焊接工艺对奥氏体不锈钢应力腐蚀行为的影响
赵尔冰1 ，张亦良2 ，陈鴒志1
( 1． 北京市朝阳区特种设备检测所，北京 100122; 2． 北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院，北京 100124) 摘 要: 针对氯离子环境中奥氏体不锈钢焊缝较高的焊接残余应力极易引发应力腐蚀开裂的普遍性工程难题， 对国产 304、316 L 、德国 304 钢 3 种材料的不同焊接工艺进行了系列应力腐蚀实验研究． 焊接工艺包括手工焊条 电弧焊及 CO 2 保护药芯电弧焊、焊后空冷及浇水速冷，取样位置包括母材、焊缝起弧及收弧． 通过 100 多个试样 的应力腐蚀对比实验，研究了各种工艺之间的优劣，拟合了 2 种材料在沸腾氯化镁环境中应力 － 寿命的数学关 系． 结果表明，对应力腐蚀寿命而言，316 L 是 304 钢的 15 倍以上、焊接起弧点高于收弧点、对接焊缝高于角焊 缝; 焊后速冷工艺可提高焊接接头抗应力腐蚀能力．
关键词: 奥氏体不锈钢; 起弧; 收弧; 水冷处理; 氯离子应力腐蚀 中图分类号: O 346. 2 +
2; T G174. 3 + 6; R187 + 5 文献标志码: A
文章编号: 0254 －
0037( 2011) 11 － 1601 － 06 为了满足卫生要求，医疗、卫生和食品行业使用的灭菌器一般采用奥氏体不锈钢制造． 进口灭菌器寿
命一般为 10 a 以上［1－2］
，而国产灭菌器短时间内开裂报废的现象十分普遍，已经成为行业一大难题，在造 成医疗成本居高不下的同时，对医疗卫生安全产生极大隐患． 作者曾对开裂的灭菌器进行失效分析，结果
表明开裂原因为典型的氯离子应力腐蚀
［3－4］
，开裂灭菌器及金相、断口形貌见图 1、
2． 图 1 灭菌器内腔开裂
F i g ． 1 I nn e r surface of the s t e r i l i z e r
图 2 典型的应力腐蚀特征
F i g ． 2 T y p i c a l feature of s t r e ss c o rr os i o n
虽然采用铁素体、马氏体或双相不锈钢可以解决应力腐蚀问题，但考虑到制造工艺和制造成本，国内 外设备制造单位仍然选用奥氏体不锈钢． 该材料的最大问题是氯离子应力腐蚀，主要影响因素为拉应力
水平和氯离子浓度［5－6］
，其中残余应力是最主要的影响因素，目前对有效降低焊接残余应力虽然已经做了
一些工作
［7－11 ］
，但研究成果的实用性仍较为欠缺．
针对灭菌器裂纹主要出现在焊缝及热影响区的特征［3］
，鉴于目前氯离子应力腐蚀数据较少、尤其缺
乏不同焊接工艺的影响、不同材料与实际工况对比实验的现状，本文立足于通过对 3 种不同材料、不同焊 接工艺、不同焊后处理工艺等系列应力腐蚀实验，得到相应的应力腐蚀断裂寿命，比较不同材料及不同工
艺的应力腐蚀特征，找出焊后的薄弱环节，提出防止应力腐蚀的有效措施，为工艺改造提供基础实验依据． 收稿日期: 2009-07-13．
基金项目: 北京市朝阳区社会发展项目( SF0702) ．
作者简介: 赵尔冰( 1963—) ，男，河北平山人，高级工程师．
1 实验
1. 1 实验方案设计
通过对大量失效的灭菌器检验结果分析，损坏主要部位在内腔和夹套拉筋角焊缝部位，主体对接焊缝 则很少发现开裂现象，角焊缝基本为手工焊条焊或药芯 CO 2 焊． 通过对图 3 所示不同焊接工艺焊接试板 X 光衍射法残余应力测试发现，焊后浇水速冷比空冷工艺的最大焊接残余拉应力低 30% 左右．
考虑到以上特征，本文选择 3 种材料的 7 种状态进行对比实验，包括: 母材、对接接头、T 型接头角焊 缝、焊后浇水速冷、焊后空冷、焊接起弧点、收弧点． 采用封闭处理，见图 4．
为了保证断裂发生在焊缝部位，对焊缝外的其他部位 图 3 焊接残余应力测试试板
F i g ． 3 Test p l a t e for r e s i d u a l s t r e ss
图 4 试样封闭处理 F i g ． 4 S p e c i m e nt after s ea l e d
1. 2 实验依据与试验方法
参照文献［12］，采用《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀实验方法》( Y B / T 5362—2006 ) 中的恒力 拉伸试样，实验设备为 P －1500 型应力腐蚀试验机，实验温度 143 ± 1 ℃ ． 1. 3 实验材料及力学性能
表 1 母材试样拉伸试验结果
T a b l e 1 Ex t e n s i o n r e s u l t s f o r t h e base m e t a l 取 3 种材料: Ⅰ: 国产 304 ( 0G r 18N i 9 ) 钢板，厚度
6 mm ; Ⅱ: 德国 304( 1. 430 1) 钢板，厚度 6 mm ; Ⅲ: 国产 316 L 钢板，厚度 5 mm ．
对 3 种材料的母材进行力学性能实验，采用 2 个 平行试样，实验结果平均值如表 1． 抗拉强度 R m / M P a 非比例延伸 强度 R p 0． 2 / M P a 伸长率
A / % 材料类别 国产 304 德国 304
698 670 353 300 54. 3 57. 5
国产 316 L 615 270 60. 0
1. 4 应力腐蚀试样类型
试样类型如表 2，每组平行试样 3 个，对数据离散较大的，增加实验数量．
表 2 应力腐蚀试样类型选择
T a b l e 2 C a t e go r y of s p e c i m e n t s f o r s t r e ss co rr o s i o n 角焊缝( 不锈钢与 Q235B 碳素扁钢焊接) CO 2 手工焊
对接焊缝 手工焊条 手工焊条焊
材料
母材
空冷 浇水速冷
空冷
起弧
收弧 起弧
收弧 起弧
收弧 1 √ √ 2
√ √ 3 √ √ 4 √ √ 5 √ √ 6 √ √ 7 √ √ 8 √ √ 编号 Ⅰ Ⅱ
Ⅲ √
— — — — — — —
第11 期赵尔冰，等: 焊接工艺对奥氏体不锈钢应力腐蚀行为的影响1603
1. 5 应力腐蚀实验载荷
前期研究结果为，焊接残余应力150 ～230 M P a，通过电测法，灭菌器正常载荷最大工作应力为66 M P a［13］，由于残余应力和载荷应力不是单纯的算术叠加，采用M S．N A S T R A N的残余应力加载功能，将以上数据输入软件，计算最大应力为240 M P a［14－15］．
针对灭菌器的实际工况，考虑到极端情况下材料的应力腐蚀工作环境，为建立应力与寿命的定量关系，对母材选择189、212、222、241、243 MPa 共5 种载荷进行应力腐蚀实验，并筛选出焊缝试样的222 M P a 和241 MPa 两种载荷．
1. 6 实验结果
母材试样应力腐蚀断裂寿命算术平均值见表3，焊缝试样断裂寿命算术平均值见表4．
表3 母材试样应力腐蚀断裂寿命平均值
T a b l e 3 A v e r ag e li f e of t h e base m a t e r i a l min
