1.超级奥氏体不锈钢属低碳高铬、镍、钼奥氏体不锈耐腐蚀钢，目前在欧洲的标准中，该钢钢号为X1NiCrMoCu25-20-5，钢号编码是1.；ASTMA/AM将其归为不锈钢系列（UNSN，L）；我国与之相近牌号为00Cr20Ni25Mo4.5Cu1.5。该钢具有很好的活化—钝化转变能力，耐腐蚀性能极好，在非氧化性酸如稀硫酸、醋酸、甲酸、磷酸中具有很好的耐蚀性，在中性含氯离子介质中具有很好的耐点蚀性，同时还具有良好的耐缝隙腐蚀及抗应力腐蚀性能。适用于70℃以下各种浓度硫酸，在常压下任何浓度、任何温度的醋酸及甲酸与醋酸的混合酸中的耐腐蚀性也很好。

由于1.钢较好的耐腐蚀性，是一种多用途的材料，已用于许多工业领域。在第三代核电站EPR中首次应用：在核电站中主要用于一些系统的疏水和排气及废气、废液的收集。管道厚度范围2.6～10mm，直径范围13.5～mm。由于核电站建设及运行的特殊性，为保障上述系统在核电站正常运行工况及事故工况下的安全功能，需确定适用于1.不锈钢的焊接材料和焊接工艺，以保证焊接接头质量。

1不锈钢1.焊接性分析

1.1母材化学成分及力学性能

1.不锈钢的化学成分见表1，要求值摘自EN-7-，实测值来自某批产品复验报告。

根据欧标EN-2，1.钢板、无缝钢管和焊接钢管制造标准分别为EN-7，EN-5和EN-7。根据RCCM标准S册中铬当量及镍当量计算公式及表1中数据计算该钢板的铬当量和镍当量：

根据舍夫勒组织图及德龙组织图可知，1.钢属于全奥氏体不锈钢，又称超级不锈钢。

1.2焊接性能

与一般不锈钢一样，1.钢可以采用多种焊接方法进行焊接，最常用的焊接方法为焊条电弧焊或惰性气体保护焊，焊接时宜采用小热输入、连续快速焊，焊后通常无需热处理，如一定要进行热处理，需加热至~℃后迅速冷却。

2焊接中易出现的问题及预防措施

2.1热裂纹

1.钢是全奥氏体组织，其焊接接头中易产生热裂纹，主要为弧坑裂纹，其原因主要有：①焊缝金属凝固期间由于热胀冷缩存在较大的拉应力，被拉开的缝隙没有足够的液态金属来填充，因此产生弧坑裂纹。②焊缝为单相奥氏体柱状晶组织，易于杂质的偏析及晶间液态薄膜的形成。③1.钢中Ni含量比较高，Ni易与S和P形成低熔点共晶物，其中Si和Nb也能形成有害的易熔晶间层。为防止弧坑裂纹应采取如下措施：①采购时严格控制母材和焊材中S，P等有害元素的含量；②采用合适的坡口形式和焊接方法，即采用小的熔合比；③选用低氢型焊条；④焊接工艺参数选用小热输入，并采用快速焊；⑤层间温度不宜过高，以避免焊缝过热产生高温液化裂纹，并且施焊过程中焊条不摆动或稍许摆动；⑥选择合理的焊接结构、焊接接头形式和焊接顺序，以尽量减小焊接应力；⑦在熄弧处应进行打磨后再施焊，以避免产生弧坑裂纹。

2.2晶间腐蚀

由于奥氏体不锈钢焊接接头处在焊接过程中快速连续加热，处于敏化区（~℃）的热影响区易造成晶间“贫铬”，进而产生晶间腐蚀。而“贫铬”的“元凶”是因钢中奥氏体的碳含量超过了室温下的溶解量（室温下奥氏体的溶解量为0.02％）。因此：①要选用合适的焊接方法和合理的工艺参数，尽量减小热输入量，减小热影响区的宽度。②强制焊接区快速冷却，缩短在敏化区停留的时间。③在选材上要选用超低碳的焊材。

