奥氏体不锈钢000Cr25Ni20焊接工艺研究

介绍了在国产核燃料后处理关键设备上使用的高纯级奥氏体不锈钢000Cr25Ni20钢的力学性能、化学成分和耐腐蚀情况。通过对该钢的焊接方法、坡口形式、焊前准备、焊接工艺参数的研究，为高纯奥氏体不锈钢000Cr25Ni20的焊接奠定了基础，并成功应用到设备的制造中。

000Cr25Ni20钢是我国自主研制的高温稀硝酸用高纯级奥氏体不锈钢。是在超低碳奥氏体不锈钢00Cr25Ni20的基础上，通过降低Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ｍｎ含量，来提高其抗非敏化态晶间腐蚀的能力，基本上消除了敏化态晶间腐蚀倾向，从而对焊接和热处理操作过程的不良影响均不敏感。高纯奥氏体不锈钢000Cr25Ni20自上世纪末期开发以来，主要使用在国产核燃料的后处理关键设备上。

1.000Cr25Ni20钢性能特点

000Cr25Ni20钢属于奥氏体不诱钢中的高铬镍不锈钢，该钢在加热和冷却的过程中一般不发生组织转变，在室温下是纯奥氏体组织。在国产核燃料的后处理设备的工作环境下具有良好的耐蚀性。但是高纯奥氏体不镑钢与普通不锈钢相比焊接时极易发生结晶裂纹、脆化、晶间腐蚀等缺陷。但是，采用合适的焊接方法，选用正确的焊接材料，严格控制焊接热输人，母材稀释率和层间温度等焊接工艺措施，是可以获得综合性能良好的焊接接头质量。

000Cr25Ni20钢化学成分见表１，力学性能见表２，钢腐蚀性能见表３。

2.000Cr25Ni20钢焊接工艺评定

焊接工艺评定的目的是：验证所拟定的焊接工艺是否正确，评价施工单位能否焊接出符合有关要求的焊接质量试件。因此按照NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》和产品技术条件的要求，确定进行平位置对接评定，试板尺寸500mm×150mm×6mm，共2块。

2.1焊接方法及焊机选择

考虑到钨极氩弧焊，氩气保护效果好、合金元素过渡系数高、热影响区窄、易于观察熔池、焊接过程简单等优点，000Cr25Ni20钢焊接采用钨极氩弧焊。焊机采用WSM-400型交直流两用氩弧焊机，该焊机引弧、稳弧性能良好。同时具有高频引弧和电流衰减装置，能可靠地实现提前通气和焊后延时断气功能。

2.2焊接材料确定

高纯奥氏体不锈钢000Cr25Ni20显著提高了在核燃料后处理介质条件下的耐蚀性。但是，焊接时具有强烈的热裂纹倾向，通常焊接时要采用高锰低硅、低硫、低磷的焊丝2。H000Cr25Ni22Mn4Mo2N是针对高纯奥氏体不锈钢000Cr25Ni20专门研制的焊丝四，焊丝化学成分见表4。，为高纯奥氏体不锈钢000Cr25Ni20的焊接奠定了基础，

2.3坡口形式

高纯奥氏体不锈钢000Cr25Ni20由于Cr、Ni含量高，熔焊时有低熔透性的特点，为了保证接头耐蚀性能还不宜采用大的热输入来增加熔透性，所以一般焊接采用大坡口角度和小钝边，评定试板坡口见图1。坡口采用机械加工，要求坡口平整，表面不得有裂纹、夹杂、分层等缺陷。

2.4焊前清理

坡口及其两边至少各50mm范围内的内、外表面，应用洁净的挥发性溶剂，如丙酮或无水酒精清洗，除去油脂、粉尘、氧化物等。然后用不锈钢丝刷清理坡口及距坡口边缘至少各25mm范围内的区域。

2.5焊接

钨极氩弧焊焊机应尽量采用大喷嘴（D>14mm）焊机，并在气流通道中加设多层不锈钢丝网，以限制保护气体横向运动，有利于形成层流，保证焊机喷嘴的氩气保护效果。为保证根部焊道的焊透性，在整个焊接过程中，背面采用99.99%的高纯氩气进行保护。氩气流量12~15L/min。焊接过程中焊接热输入控制在1.5kJ/mm，最高层间温度限制在100℃以下，在熔敷下一焊道之前，对弧坑处用铝基砂轮进行仔细打磨，防止弧坑裂纹影响焊缝质量。平板对接的焊接工艺参数详见表5。

2.6性能试验

试板焊制完后按NB/T47013-2011标准，经100%PT和100%RT检测合格。接头拉伸性能测试方法按照GB/T2651-2008进行，两个试样拉伸结果都高于母材复验值495MPa。面、背弯曲测试方法参照GB/T2653-2008进行，试样经180°弯曲后均无裂纹。硬度检测方法参照GB/T2654-2008，对母材、焊缝和热影响区的硬度进行了测定。力学性能结果见表6。采用光谱分析仪对化学成分进行了测定，结果见表7，腐蚀试验按照GB/T4334-2008方法C进行，结果见表8。微观镜检，无未熔合、未焊透、夹杂、气孔与显微裂纹，焊缝与热影响区无硬脆相析出，见图2。

3试验结果分析

拉伸试验结果表明，采用文中所拟定的焊接工艺获得的焊接接头抗拉强度均大于525MPa，高于母材抗拉强度要求的不小于450MPa，说明采用钨极氩弧焊，焊接高纯奥氏体不锈钢000Cr25Ni20，获得的接头强度能够满足使用要求。

弯曲试验结果表明，根据文中所拟定的焊接工艺获得的焊接接头塑性良好，说明焊缝经过高纯氩气保护，在焊接区域没有形成大量的有害相组织。

硬度试验结果表明，焊缝的平均硬度值162.2HV5，虽然高于母材155.33HV5和热影响区157.6HV5，但是相差不到7HV5，说明焊缝和热影响区的析出相与母材相比较并不大。化学成分和腐蚀试验结果表明，采用含有Mn、Mo、N的高纯奥氏体不锈钢焊丝能够保证焊缝的抗裂性和耐蚀性能。

4结论

采用本文拟定的焊接工艺方法和焊接材料，焊接高纯奥氏体不锈钢000Cr25Ni20可以获得满意的接头质量。

采用000Cr25Ni20制造的设备已安全运行多年，用户至今未反应有异常情况出现。