表4 焊接试样应力腐蚀断裂寿命
T a b l e 4 A v e r ag e li f e of t h e w e l d zo n e min
2 实验结果分析
2. 1 母材加载应力与断裂寿命的数学分析
Ⅰ( 国产304) 、Ⅱ( 德国304) 母材应力腐蚀实验
结果见图5．
对实验结果进行数据拟合，采用幂指数形式建立
2 种材料的数学关系:
Ⅰ: σ=1 946. 8·n－0. 511 8
Ⅱ: σ=529. 87·n－0. 205 2
式中，σ为加载应力( MPa) ; n 为断裂寿命( min) ．( 1) ( 2)
按照该数学关系，当加载应力一定时，可估算出断裂寿命．
图5 母材试样应力腐蚀断裂寿命平均值比较F i g．5 C o mp a r i so n of average l i f e for base m a t e r i a l s
试样编号
载荷/M P a试样
编号
载荷/M P a试样载荷/M P a
编号241 222 241 222 241 222
Ⅰ－2 100 121 Ⅰ－3 69 101 Ⅰ－4 76 89 Ⅰ－5 81 145 Ⅰ－6 79 103Ⅰ－7 89 123
Ⅰ－8 85 102
Ⅱ－2 168 153
Ⅱ－3 149 131
Ⅱ－4 141 117
Ⅱ－5 165 145
Ⅱ－6 143 157
Ⅱ－7 110 173
Ⅱ－8 112 137
载荷/MPa ⅠⅡⅢ载荷/MPa ⅠⅡⅢ
243 —44 —241 62 48 956 222 65 66 996 212 79 91 —189 94 150 —
2. 2 三类不同材料应力腐蚀性能对比
2. 2. 1 机械性能
由表1 可以看出国产材料机械强度高于德国材料，但延伸率较低．
2. 2. 2母材应力腐蚀性能
从国产及德国304 两种材料看，应力腐蚀性能均较差，最长150 m i n(189 MPa) 即断裂．由表3 和图5可以看出，低应力( ＜220 MPa) 条件下，德国材料的
抗应力腐蚀能力( 寿命) 明显高于国产材料，但高应
力区则相反．由表3 看出Ⅲ( 316 L) 的应力腐蚀断裂
时间可以达到304 材料的15 倍左右，从总体抗应力
腐蚀能力看，Ⅲ( 316 L) 最优，( 德国304) 居中: Ⅰ( 国
产304) 最差．
2. 2. 3焊缝应力腐蚀性能
Ⅰ类、Ⅱ类焊缝应力腐蚀实验结果见图6．由表4 及图6 可见焊接后德国材料的抗应力腐蚀能力明显高于国产材料．图6 焊缝试样应力腐蚀断裂寿命平均值比较F i g．6 C o mp a r i so n of average l i f e for w e l d z o n e s
2. 3 母材与焊缝对比
母材与焊缝试样断裂寿命平均值见图7．图7 显示材料焊接后的抗应力腐蚀能力高于母材，这是由于焊条或焊丝合金含量高于母材，考虑扩散影响，焊缝和热影响区铬镍含量提高，铁素体含量增加，可见奥氏体焊缝柱状晶和粗晶劣化造成的影响可通过合金成分的优化得以改善．但由于试样的残余应力已大部分释放，而实际工件焊缝及热影响区的残余应力可
高达200 MPa 以上，最高达到屈服应力，这是应力腐蚀经常发生在焊缝热影响区的主要原因．
图7 母材与焊缝寿命平均值比较
F i g．7 C o mp a r i so n of average l i f e for the base and w e l d j o i nt
2. 4 角焊缝与对接焊缝对比
由表4 可以看出角焊缝的抗应力腐蚀能力低于对接焊缝，即角焊缝的热影响区更易发生应力腐蚀．另外通过残余应力测定和理论分析［3］，角焊缝的残余应力高于对接焊缝，尤其对于断续焊缝和异种钢焊缝．
2. 5 手工焊条焊与CO
2
药芯焊对比
由表4 得知，手工焊条焊和CO
2药芯焊对不同材料有不同的影响．对国产材料，CO
2
药芯焊能提高抗
应力腐蚀能力，但对德国材料，CO
2
药芯焊抗应力腐蚀能力总体上低于手工焊条焊．这是个值得进一步研究的问题．
2. 6 焊后浇水与空冷对比
由表4 得知，焊后浇水速冷可提高焊接接头的抗应力腐蚀能力，因此与碳钢不同，由于速冷可稳定奥氏体组织，奥氏体不锈钢焊后速冷是一种很好的改善性能的处理方式．
2. 7 收弧点与起弧点的对比
从表4 看出，收弧点的抗应力腐蚀能力低于起弧点，同时从外观上可以看出，收弧点的受热影响程度比起弧点严重，弧坑的金相组织一般较差，因此收弧点应该引起足够的重视．
第11 期赵尔冰，等: 焊接工艺对奥氏体不锈钢应力腐蚀行为的影响1605 3 分析讨论
3. 1 材料影响
表3、4 实验结果表明，即使相同牌号的304 不锈钢，不同产地也有差异．欧美等发达国家材料的高端性能优于我国材料，主要体现在冶炼水平、微量元素控制、轧制和热处理水平等方面．对复杂结构，可采用不同材料的组合，对残余应力高、腐蚀介质浓缩的部位，选用性能优良的材料，其他部位可以选用性能差一些的材料，达到设备整体寿命的统一．
3. 2 焊接残余应力的降低
焊缝的抗应力腐蚀能力高于母材，而实际工程中应力腐蚀又大多发生在焊缝或焊接热影响区，主要是焊接残余应力造成的．降低焊接残余应力是防止应力腐蚀的最主要手段．对薄壁奥氏体不锈钢设备采用热处理存在变形大、材料敏化等不利影响［7］，可以采用过载拉伸法［7］、逆焊接温差处理法［9］、超声波冲击法［10－11］，其中对压力容器等需要做压力试验的设备，采用过载拉伸法是降低残余应力的最好方法，但试验过程中需要严格控制塑性应变率，以防止发生损伤．
3. 3 焊接方式的影响
3. 3. 1焊后急冷处理
奥氏体不锈钢焊后急冷或焊后重新加热速冷，既可以提高焊缝和热影响区的抗应力腐蚀能力，又可以降低焊接残余应力、提高材料的疲劳性能．
3. 3. 2焊接氧化组织的处理
如果不采取有效保护措施，不锈钢焊接后，其表
面会产生不同程度的变色，如图8 所示．尤其是薄板
角焊缝的背面．变色区域会存在合金成分的氧化，虽
然通过酸洗可以去除这些颜色，但氧化后的劣化组织
并没有去除，成为应力腐蚀的源点．
3. 3. 3 收弧点的处理
焊接收弧点是焊缝及热影响区各种性能最差部位，采用多焊打磨方法可得到部分改善．
3. 3. 4 角焊缝应该引起足够重视
图8 焊后材料表面氧化
F i g．8 Oxygenated surface after w e l d i n g
目前我国的设计和施工单位普遍不重视对角焊缝的要求，通过大量在役检验发现，这些部位内部极易产生裂纹和腐蚀．
3. 4 腐蚀元素浓度
设备器壁上与介质中腐蚀元素的浓度有很大差别．作者曾对灭菌器腐蚀介质浓度进行研究，发现器壁上的氯离子含量远远高于凝结水中的氯离子含量，而目前工程上的检测多限于凝结水，对真正起决定因素的容器壁上腐蚀元素浓度的监控则存在很大难度．
4 结论
1) 通过试验建立了中外2 种奥氏体不锈钢( 304) 在沸腾氯化镁环境中应力－寿命的数学表达式: 国产304: σ=1 946. 8·n－0. 511 8，德国304: σ=529. 87·n－0. 205 2，据此可推断不同应力下的应力腐蚀断裂寿命．
