奥氏体不锈钢焊缝中铁素体形成机理及作用.pdf

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1、奥氏体不锈钢焊缝中铁素体形成机理及作用胡万伦．(宜宾核燃料元件厂宜宾644000)摘要I8Cr．8Ni奥氏体不锈钢是核燃料元件制造的一类重要原材料，本文根据300MW和900MW上下管座焊缝中熔敷金属铁索体含量的差异，阐述了奥氏体不锈钢焊缝中铁素体作用和形成机理，母材成份、焊接工艺以及热处理工艺对铁素体含量的影响，证明了现有焊接和热处理工艺能满足300MW和900MW上下管座质量要求。关键词奥氏体不锈钢铁素体1．引言上下管座是燃料组件重要的结构件，它们由18Cr-8Ni奥氏体不锈钢板材组装、焊接、热处理和机加工而成，从巴基斯坦恰

2、希玛核电站首炉燃料组件(300MW)上下管座焊接设计技术条件开始对焊缝熔敷金属铁素体含量进行了严格要求，即5—12％Fe。2003年5月宜宾核燃料元件厂(以下简称YFP)按照国标GB1954．80《铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法》建立了300MW上下管座焊接接头熔敷金属铁素体测量方法(金相法和磁性法)，2003年12月测定了QS(8)上下管座焊接鉴定试样的熔敷金属铁素体含量，发现其含量较低，约1．0％Fe，不能满足设计技术条件要求。为了比较不同设计的管座焊接试样的熔敷金属铁素体含量，选择了AFA2G燃料组件(900MW)

3、上下管座焊接试样进行对比检验，测量结果为3-5．0％Fe左右(技术条件无要求)，两者存在较大差别，本文对管座焊缝铁素体作用、形成机理及影响因素三方面进行了探讨，说明了300MW上下管座焊缝熔敷金属铁素体含量要求不合理，设计应对该项指标进行修改。2．奥氏体不锈钢焊缝中铁素体作用和形成机理2．1奥氏体不锈钢焊缝中铁素体作用’根据奥氏体不锈钢焊接理论llJ：当焊缝组织中有3-8％8铁素体时，奥氏体和8铁素体的双相组织具有较高的抗热裂纹的能力，因为6铁素体对S、P、Si等元素有较高的溶解度，能有效地降低凝固时残液的杂质含量，最终提高抗裂

4、性能。另外，焊接材料中6铁素体为4-12％的焊接材料有利于增加焊缝的抗晶间腐蚀性能，因为6铁素体分衣在奥氏体晶粒的晶界，有阻隔晶界通道并延伸总通道长度的作用，对减少晶间腐蚀是有效的。管座用18Cr一8Ni奥氏体不锈钢的供货状态为固溶状态，其母材的铁素体含量实测值约为0．3％Fe左右，目前，300MW管座采用手工填丝焊，设计技术条件要求焊丝中铁素体含量为5-12％Fe，目的是提高焊缝熔敷金属铁素体含量，即提高焊缝的抗晶间腐蚀性能。2．2奥氏体不锈钢焊缝中铁素体形成机理铬镍奥氏体钢凝固时，根据不同的化学成分可能有三种结晶模式，即全奥

5、氏体模式、先奥氏体模式、先6铁素体模式。焊缝凝固结晶模式不同，凝固裂纹敏感性不同。先6铁素体模式的抗凝固裂纹的能力最强，而全奥氏体模式的抗裂能力最低【JJ。铬镍奥氏体焊缝的结晶模式主要取决于焊缝金属l的[Cr／Ni]。q，当[Cr／Ni]。q>(1．47-1．58)时为先6铁素体模式；当(1．47-1．58)>【Cr／Ni]cq>(1．14—1．24)时为先奥氏体模式；兰i[Cr／Ni]cq<(1．14-1．24)时为全奥氏体模式。铬镍当量按下式计算：Crcq=Cr+1．37Mo+1．5Si+2Nb+3TiNicq2Ni+0．3

6、1Mn+22C+14．2N+Cu’国内材料：随机抽l批国产300MW上下管座用奥氏体不锈钢进行[Cr／Ni]髑计算：C‰218．01+1．37x0+1．5x0．67+2x0+3×0．43220．30Ni明210．57+0．31×1．35+22x0．045+14．2x0+0．06=12．04【Cr／Ni]eq=20．30／12．04=1．60法国材料：随机抽1批法国产900MW上下管座用奥氏体不锈钢，C‰。18。74+1。37x0+1．5x0．304+2x0+3x0=19+22Nieq=9．57+o．31x1．36+22x0．02

7、2+14．2x0．035+0．071511．06【Cr／Ni]eq=19．22／i1．06=1．74由此可絮，300MW和900MW上下管痊焊接时都为毙S铁素体模式，焊缝审都存在一定数量的5铁素体，但其含蹩与焊接工艺和热处理工艺密切相关。3焊接和热处理工艺对铁素体含量的影响3．1烽揍工艺对铁素体含璧魏影响霸前，不同类型的管座袋用不同的焊接工艺，300MW管座采用手工焊接工艺，焊接层数为4层，热处理前铁素体测量结果为5．1％Fe(报告编号L03122992)。热处理后焊缝铁素体含量的测量结果约为1％Fe，详觅袁l；AFA2G管瘗采

8、懑叁动焊王艺，土管壅为单瑟不热丝爆缝，下管座为双层焊缝，底层未加魏，上层加丝，表2为AFA2G管座焊缝热处理后铁索体含量的测量结果。下管座热处理前内层为3．9％Fe，外层为5．1％Fe(报告编号L04091809)。焊三层下管座试样最外层铁索体含量的测量缩累为5