2.3应力腐蚀开裂

引起应力腐蚀开裂必须具备的3个条件：首先金属材质在该环境中具有应力腐蚀开裂的倾向；其次用这种材质组成的结构接触或处于选择性的腐蚀介质之中，最后要有高于一定水平的拉应力，3个条件缺一不可。1.钢与碳钢相比，物理性能有很大差异，其电阻是碳钢的5倍；其热导率小，约为碳钢的1/3，导致热量传递速度缓慢，热变形增大；其线膨胀系数比碳钢的大，引起加热时热膨胀量和冷却时收缩量的增加，导致焊后应力较大。所以应选择膨胀系数较小的焊材。

为增强奥氏体不锈钢抗点蚀的能力，一般都适当提高Cr和Mo的含量。Cr是形成钝化膜的主要元素，提高Cr含量将使钝化膜趋向更加稳定；而较高的Mo含量，将使钢的表面在有Cl－存在的介质中形成MoOCl2保护膜，从而防止Cl-穿透钝化膜。

3焊接工艺试验

3.1焊材的选择

由以上分析可知，1.钢为全奥氏体单相组织，对焊接热裂纹极其敏感，为此应选用低S，P的焊接材料。根据C，Ni，Cr，Mo，Cu等主要元素含量的匹配关系，并参考ANSI/AWSA5.9及A5.4标准附录，初步选择了ER焊丝和E焊条。

3.2材料的准备

由表1，表2可知，1.母材的化学成分、力学性能复验实测值均满足相关标准要求。ER焊丝的化学成分和力学性能标准要求值、实测值分别见表3和表4，材料性能复验实测均满足标准ANSI/AWSA5.9和RCCM要求。

E焊条的化学成分和力学性能分别见表5和表6，材料复验实测值均满足ANSI/AWSA5.4和RCCM要求。

3.3坡口准备

坡口加工最好采用机加工，若用火焰切割加工、等离子弧切割加工，则加工面必须用机械方法打磨；因焊接熔池金属黏滞性强，流动性差，因此装配时要求坡口角度比通常稍大（选75°）；又因该钢的线膨胀系数大，所以对口间隙稍宽（1～4mm）；为保证背面焊透，要求打磨清根。坡口形式及尺寸如图1所示。

3.4焊接方法及工艺参数的选择

由于1.钢的热导率小，热膨胀系数大，因此采用小热输入、短弧、快速焊，这样既可减小热裂纹倾向，又可防止产生变形。其焊接顺序为：手工氩弧焊打底→焊条电弧焊填充→焊条电弧焊盖面。打底焊采用准1.6mm的ER焊丝，保护气体采用99.99%的Ar；填充及盖面焊采用准3.2mm的E焊条。根据焊材厂家推荐的焊接电流范围、层间温度范围以及相关文献和经验数据等，初步拟订的焊接工艺参数见表7；焊道分布示意图如图2所示。

3.5焊接接头检验

3.5.1外观检查

焊后对焊缝进行％外观检查，无焊瘤、成形不良等外观缺陷；焊缝余高0~3mm，满足验收标准。

3.5.2渗透探伤

对焊缝进行％PT探伤，无裂纹、气孔、弧坑等缺陷，满足验收标准要求。

3.5.3射线探伤

采用X射线机对焊缝进行％RT探伤，底片评定结果满足Ⅰ级焊缝要求。

3.5.4理化性能试验

理化性能试验包括化学成分分析、弯曲试验（面弯、背弯）、冲击试验（熔敷金属区、热影响区、母材）、拉伸试验（横向拉伸、室温圆柱棒纵向拉伸、高温圆柱棒纵向拉伸）。理化性能试验结果分别见表8~12。

从表12中可知，C，Ni含量均不满足要求值，C含量高于要求值，Ni含量低于要求值。

3.5.5金相分析

在室温下，对试样MA用草酸水溶液电解浸蚀，焊接接头宏观金相如图3所示。经观察，焊接接头中未见缺陷。图4和图5分别为焊缝和熔合线附近的显微组织照片。焊缝与母材熔合良好，未见显微裂纹和沉淀物。

4元素成分偏差原因分析

4.1人员因素

核查施焊试验件的焊工，需从事焊接工作多年，经验丰富，近年来在核电施工现场从事管道焊接的一次合格率为97％以上，已按照HAF进行了考核取证，且按照拟订的工艺参数焊接的试验件。