2)不同牌号的不锈钢腐蚀性能差异极大: 316 L 是304 材料的15 倍以上，德国304 优于国产304 材
料，设备关键部位应该采用高等级的材料．
3)同等应力水平下，焊缝及热影响区的抗应力腐蚀能力高于母材．但灭菌器整体结构的焊接残余应力往往是工作应力2 倍以上，由此导致焊接热影响区短时间内产生应力腐蚀．
4) 对应力腐蚀寿命而言，焊接起弧点高于收弧点、对接焊缝高于角焊缝; 焊后速冷工艺可提高焊接接头抗应力腐蚀能力．
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16122011 年
北京工业大学学报
A Num e r i c a l A n a l y s i s on I mp a c t i n g
B e h a v i o r of S ph e r i c a l-
c y li n
d
e r i c a l S h e ll S t r u c t u r e C o nn e c t e d by B o l t s
LIU Zhan-fang，ZHANG K a i，Y A N G o n g-x i n g
( Department of E n g i n ee r i n g M e c h a n i c s，C h o n g q i n g U n i v e r s i t y，C h o n g q i n g400030，C h i n a)
A b s t r a c t:To g i v e h e l p f u l g u i d a n ce in d e s i g n i n g of number of b o l t and m a g n i t u d e of p r e-t e n s i o n f o r ce by n u m e r i ca l a n a l y s i s on s p h e r i ca l-c y l i n d r i ca l s h e ll structure connected by b o l t s s u b j ec t e d to i m p ac t l o a d i n gs．T h e d y n a m i c r e l a x a t i o n method i s adopted to ca l c u l a t e i n i t i a l d i s p l ace m e n t and i n i t i a l s t r e ss of s p h e r i ca l-c y l i n d e r i ca l s h e ll s t r u c t u r e．The d y n a m i ca l r e s p o n s e of the structure s u b j ec t e d to the i m p ac t l o a d i n gs i s then g i v e n．T h e contact movement between the s p h e r i ca l s h e ll and c y l i n d e r i ca l s h e ll，b e i n g in p r e-t r ac t i o n s t a t e，i s d e s c r i b e d through h i s t o r ty of contact f o r ce s on f l a n g e s．The r e l a t i v e movement between them turned out the changes of p r e-t r ac t i o n in the b o l t s．The h i s t o r y of s t r a i n at the g i v e n test p o i n t s r e v ea l e d the s t r e ss wave p r o p a g a t i o n whereas t h e contact f o r ce s on the p r o j ec t i l e-t a r g e t surface and f l a n g e surface are c o rr e l a t e d．It i s proved that the n u m e r i ca l method i s r ea so n a b l e on a n a l y z i n g i m p ac t i n g b e h a v i o r of s p h e r i ca l-c y l i n d r i ca l s h e ll structure connected by b o l t s．
K e y w o r d s:s p h e r i ca l-c y l i n d e r i ca l s h e ll structure connected by b o l t s;d y n a m i c r e l a x a t i o n m e t h o d;i m p ac t i n g r e s p o n s e;s t r e ss wave p r o p a g a t i o n
( 责任编辑苗艳玲) ( 上接第1606 页)
E ff e c t of W e l d i n g P r o c e du r e on S t r e ss C o rr o s i o n of
A u s t e n i t i c S t a i n l e ss S t ee l
ZHAO Er-b i n g1，ZHANG Y i-l i a n g2，CHEN L i n g-z h i1
( 1．Chaoyang S p e c i a l E q u i pm e nt I n s p e c t i o n I n s t i tut e of B e iji n g，B e iji n g100122，C h i n a;
2．C o ll e g e of M e c h a n i c a l E n g i n ee r i n g and A pp l i e d E l e c t r o n i c s T e c hn o l og y，B e iji n g U n i v e r s i t y o f
T e c hn o l og y，B e iji n g100124，C h i n a)
