304和316不锈钢价格表_焊接对超级奥氏体不锈钢UNS08367,耐腐蚀性的影响
摘 要：超级奥氏体不锈钢凭借其优异的耐CL-腐蚀性能近年来被广泛应用。通过对UNS08367焊缝及热影响区焊态以及固熔处理态耐点蚀和耐缝隙腐蚀试验，分析焊接对UNS08367耐腐蚀性能的影响。
关键词：UNS08367；焊接；耐腐蚀性
中图分类号：F403.7 文献标识码：A
1 前言
沿海区域的某压水堆核电站，需要使用海水对反应堆第二回路进行冷却，其海水冷却系统中的管道材质采用了超级奥氏体不锈钢UNS08367，该种不锈钢具有良好的奥氏体稳定性和耐腐蚀性，尤其是具有优异的抗CL-点蚀和缝隙腐蚀的能力。本文通过点蚀和缝隙腐蚀试验验证了该种不锈钢焊缝的耐局部腐蚀性能。
2 UNS08367钢种的特性
2.1 化学成分及力学性能
UNS08367的化学成分见表一，相对于304L与316L等普通的奥氏体不锈钢，UNS08367的Ni含量与Mo含量都有显著的提高，并且具有更高的抗拉强度和更优良的塑性。
2.2 耐蚀性
不锈钢的耐腐蚀性能基于其钝化作用，不同的条件下产生不同的腐蚀形态，常见的有点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。
点腐蚀和缝隙腐蚀是两种紧密相关的腐蚀类型，均属于局部腐蚀。其主要生产条件为含有CL-的环境。当不锈钢处于含CL-环境中时，在一定温度下就会发生点腐蚀。Cr和Mo含量的提高有助于增强不锈钢抗局部腐蚀的能力。Cr、Mo和N对抵抗局部腐蚀能力的综合影响，可以使用点蚀指数PI来衡量：
PI=Cr+3.3Mo+13～16(N)
超级奥氏体不锈钢的PI指数约为43～46，是普通奥氏体不锈钢的近两倍，因此，超级奥氏体不锈钢被广泛的应用于海水或高CL-的环境当中。
2.3 焊接性分析
UNS08367不锈钢是单相奥氏体组织，其焊接接头容易出现热裂纹[1]，主要是弧坑裂纹，原因主要有：① UNS08367不锈钢为高Ni合金材料，Ni易于S和P形成低熔点共晶；②焊缝金属为单项奥氏体柱状晶体组织，容易产生杂质偏析及晶间液态薄膜 ；③由于焊接过程的不均匀受热过程使焊缝金属在凝固期间产生拉应力，而被拉开的缝隙没有足够的液态金属来填充，进而产生弧坑裂纹。
3 焊接及试验方法
3.1 焊接
3.1.1 焊接材料
UNS08367具有热裂纹敏感性，因此需选用低S、P含量的焊材，为了获得与母材最为接近的腐蚀性能，需要选用高Mo合金的焊材，综合考虑，焊接材料选用ERNiCrMo-3镍基合金焊丝与ENiCrMo-3镍基合金焊条。
3.1.2 焊接工艺及参数
此次试验分别使用GTAW和SMAW两种焊接工艺焊接两块试板。为控制热输入，焊接时采用小电流快速焊，SMAW除打底焊道外不允许摆动，层间温度小于100℃。
3.1.3 固熔处理
为更好的获得焊接对超级奥氏体不锈耐腐蚀性的影响，在两块试板中各截取一部分进行固熔处理，采用水冷的方式进行冷却。
3.2 点蚀试验
根据ASTM G48标准方法C中的临界点蚀温度（CPT）计算公式:
CPT(℃)=(2.5*%Cr)+(7.6*%Mo)+(31.9*%N)-41
UNS08367的临界点蚀温度约为55℃～62℃，因此点蚀试验温度选用55℃；点蚀试验试样尺寸为40*40mm，试样包含母材、焊缝和热影响区；试验分为焊态和固熔处理态两批进行，各取三个试样，将试样浸入55℃的6%浓度的三氯化铁+1%的盐酸溶液中进行72小时的腐蚀试验，观察表面是否出现点蚀。
3.3 缝隙腐蚀试验
根据ASTM G48标准方法F中的临界缝隙温度（CCT）计算公式:
CPT(℃)=(3.2*%Cr)+(7.6*%Mo)+(10.5*%N)-81
UNS08367的临界缝隙温度约为30℃，因此缝隙腐蚀试验温度选用30℃；缝隙腐蚀试验试样尺寸为40*40mm，试样包含母材、焊缝和热影响区，采用带槽口的聚四氟乙烯垫圈在试样表面制造多缝隙腐蚀条件；试验分为焊态和固熔处理态两批进行，各取三个试样，将试样浸入30℃的6%浓度的三氯化铁+1%的盐酸溶液中进行72小时的腐蚀试验，试验后观察试样表面是否出现缝隙腐蚀，并测量最大缝隙腐蚀深度。
4 试验结果及分析
耐腐蚀性试验的结果如表二所示，两种焊接方法无论焊态还是固溶处理状态下，均未出现点蚀的现象，但都出现了不同程度的缝隙腐蚀，且产生缝隙腐蚀的位置均在热影响区部位，固溶处理后，缝隙腐蚀的腐蚀深度明显降低，而且SMAW的焊态缝隙腐蚀深度要大于GTAW的焊态缝隙腐蚀深度。
众所周知，焊接是一个复杂的热处理过程，焊接过后，超级奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的下降主要有两方面的原因：①焊接过程中，焊缝热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位，会沿晶界析出Cr的碳化物，造成晶间贫铬，因为焊接是一个快速加热和冷却的过程，而Cr的碳化物的形成是一个扩散过程，因此，敏化加热需要一个过热度，敏化加热区间也就在焊缝热影响区的近焊缝部位，快速焊接有助于降低敏化加热区间的范围。②Mo元素与Cr元素的偏析是超级奥氏体不锈钢耐缝隙腐蚀性能降低的主要原因，有研究表明[2]，当采用GTAW焊接时，枝晶晶界含Mo量与其晶轴含Mo量比值（即偏析度）可达1.6，Cr元素的偏析度达到1.4。此次试验选用的高Mo镍基合金焊材，有效的降低了焊缝处的Mo元素偏析度，而热影响区的Mo元素偏析无法得到有效控制，因此，所有的缝隙腐蚀均发生在了热影响区部位，而且SMAW焊接因为热输入更大，造成成分偏析更加严重，最大缝隙腐蚀深度明显高于GTAW焊接。
降低合金元素成分偏析和晶间贫铬最有效的方法就是在焊接后对焊缝进行固熔处理，使合金元素在高温状态下重新进行扩散，并均匀的分布于单一的奥氏体组织当中，试验证明，进行固熔处理后，焊缝抗缝隙腐蚀的能力明显增强。
结语
采用合理的焊接结构，通过小电流、快速焊，控制层间温度等方法，可以有效的避免UNS08367焊缝出现热裂纹，获得良好的焊接接头。
UNS08367不锈钢焊缝仍具有优良的抗点蚀能力，但抗缝隙腐蚀能力出现明显降低，如果产品焊缝无法满足固熔处理的条件，并且需要在海水等高CL-环境中服役时，应尽量将焊缝余高打磨光滑，并防止在焊缝处出现与其他介质接触产生的缝隙。
参考文献
[1]吴明傲.超级奥氏体不锈钢S31254钢的焊接[J].焊接技术，2008，36(8):40-42.
[2]周振丰.焊接冶金学[M].北京：机械工业出版社，1995.