4.2设备因素

焊接该试验件所使用的焊机型号为威特力WSM－D，且在标定有效期内，正常用于核电现场焊接工作，经过检查未发现故障。

4.3焊材因素

所采用的ANSI/AWSA5.9准1.6mmER焊丝和ANSI/AWSA5.4准3.2mmE焊条，相关项目复验值均满足相关标准的要求值。

4.4母材因素

所采用的1.不锈钢，规格为mm×mm×20mm，化学成分、力学性能均满足相关标准规范的要求值。

4.5焊接工艺参数

该试验件使用的手工氩弧焊焊接电流为64～A，焊条电弧焊焊接电流为90～A，最高层间温度为℃，使用的保护气体为φ（Ar）99.99％，保护气体流量为8～12L/min，背面气体保护气体流量为8～10L/min，符合拟订的工艺参数要求。

4.6原因假设

4.6.1关于C含量超标问题分析

对比试板1.钢与焊材ER，E本身的化学成分中C含量：1.钢试板中C含量标准要求值为≤0.％，实测值为0.％；焊丝ER中C含量标准要求值为≤0.％，实测值为0.01％；焊条E中C含量标准要求值为≤0.％，实测值为0.％。焊接试验件焊缝的w（C）0.％，高于以上各数值，所以不存在C元素稀释的影响。

可能的原因：①C的偏析聚集，如果在富集碳的区域进行光谱分析，碳含量将高于标准要求值；②碳化物在高温下的分解，使熔敷金属C含量超标；③C含量超过要求值，由于熔敷金属中的铁素体含量为零，所以不存在被铁素体污染的情况。

4.6.2关于Ni含量超标分析

对比试板1.钢与焊材ER，E本身的化学成分中Ni含量：试板1.钢、焊丝ER和焊条E中Ni含量标准要求值均为24%～26％，实测值分别为24.％，25.19％，24.13％。Ni在母材、焊材中的含量均不低于24％，所以不存在Ni元素稀释的影响。

可能的原因：由于焊接工艺参数较大（工艺性能试验中，E焊条焊接电流最大值为A），导致E焊条在熔化至整根长度的1/3~1/2时，焊条尾部会发红或整体发红，导致Ni元素烧损，使工艺试验件中Ni含量低于规定值。

综合以上情况说明：焊接工艺试验件化学分析中C，Ni元素含量不满足要求值，经分析可能由于焊接工艺参数过大导致C元素偏析，Ni元素烧损造成的，其他可能还受焊工技能和手法的影响。

4.7验证试验

为验证上述假设，重新在原工艺试验件余料的不同区域切取4组化学分析试样，采用湿法重新对熔敷金属进行了分析，结果见表13。

从表13中可知，焊缝中不同区域的C含量不同，表明存在明显的C偏析现象。通过控制焊接工艺参数（层间温度℃、焊接电流小于95A等），以及避免焊工手法的影响等方面，重新焊接2组工艺试验件，并对2组试验件分别进行了取样试验，无损检测、拉伸、弯曲、冲击试验均满足标准要求，化学成分分析试验结果见表14（2试件中均不含δ铁素体）。

从表14中数据可知，通过严格控制焊接工艺参数，可有效防止焊条发红、C元素的成分偏析及Ni元素的烧损等现象的发生，C及Ni含量均满足要求。

5结论

（1）实践证明，对于1.超级奥氏体不锈钢，选用ER焊丝和E焊条焊接是可行的，所选择的焊接工艺参数能够使焊缝的各项性能满足技术要求，同时也为新材料的工艺试验积累了一定的经验。

（2）由于1.钢中Cr，Ni含量较高，而且金相组织中不含铁素体，焊接时比18－8不锈钢更易产生热裂纹，在制订焊接工艺时要加以考虑。

（3）严格控制焊接工艺参数，可有效防止焊条发红、C元素的成分偏析及Ni元素的烧损等现象的发生。有效保证焊接接头质量，保障核电站使用1.奥氏体不锈钢管道的系统在核电站正常运行工况以及事故工况下的安全功能。