A b s t r a c t:It i s d i ff i c u l t to r e l ea s e r e s i d u a l s t r e ss for w e l d i n g of a u s t e n i t i c s t a i n l e ss s t ee l，t h e r e f o r e，i t s c h l o r i n e s t r e ss c o rr os i o n a l w a y s occurs in e n g i n ee r i n g．The s t r e ss c o rr os i o n t e s t i n g was done on d i ff e r e n t w e l d i n g procedures of three d i ff e r e n t m a t e r i a l s( 304，316 L of C h i n a，a n d304 of G e r m a n) ．The w e l d i n g p r o ce d u r e
s h i e l d e d arc w e l d i n g through a i r c oo l i n g and water c oo l i n g
i n c l u d e s s h i e l d e d m e t a l arc w e l d i n g and f l u x cored CO
2
after w e l d i n g．The base m e t a l，s t a r t i n g p o i n t and e n d i n g p o i n t of w e l d i n g arc were t e s t e d．The better procedure i s
of two types o f o b t a i n e d through 100 s a m p l e s，a n d the s t r e ss-l i f e r e l a t i o n s h i p of s t r e ss c o rr os i o n in b o i l e d M g C l
2
m a t e r i a l s are f o r m u l a t e d．The c o n c l u s i o n i s that l i f e of s t r e ss c o rr os i o n of 316 L i s 15 t i m e s of 304，l i f e of t h e s t a r t i n g p o i n t i s l o n g e r than the e n d i n g p o i n t of w e l d i n g a r c，l i f e of the butt w e l d i s l o n g e r than the f i ll e t w e l d，and faster c oo l i n g after w e l d i n g i s e ff i c i e n t for l i f e of s t r e ss c o rr os i o n．
K e y w o r d s:a u s t e n i t i c s t a i n l e ss s t ee l;s t a r t i n g p o i n t of w e l d i n g arc; e n d i n g p o i n t of w e l d i n g arc; water c oo l i n g t r ea t m e n t;c h l o r i n e s t r e ss c o rr os i o n
( 责任编辑杨开英)
奥氏体不锈钢的焊接工艺 奥氏体不锈钢的焊接工艺 一、焊接方法 由于奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法和部分压焊方法都可以焊接。但从经济、实用和技术性能方面考虑，最好采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊和等离子焊等。 1. 焊条电弧焊 厚度在2mm以上的不锈钢板仍以焊条电弧焊为主，因为焊条电弧焊热量比较集中，热影响区小，焊接变形小；能适应各种焊接位置与不同板厚工艺要求；所用[wiki]设备[/wiki]简单。但是，焊条电弧焊对清渣要求高，易产生气孔、夹渣等缺陷。合金元素过度系数较小，与氧亲和力强的元素，如钛、硼、铝等易烧损。 2. 氩弧焊 有钨极弧焊和熔化极氩弧焊两种，是焊接奥氏体不锈钢较为理想的焊接方法。因氩气保护效果好，合金元素过度系数高，焊缝成分易于控制；由于热源较集中，又有氩气冷却作用，其焊接热影响区较窄，晶粒长大倾向小，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和[wiki]机械[/wiki]化焊接。缺点是设备较复杂，一般须使用直流弧焊电源，成本较高。 TIG有手工和自动两种，前者较后者熔敷率低些。TIG最适于3mm以下薄板不锈钢焊接，在奥氏体不锈钢[wiki]压力容器[/wiki]和管道的对接和封底焊等广为应用。对于厚度小于0.5mm的超薄板，要求用10~15A电流焊接，此时电弧不稳，宜用脉冲TIG焊。厚度大于3mm有时须开坡口和采用多层多道焊，通常厚度大于13mm，考虑制造成本，不宜再用TIG焊。 3. 等离子弧焊 是焊接厚度在10~12mm以下的奥氏体不锈钢的理想方法。对于0.5mm以下的薄板，采用微束等离子弧焊尤为合适。因为等离子弧热量集中，利用小孔效应技术可以不开坡口，不加填充金属单面焊一次成形，很适合于不锈钢管的纵缝焊接。 焊接工艺参数的选择 焊接时，为保证焊接质量，必须选择合理的工艺参数，所选定的焊接工艺参数总称为焊接工艺规范。例如，手工电弧焊的焊接工艺规范包括：焊接电流、焊条直径、焊接速度、电弧长
氯离子对不锈钢的腐蚀 问题描述：对于奥氏体不锈钢在氯离子环境下的腐蚀，各种权威的书籍均有严格的要求，氯离子含量要小于25ppm，否则就会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀。但是事实上在工程应用中我们有很多高浓度的氯离子含量的情况下在使用奥氏体不锈钢，因些分析氯离子对不锈钢的腐蚀，采取预防措施，延长使用寿命，或合理选材。 不锈钢的腐蚀失效分析： 1、应力腐蚀失：不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐蚀。应力腐蚀失效所占的比例高达45 %左右。常用的防护措施：合理选材,选用耐应力腐蚀材料主要有高纯奥氏体铬镍钢,高硅奥氏体铬镍钢,高铬铁素体钢和铁素体—奥氏体双相钢。其中,以铁素体—奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。控制应力：装配时,尽量减少应力集中,并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤,严格遵守焊接工艺规范。严格遵守操作规程：严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH 值等工艺指标。在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂。