶粒，減少氮化物的析出，提高塑韌性和耐磨性，增強(qiáng)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(dāng)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(qiáng)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(chǔ)上再加入與母材相當(dāng)?shù)暮?。控制焊縫的奧氏體量為60%---70%，因而SAF2507鋼采用TIG焊時(shí)選用Sandvik25.10.4.L焊絲，其典型的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）見(jiàn)表4
表4
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鋼種 |
C |
Si |
Mn |
S max |
P max |
Cr |
Ni |
Mo |
N |
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Sandvik25.10.4.L |
0.02 |
0.3 |
0.4 |
0.02 |
0.020 |
25 |
10 |
4 |
0.25 |
國(guó)外的研究表明：超級(jí)雙相鋼TIG焊接用純Ar保護(hù)時(shí)表面焊道損失20%N2。在保護(hù)氣體中加氮，對(duì)避免氮的損失很有效，但太多的氮又會(huì)使焊縫金屬產(chǎn)生氣孔。SAF2507鋼TIG焊的保護(hù)氣體采用Ar+2%N2。
焊接工藝評(píng)定
根據(jù)圖紙的安裝總說(shuō)明要求：SAF2507鋼的焊接工藝評(píng)定主要采用美國(guó)ASME標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合俄羅斯相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
1、評(píng)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(jìn)行評(píng)定，編號(hào)分別為L(zhǎng)YG-JEPC3EC-WPS066、067、068。
焊接位置為水平固定，焊接方向?yàn)橄蛏虾浮?/span>
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(hào)：Sandvik25.10.4.L
焊接規(guī)范見(jiàn)表5、
表5
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評(píng)定編號(hào) |
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(hào)和尺寸Wce–20Ф2.5mm
焊槍保護(hù)氣體Ar+2%N2流量10-13L/min
背面保護(hù)氣體Ar+2%N2流量4-6L/min
層間溫度<150℃
2、無(wú)損檢測(cè)
?。?）焊縫外觀檢驗(yàn)：按ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評(píng)定》要求，全部合格。
（2）射線(xiàn)探傷：按ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評(píng)定》及V《無(wú)損檢測(cè)》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(píng)定》要求，
?。?）全部合格。
3、力學(xué)性能試驗(yàn)
力學(xué)性能試驗(yàn)的試樣的取樣、加工、試驗(yàn)接ASME要求進(jìn)行，結(jié)果見(jiàn)表6。
表6
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評(píng)定編號(hào) |
抗拉強(qiáng)度MPa |
彎曲試驗(yàn)
180°
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試驗(yàn)值 |
要求值 |
|
066 |
905．915 |
≥800 |
合格 |
|
067 |
885．930 |
≥800 |
合格 |
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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(píng)定》要求，全部合格。
5、耐腐蝕性能試驗(yàn)
?。?）孔蝕試驗(yàn)
此項(xiàng)試驗(yàn)委托南京化工大學(xué)中國(guó)石化總公司南京設(shè)備失效分析及預(yù)防研究中心完成。
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：
ANSI/ASTMG48-76《使用三氯化鐵溶液測(cè)定不銹鋼和相關(guān)合金的孔蝕和縫隙腐蝕抗力標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》。
試驗(yàn)方法：
a試驗(yàn)溶液：溶解100g試劑純的三氯化鐵FeCl3.6H2O于900ml蒸餾水中。
b每個(gè)試樣置于不同的盛有上述溶液中1000ml容器試驗(yàn)器皿內(nèi)，試樣
水平置于三個(gè)支撐點(diǎn)的玻璃支架上，試驗(yàn)器皿置于同一恒溫水浴槽內(nèi)。
c嚴(yán)格控制試驗(yàn)溫度為40±2℃。
檢驗(yàn)評(píng)定結(jié)果：合格
a試樣的重量損失見(jiàn)表7
表7
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試件號(hào) |
066-15-1 |
066-15-2 |
067-15-1 |
067-15-2 |
068-15-1 |
068-15-2 |
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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(yàn)，試樣表面未發(fā)現(xiàn)任何腐蝕孔。
?。?）晶間腐蝕試驗(yàn)
此項(xiàng)試驗(yàn)委托中國(guó)核工業(yè)第二三建設(shè)公司連云港田核項(xiàng)目部試驗(yàn)室完成。接TOCT6032-89（AM）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)晶間腐蝕傾向。結(jié)果符合ΠHAЭT-7-010-89《核動(dòng)力裝置的設(shè)備及管道焊接接頭和堆焊的檢驗(yàn)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(yīng)的經(jīng)歷：按ΠHAЭT-7-003-87《核動(dòng)力裝置的設(shè)備及管道焊工的考核》標(biāo)準(zhǔn)考試并通過(guò)不銹鋼水平固定項(xiàng)目。
焊工考試的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評(píng)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(yàn)要求：外觀檢驗(yàn)及射線(xiàn)檢驗(yàn)符合ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX《焊接及釬焊評(píng)定》及V《無(wú)損檢測(cè)》要求。
結(jié)論
SAF2507鋼采用TIG焊接時(shí)，選用Sandvik25.10.4.L焊絲保護(hù)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(guó)熱線(xiàn)：189-3430-4608
中國(guó)人保財(cái)險(xiǎn)承保
CABR建設(shè)工程產(chǎn)品認(rèn)證