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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)境中腐蝕最強(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超級(jí)雙相不銹鋼SAF2507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。

海水管道的工作條件

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(guān)于SAF2507(00Cr25Ni7Mo4N)

00Cr25Ni7Mo4N鋼是瑞典近年開發(fā)的超級(jí)雙相不銹鋼，商業(yè)牌號(hào)為SAF2507，屬于第三代雙相不銹鋼。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。一些國家已納入標(biāo)準(zhǔn)，如美國的UNSS32750，瑞典的SS2328等。

SAF2507鋼的典型化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))見表1 ，常溫力學(xué)性能見表2

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。

SAF 2507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：

(1) 避免使用過高或過低的焊接線能量，過低的線能量會(huì)使奧氏體相析出大量減少，工藝和使用性能大幅度降低，過高的線能量會(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)。

(2) 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

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量增加，采用奧氏體占優(yōu)勢的

焊縫金屬是當(dāng)代雙相不銹鋼焊接的主要趨勢，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俊？刂坪缚p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))見表4

國外的研究表明：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。SAF 2507鋼TIG焊的保護(hù)氣體采用Ar+2%N2。

焊接工藝評(píng)定

根據(jù)圖紙的安裝總說明要求：SAF2507鋼的焊接工藝評(píng)定主要采用美國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LYG-JEPC3EC-WPS 066、067、068。

焊接位置為水平固定，焊接方向?yàn)橄蛏虾浮?/p>

焊接坡口型式符合ANSI/ASME B16.25—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)范見表5

鎢極型號(hào)和尺寸 Wce –20 Ф2.5mm

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 無損檢測

(1) 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(píng)定》要求，

(1) 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)果見表6。

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)

(1) 孔蝕試驗(yàn)

此項(xiàng)試驗(yàn)委托南京化工大學(xué)中國石化總公司南京設(shè)備失效分析及預(yù)防研究中心完成。

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：

ANSI / ASTM G48-76《使用三氯化鐵溶液測定不銹鋼和相關(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 試樣的重量損失見表7

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。

(1) 晶間腐蝕試驗(yàn)

此項(xiàng)試驗(yàn)委托中國核工業(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SAF2507 Ф13.5×1.65、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《無損檢測》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。

編輯整理:網(wǎng)俠

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2019

總結(jié)

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