铬镍不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时,应把氧的质量分数降低到1. 0 ×10 - 6 以下。实践证明,在含有氯离子质量分数为500. 0 ×10 - 6的水中,只需加入质量分数为150. 0 ×10 - 6的硝酸盐和质量分数为0. 5 ×10 - 6亚硫酸钠混合物,就可以得到良好的效果。 2、孔蚀失效及预防措施 小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展,孔蚀一旦形成,即向深处自动加速。,不锈钢表面的氧化膜在含有氯离子的水溶液中便产生了溶解，结果在基底金属上生成孔径为20μm～30μm小蚀坑这些小蚀坑便是孔蚀核。只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。常见预防措施：在不锈钢中加入钼、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提高铬含量。降低氯离子在介质中的含量。加入缓蚀剂,增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜得以再钝化。采用外加阴极电流保护,抑制孔蚀。 3、点腐蚀：由于任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，这些非金属化合物，在Cl 离子的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀，在闭塞电池的作用，坑外的Cl离子将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移。在不锈钢材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐点腐蚀性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑点腐蚀的性能越好。 4.缝隙腐蚀 缝隙腐蚀与坑点腐蚀机理一样，是由于缝隙中存在闭塞电池的作用，导致Cl离子富集而出现的腐蚀现象。这类腐蚀一般发生在法兰垫片、搭接缝、螺栓螺帽的缝隙，以及换热管与管板孔的缝隙部位，缝隙腐蚀与缝隙中静止溶液的浓缩有很大关系，一旦有了缝隙腐蚀环境，其诱导应力腐蚀的几率是很高的。 总结 1：几种不锈钢在含氯(Cl—)水溶液中的适用条件 一、板片材料的选用 （1）注：不含气体、PH值为7(即中性)、流动的含氯水溶液。 （2）奥氏体不锈钢对硫化物(SO2 、SO3)腐蚀有一定的抗力。但是，Ni含量越高，耐蚀性将降低（因生成低熔点NiS）,可能引起硫化物应力腐蚀开裂。硫化物应力腐蚀开 裂同材料的硬度有关，奥氏体不锈钢的硬度应≤HB228；Ni-Mo或Ni–Mo–Cr合金的 硬度不限；碳素钢的硬度应≤HB225； 3）必须注意板片材料与垫片或胶粘剂的相容性。例如，应避免将含氯的垫片或胶粘剂（如氯丁橡胶或以其为溶质的胶粘剂）与不锈钢板片组配,或者将氟橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）垫片与钛板板片组配；
1、焊接施工程序 2、施工方法及技术要求 2.1 施工方法 2.1.1 焊接材料的选择 2.1.1.2 304L之间：焊丝采用H00Cr21Ni10；焊条采用A002；2.1.1.3 316L之间：焊条采用A022；焊丝采用H00Cr19Ni12Mo2; 2.1.2 焊接方法 2.1.2.1Φ≤114mm 均采用手工钨极氩弧焊 2.1.2.2Φ>114mm采用手工钨极氩弧焊打底，手工电弧焊盖面 2.1.3 对焊工要求
2.1. 3.1焊工必须按国家《锅炉压力容器焊工考试规则》中规定进行考试，从事合格项 目范围内的焊接工作。 2.1. 3.2焊接人员施焊过程中必须执行焊接方案、焊接过程卡及焊接工艺规程，见附表。 2.1.4 焊接工艺要求 （1）不锈钢宜采用机械方法或等离子切割，用砂轮切割或修磨时应用专用砂轮片。 （2）焊接接头组对前，应用手工或机械方法清理其内外表面，在坡口20mm范围内不得有油漆、毛刺、锈斑、氧化皮。 （3）定位焊焊缝两端，宜磨成缓坡形。 （4）定位焊：Φ≤57mm的焊口，点焊不能少于三点（包括三点）。Φ＞57mm的焊口，点焊最少点四点。 （5）对于不锈钢等收缩性大的焊口，点焊前采用t=2mm的不锈钢板条放在焊缝间，保证组对间隙。为防止点固收缩，只有当焊接本焊口时方可取出不锈钢板条，否则不可将不锈钢板条抽出，以保证焊接质量。 （6）壁厚相同的管子或管件组对时应内壁齐平，对口错边量不应超过壁厚的10%，且不应大于2mm。 （7）定位焊应与正式焊接工艺相同。定位焊的焊缝长度宜为10—15mm，高度不 应超过2/3，焊点数应根据管径和壁厚确定。 （8）焊接层次的要求 （9）在运输、存放及组对时，不要与碳钢接触，也不要损伤其表面。 （10）不锈钢焊接时，采用DC+、小电流的快速焊。焊条尽量不做横向摆动。 （11）多层焊时，要严格控制层间温度。必要时可采用强制冷措施，以避免焊缝 过热而引起严重的变形和产生晶间腐蚀，但强制冷却要根据结构的特点和合金元素， 在焊接工程师的指导下进行。 （12）氩弧焊打底时，管内必须用氩气保护以确保焊缝成型，使管内壁平整光滑
奥氏体不锈钢管道焊接工艺规程 浙江华业电力工程股份有限公司企业标准 E n t er p ri s e S ta nd a rd f or zh e ji an g H u ay e Po w er En gi n ee r in g Co.,l t d HYDBP401-2004 奥氏体不锈钢管道焊接工艺规程 2004—04—01 发布 2004—04—01实施 浙江华业电力工程股份有限公司发布
前言 本标准主要起草人：仲春生 本标准审核人：朱文杰、周丰平、刘浩、王新宇 本标准批准人：沈银根 本标准自2004年04月01日发布，04月01日起在全公司范围内试行。本标准由公司工程部负责解释。
奥氏体不锈钢管道焊接工艺规程 1 范围 本标准适用于工业管道、公用管道和发电厂奥氏体不锈钢管道焊接施工。本标准也适用于手工氩弧焊和手工电弧焊作业。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是注日期的引用文件，其随后的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于标准，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB50235—97 《工业金属管道工程施工及验收规范》 GB/T 983—95 《不锈钢焊条》 DL/T869-2004 《火力发电厂焊接技术规程》 劳人部[1988]1号《锅炉压力容器焊工考试规则》 HYDBP006-2004《压力管道安装工程焊接、热处理过程控制程序》 HYDBP018-2004《压力管道安装工程焊接材料管理程序》 HYDBP013-2004《压力管道安装工程材料设备储存管理程序》 HYDBP012-2004《压力管道安装工程材料设备搬运管理程序》 HYDBP008-2004《压力管道安装工程计量管理手册》 HYDBP007-2004《压力管道安装工程检验和试验控制程序》 HYDBP010-2004《压力管道安装工程不合格品控制程序》 劳动部发[1996]140号《压力管道安全管理与监察规定》 3 先决条件
