馬氏體不銹鋼預堆邊焊接工藝可行性探索

摘 要：通過選用隔離層焊接材料及其它焊接工藝參數進行13Cr-4.5Ni-Mo型馬氏體不銹鋼隔離層堆焊后與奧氏體不銹鋼對接的焊接工藝評定來對13Cr-4.5Ni-Mo型馬氏體不銹鋼預堆邊焊接工藝可行性進行探索，各項試驗結果均滿足ASME第Ⅸ卷中的要求，從而驗證了13Cr-4.5Ni-Mo型馬氏體不銹鋼預堆邊焊接工藝的可行性。

關鍵詞：F6NM；E309L-16；隔離層堆焊；可行性探索

1 概述

我公司承接的某壓水堆示范工程正常余熱排出泵項目的制造任務，其中，泵體（馬氏體不銹鋼）進出口需要與客戶方的管道（奧氏體不銹鋼）相連接，客戶希望我公司能制定即易于其操作，又能保證焊接質量的工藝方案來指導其后續的焊接。焊接工藝處綜合考慮后，擬定在泵體進出口進行預堆邊焊接，使其交貨狀態為奧氏體不銹鋼。參考相關資料和標準后，選用馬氏體不銹鋼F6NM和奧氏體不銹鋼304L進行焊接工藝評定，其中選用焊材E309L-16進行隔離層堆焊，焊材E308L-16進行對接焊。

2 評定用材料

母材、焊材復驗化學成分及力學性能分別見表1。

3 焊接工藝、熱處理規范及無損探傷要求

（1）焊接試件開V型坡口，對F6NM一側坡口進行一次滲透探傷。

（2）焊接過程采用手工電弧焊，由經過HAF603考核合格的焊工進行。

（3）F6NM焊前進行預熱，以盡量減緩焊后冷卻速度，避免冷裂紋的產生。根據F6NM的含碳量及結構形式，選用的預熱溫度控制在100-120℃之間，隔離層堆焊厚度不小于8mm，隔離層堆焊的焊接工藝參數見表2。

（4）由于F6NM的淬硬特點，隔離層堆焊完成后進行去應力退火。溫度過高，F6NM不僅引起板條狀組織粗化，還可能發生奧氏體轉變，這部分奧氏體在冷卻過程中發生馬氏體轉變，引起鋼的硬度、強度上升，而沖擊韌性下降的趨勢；同時，為了盡量避開奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕敏感溫度，選用去應力退火溫度為570-580℃，保溫時間3h。另外，若焊后立即熱處理，奧氏體可能未完全轉變，會出現碳化物沿奧氏體晶界沉淀和奧氏體向珠光體轉變，產生晶粒粗大組織，嚴重降低韌性，所以，焊后熱處理在焊件冷卻到室溫后進行[1]。

（5）去應力退火完成后進行二次坡口加工，并進行二次滲透探傷。

（6）與304L進行對接，對接焊焊接工藝參數見表3。

4 評定結果及分析

4.1 無損檢驗項目及結果

母材F6NM及其堆焊完成后坡口面的滲透探傷結果均合格；對接完成后射線檢測焊接接頭內未發現裂紋、未熔合、未焊透和條形缺陷，探傷結果合格。

4.2 焊接接頭拉伸試驗結果及分析

拉伸試樣1，2的抗拉強度分別為634MPa，641MPa均高于母材中抗拉強度較低的304L的最小抗拉強度485MPa，焊接接頭滿足強度要求。

4.3 焊接接頭橫向彎曲試驗結果及分析

側彎試樣1，2，3，4均使用直徑Ф56mm壓頭，彎曲180℃，肉眼觀察凸弧面均無任何缺陷，彎曲性能滿足要求。

4.4 焊接接頭沖擊韌性試驗結果及分析

焊縫沖擊值平均值69J和最小值62J，熱影響區沖擊值平均值59J和最小值58J均高于ASME第Ⅲ卷NC分卷對承壓材料的夏氏V型缺口沖擊試驗的吸收能量要求的三個試樣的平均值27J和最小值20J，焊接接頭沖擊韌性滿足要求。

4.5 焊接接頭金相檢驗結果及分析

焊接接頭宏觀金相未發現裂紋、未焊透、夾渣、氣孔、未熔合等焊接缺陷；微觀金相組織清晰，無其他相析出，說明焊接過程控制和工藝參數選用是正確可行的。

5 結束語

選用上述預熱溫度、焊接工藝參數及熱處理規范，F6NM選用E309L-16焊條進行隔離層堆焊后選用E308L-16焊條與304L對接焊的焊接工藝評定滿足ASME第Ⅸ卷中焊接工藝評定要求，結果合格。可見，擬定的13Cr-4.5Ni-Mo型馬氏體不銹鋼預堆邊的焊接工藝是可行的。

13Cr-4.5Ni-Mo型、13Cr-4Ni型馬氏體不銹鋼是在Cr13型馬氏體不銹鋼的基礎上降低含碳量，加入Ni、Mo元素而發展起來的，是具有較高強度、韌性和一定耐腐蝕性的優良鋼種，如今已廣泛應用在壓水堆核電站項目。所以，對此類鋼種的相關焊接工藝性能的研究具有很好的實用價值。

參考文獻

[1]張文華.不銹鋼及其熱處理[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2010.