304不锈钢的腐蚀 应力腐蚀 应力腐蚀是指零件在拉应力和特定的化学介质联合作用下所产生的低应力脆性断裂现象。 应力腐蚀由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。 它的发生一般有以下四个特征：一、一般存在拉应力，但实验发现压应力有时也会产生应力腐蚀。二、对于裂纹扩展速率，应力腐蚀存在临界KISCC，即临界应力强度因子要大于KISCC，裂纹才会扩展。三、一般应力腐蚀都属于脆性断裂。四、应力腐蚀的裂纹扩展速率一般为10- 6～10-3 mm/min，而且存在孕育期，扩展区和瞬段区三部分 应力腐蚀机理的机理一般认为有阳极溶解和氢致开裂 晶间腐蚀 说明:局部腐蚀的一种。沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。而且金属表面往往仍是完好的，但不能经受敲击，所以是一种很危险的腐蚀。通常出现于黄铜、硬铝和一些含铬的合金钢中。不锈钢焊缝的晶间腐蚀是化学工厂的一个重大问题。 晶间腐蚀是沿着或紧靠金属的晶界发生腐蚀。腐蚀发生后金属和合金的表面仍保持一定的金属光泽，看不出被破坏的迹象，但晶粒间结合力显著减弱，力学性能恶化。不锈钢、镍基合金、铝合金等材料都较易发生晶间腐蚀。 不锈钢的晶间腐蚀: 不锈钢在腐蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀。 不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于12%。当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的熔解度很小，约为0.02%～0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如（CrFe）23C8等。但是由于铬的扩散速度较小，来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铬区”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。 不锈钢的晶间腐蚀 含碳量超过0.03%的不稳定的奥氏体型不锈钢（不含钛或铌的牌号），如果热处理不当则在某些环境中易产生晶间腐蚀。这些钢在425-815℃之间加热时，或者缓慢冷却通过这个温度区间时，都会产生晶间腐蚀。这样的热处理造成碳化物在晶界沉淀（敏化作用），并且造成最邻近的区域铬贫化使得这些区域对腐蚀敏感。敏化作用
1 绪论 随着工业技术的日益发展，一般奥氏体不锈钢难以满足应力腐蚀、点腐蚀和缝隙隧洞式腐蚀的要求。为此，冶金工作者进行了大量研究，研制出奥氏体—铁素体型不锈钢，即双相不锈钢。 传统的奥氏体不锈钢在晶间腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀方面的抗力不足，尤其是应力腐蚀引起的断裂，其危害性极大。双相不锈钢是近二十年来开发的新钢种。通过正确控制各合金元素比例和热处理工艺使其固溶组织中铁素体相和奥氏体相各约占50％，从而将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。 所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般量少相的含量也需要达到30%。在含C较低的情况下，Cr含量在18%-28%，Ni含量在3%-10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间副食和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。 由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，正是这些优越的性能使双相不锈钢作为可焊接的结构材料发展迅速，80年代以来已成为和马氏体型、奥氏体型和铁素体型不锈钢并列的一个钢类。 上世纪30年代就已在瑞典的试验室中研制出双相不锈钢（3RE60、Uranus50等），但是双相不锈钢真正产业化还是在上世纪60年代以后，其发展经历了3代历程。 1.1 我国双相不锈钢的应用 双相不锈钢是根据石油化工中强酸强碱造成的局部点蚀、应力腐蚀以及孔穴式腐蚀现象，一般不锈钢难以胜任的容器、管道以及零部件等而研制的，但由于
氯离子对不锈钢腐蚀的机理 在化工生产中,腐蚀在压力容器使用过程中普遍发生,是导致压力容器产生各种缺陷的主要因素之一。普通钢材的耐腐蚀性能较差,不锈钢则具有优良的机械性能和良好的耐腐蚀性能。Cr 和Ni 是不锈钢获得耐腐蚀性能最主要的合金元素。Cr 和Ni 使不锈钢在氧化性介质中生成一层十分致密的氧化膜,使不锈钢钝化,降低了不锈钢在氧化性介质中的腐蚀速度,使不锈钢的耐腐蚀性能提高。氯离子的活化作用对不锈钢氧化膜的建立和破坏均起着重要作用。虽然至今人们对氯离子如何使钝化金属转变为活化状态的机理还没有定论,但 大致可分为2 种观点。 成相膜理论的观点认为,由于氯离子半径小,穿透能力强,故它最容易穿透氧化膜内极小的孔隙,到达金属表面,并与金属相互作用形成了可溶性化合物,使氧化膜的结构发生变化,金属产生腐蚀。 吸附理论则认为,氯离子破坏氧化膜的根本原因是由于氯离子有很强的可被金属吸附的能力,它们优先被金属吸附,并从金属表面把氧排掉。因为氧决定着金属的钝化状态,氯离子和氧争夺金属表面上的吸附点,甚至可以取代吸附中的钝化离子与金属形成氯化物,氯化物与金属表面的吸附并不稳定,形成了可溶性物质,这样 导致了腐蚀的加速。 电化学方法研究不锈钢钝化状态的结果表明,氯离子对金属表面的活化作用只出现在一定的范围内,存在着1 个特定的电位值,在此电位下,不锈钢开始活化。这个电位便是膜的击穿电位,击穿电位越大,金属的钝态越 稳定。因此,可以通过击穿电位值来衡量不锈钢钝化状态的稳定性以及在各种介质中的耐腐蚀能力。 2 应力腐蚀失效及防护措施 2. 1 应力腐蚀失效机理 其中在压力容器的腐蚀失效中,应力腐蚀失效所占的比例高达45 %左右。因此,研究不锈钢制压力容器的应力腐蚀失效显得尤为重要。所谓应力腐蚀,就是在拉伸应力和腐蚀介质的联合作用下而引起的低应力脆性断 裂。应力腐蚀一般都是在特定条件下产生: ①只有在拉应力的作用下。 ②产生应力腐蚀的环境总存在特定的腐蚀介质,不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质及H2SO4 、H2S 溶 液中才容易发生应力腐蚀。 ③一般在合金、碳钢中易发生应力腐蚀。研究表明,应力腐蚀裂纹的产生主要与氯离子的浓度和温度有关。 压力容器的应力来源: ①外载荷引起的容器外表面的拉应力。 ②压力容器在制造过程中产生的各种残余应力,如装配过程中产生的装配残余应力,制造过程中产生的焊接残余应力。在化工生产中,压力容器所接触的介质是多种多样的,很多介质中含有氯离子,在这些条件下,压力容器就发生应力腐蚀失效。铬镍不锈钢在含有氧的氯离子的水溶液中,首先在金属表面形成了一层氧化膜,它阻止了腐蚀的进行,使不锈钢钝化。由于压力容器本身的拉应力和保护膜增厚带来的附加应力,使局部地区的保护膜破裂,破裂处的基体金属直接暴露在腐蚀介质中,该处的电极电位比保护膜完整的部分低,形成了微电池的阳极,产生阳极溶解。因为阳极小、阴极大,所以阳极溶解速度很大,腐蚀到一定程度后,又形成新的保护膜,但在拉应力的作用下又可重新破坏,发生新的阳极溶解。在这种保护膜反复形成和反复破裂过程中,就会使某些局部地区的腐蚀加深,最后形成孔洞,而孔洞的存在又造成应力集中,更加速了孔洞表面的塑性变形和保护膜的破裂。这种拉应力与腐蚀介质的共同作用便形成了应力腐蚀裂纹。 2. 2 应力腐蚀失效的防护措施 控制应力腐蚀失效的方法,从内因入手,合理选材,从外因入手,控制应力、控制介质或控制电位等。实际情况 千变万化,可按实际情况具体使用。 （1）选用耐应力腐蚀材料 近年来发展了多种耐应力腐蚀的不锈钢,主要有高纯奥氏体铬镍钢,高硅奥氏体铬镍钢,高铬铁素体钢和铁素
奥氏体不锈钢在Cl-介质中应力腐蚀研究 郦建立Ξ(抚顺石油学院) 王宽福 (浙江大学) 摘 要 评述了奥氏体不锈钢在氯化物介质中应力腐蚀开裂。从环境、冶金和力学等方面论述了SCC的主要因素,综合论述了控制奥氏体不锈钢SCC的工程参量和安全评定的方法。提出了预防奥氏体不锈钢应力腐蚀的一些措施。 关键词 奥氏体不锈钢 应力腐蚀 工程参量 奥氏体不锈钢(304,316)以其优异的耐蚀性和较好的加工性,在化工、石油、动力工业和核工业等部门得到广泛的应用,然而其SCC(Stress Corrosion Cracking)破坏的几率也随之增大。化工设备失效中SCC的失效占1/4,其中奥氏体不锈钢设备SCC失效要占其1/2[1],而且大部分由含Cl-介质环境引起。因此对奥氏体不锈钢氯化物开裂进行了大量的研究[2～9]。 本文综述了奥氏体不锈钢SCC的主要影响因素、工程参量及安全评定的方法,并提出了一些预防措施。 1 奥氏体不锈钢Cl2环境开裂影响因素 1.1 环境因素 1.1.1 介质和浓度 引起奥氏体不锈钢SCC破裂的介质,认为一般限于Cl-、F-、Br-、H2S x O6、H2S和NaOH等几种。介质浓度越高,奥氏体不锈钢发生SCC的敏感性增加。工程实际表明开裂常发生在温度高的部位,特别是热传递速度大、易发生干湿交替的部位[10,11]。曾发现隔热层中浸出微量的Cl-引起SCC。Staehle[12]发现汽相部位产生破裂的Cl-浓度较低,而液相则需要较高的Cl-浓度。在实际工况中,设备的许多局部部位Cl-的浓度因设备结构和其所处环境条件的变化而提高,使较低Cl-浓度的介质也发生奥氏体钢的SCC,这给确定Cl-SCC的敏感性的浓度上限带来困难。 若在Cl-溶液中加入一些氧化剂(Fe3+, Cu2+,O2),将缩短破裂时间[13]。有研究表明,Cl-溶液若能完全除去氧,SCC将不会发生。卤化物中除Cl-外,F-和Br-同样具有SCC敏感性,但认为I-对Cl-溶液的SCC有缓蚀作用[14]。阳离子的种类对SCC也有影响,Thomas[15]认为MgCl2溶液促进SCC的作用比NaCl强。 1.1.2 温度 奥氏体不锈钢含Cl-溶液发生SCC破裂敏感性随温度升高而增大。SCC开裂温度也是一个重要参数。Truman[16]认为,奥氏体不锈钢在室温下一般不发生氯化物开裂。Money[17]也证实只有严重敏化的奥氏体不锈钢才发生IGSCC(Intergranular Stress Corrosion Cracking)。传统的工程观点认为,温度高于50℃时,在腐蚀环境中经长期暴露的材料有可能发生氯化物开裂。氯化物开裂与温度的下限有一定的依赖关系,但 601 化 工 机 械 1998年Ξ郦建立,男,1967年11月生,博士生。辽宁省抚顺市,113001。
电化学腐蚀 电化学腐蚀就是金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池。例如铁和氧，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是阳极，遭到腐蚀。特征是在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包，次层是黑色粉末 状溃疡腐蚀坑陷。 一、基本介绍： 不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。 我们知道，钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀，但潮湿的空气中却很快就会腐蚀。原来，在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化.电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。 金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐）；介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。在阴极反应过程中，获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。 在均匀腐蚀时，金属表面上各处进行阳极反应和阴极反应的概率没有显著差别，进行两种反应的表面位置不断地随机变动。如果金属表面有某些区域主
要进行阳极反应，其余表面区域主要进行阴极反应，则称前者为阳极区，后者为阴极区，阳极区和阴极区组成了腐蚀电池。直接造成金属材料破坏的是阳极反应，故常采用外接电源或用导线将被保护金属与另一块电极电位较低的金属相联接，以使腐蚀发生在电位较低的金属上。 二、相关原理： 金属的腐蚀原理有多种，其中电化学腐蚀是最为广泛的一种。当金属被放置在水溶液中或潮湿的大气中，金属表面会形成一种微电池，也称腐蚀电池（其电极习惯上称阴、阳极，不叫正、负极）。阳极上发生氧化反应，使阳极发生溶解，阴极上发生还原反应，一般只起传递电子的作用。腐蚀电池的形成原因主要是由于金属表面吸附了空气中的水分，形成一层水膜，因而使空气中N5等溶解在这层水膜中，形成电解质溶液，而浸泡在这层溶液中的金属又总是不纯的，如工业用的钢铁，实际上是合金，即除铁之外，还含有石墨、渗碳体（F勺C）以及其它金属和杂质，它们大多数没有铁活泼。这样形成的腐蚀电池的阳极为铁，而阴极为杂质，又由于铁与杂质紧密接触，使得腐蚀不断进行。 三、方程式： （1）析氢腐蚀（钢铁表面吸附水膜酸性较强时） 负极（Fe）: 蠱-2L fF严 F^+2H2O-^Fe（OH）2 + 2H+ + 2e J H2 正极（杂质）: 电池反应： Fe+2H3O = Fe（OH}2 + H3T 由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。
1奥氏体不锈钢管道焊接工艺规程
精品好文档，推荐学习交流 浙江华业电力工程股份有限公司企业标准 E n t er p ri s e S ta nd a rd f or zh e ji an g H u ay e Po w er En gi n ee r in g Co.,l t d HYDBP401-2004 奥氏体不锈钢管道焊接工艺规程 2004—04—01 发布 2004—04—01实施 浙江华业电力工程股份有限公司发布
前言 本标准主要起草人：仲春生 本标准审核人：朱文杰、周丰平、刘浩、王新宇 本标准批准人：沈银根 本标准自2004年04月01日发布，04月01日起在全公司范围内试行。本标准由公司工程部负责解释。
奥氏体不锈钢管道焊接工艺规程 1 范围 本标准适用于工业管道、公用管道和发电厂奥氏体不锈钢管道焊接施工。本标准也适用于手工氩弧焊和手工电弧焊作业。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是注日期的引用文件，其随后的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于标准，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB50235—97 《工业金属管道工程施工及验收规范》 GB/T 983—95 《不锈钢焊条》 DL/T869-2004 《火力发电厂焊接技术规程》 劳人部[1988]1号《锅炉压力容器焊工考试规则》 HYDBP006-2004《压力管道安装工程焊接、热处理过程控制程序》 HYDBP018-2004《压力管道安装工程焊接材料管理程序》 HYDBP013-2004《压力管道安装工程材料设备储存管理程序》 HYDBP012-2004《压力管道安装工程材料设备搬运管理程序》 HYDBP008-2004《压力管道安装工程计量管理手册》 HYDBP007-2004《压力管道安装工程检验和试验控制程序》 HYDBP010-2004《压力管道安装工程不合格品控制程序》 劳动部发[1996]140号《压力管道安全管理与监察规定》 3 先决条件
不锈钢腐蚀行为及影响因素的综合评价 洪宇浩 实验一、钝化曲线法评价不同种不锈钢在同一介质中的腐蚀能力 1.实验目的 ●掌握金属腐蚀原理和金属钝化原理 ●掌握不锈钢阳极钝化曲线的测量 ●掌握恒电位仪软件的操作 2.实验原理 3.实验步骤 本实验测试430不锈钢（黑）和304不锈钢（黄）在0.25mol/L H2SO4和含1.0% NaCl 的0.25mol/L H2SO4中钝化曲线. 电位：-0.60 →1.20 V，50 mV/s 4.注意事项 ●电极的处理 ●灵敏度的选择 5.实验结果 1、304钢在0.25mol/L H2SO4的钝化曲线
-800 -600-400-20002004006008001000 -8-6 -4 -2 2 电流(m A ) 电位(mV) -293,1.841 -139,0.635410,0.235 904,0.708 2、304钢在含1.0% NaCl 的0.25mol/L H 2SO 4中的钝化曲线. -800 -600-400-20002004006008001000 -7-6-5-4-3-2-1 01电流(m A ) 电位(mV) (-267, 0.59829) (-69, 0.38967) (398, 0.20901) (799, 0.38485) 3、430钢在0.25mol/L H 2SO 4中的钝化曲线.
-800 -600-400-200020040060080010001200 -4-202468 1012电流( m A ) 电位(mV) (-287, 11.133) (930, 1.7327) (174, 1.1011) (-21, 1.5724) 4、430钢在含1.0% NaCl 的0.25mol/L H 2SO 4中的钝化曲线. -600 -400 -200 200 400 -10 -5 5 10 15 20 电流(m A ) 电位(mV) (-221, 15.914) (180, 1.1999) (328, 1.9463) (-84, 4.9479)
奥氏体不锈钢管道焊接工艺规程 1范围 本标准适用于工业管道、公用管道和发电厂奥氏体不锈钢管道焊接施工。本标准也适用于手工氩弧焊和手工电弧焊作业。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是注日期的引用文件，其随后的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于标准，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB5023—97《工业金属管道工程施工及验收规范》 GB/T 983—95《不锈钢焊条》 DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》 劳人部[1988]1号《锅炉压力容器焊工考试规则》 HYDBP006-2004〈压力管道安装工程焊接、热处理过程控制程序》 HYDBP018-2004〈压力管道安装工程焊接材料管理程序》 HYDBP013-2004压力管道安装工程材料设备储存管理程序》 HYDBP012-200《〈压力管道安装工程材料设备搬运管理程序》 HYDBP008-2004＜压力管道安装工程计量管理手册》 HYDBP007-2004＜压力管道安装工程检验和试验控制程序》 HYDBP010-2004〈压力管道安装工程不合格品控制程序》 劳动部发[1996]140号《压力管道安全管理与监察规定》 3先决条件 3.1 环境 3.1.1 施工环境应符合下列要求:
3.1.1.1 风速：手工电弧焊小于8M/S,氩弧焊小于2M/S 3.1.1.2 焊接电弧在1m范围内的相对湿度小于90%环境温度大于0C。 3.1.1.3 非下雨、下雪天气。 3.1.2 当环境条件不符合上述要求时，必须采取挡风、防雨、防寒等有效措施。 3.2奥氏体不锈钢管道焊接控制流程图 图1奥氏体不锈钢管道焊接控制流程图
此文档下载后即可编辑 焊接工艺指导书 一氩弧焊接 1.目的 为规范焊工操作，保证焊接质量，不断提高焊工的实际操作技术水平,特编制本指导书。 2. 编制依据 2.1. 设计图纸 2.2.《手工钨极氩弧焊技术及其应用》 2.3.《焊工技术考核规程》 3. 焊接准备 3.1. 焊接材料 焊丝：H1Cr18Ni9Ti φ1、φ1.5、φ2.5、φ3 焊丝应有制造厂的质量合格证，领取和发放有焊材管理员统一管理。焊丝在使用前应清除油锈及其他污物，露出金属光泽。 3. 2. 氩气 氩气瓶上应贴有出厂合格标签，其纯度≥99.95%，所用流量6-9升/分钟，气瓶中的氩气不能用尽，瓶内余压不得低于0.5MPa ，以保证充氩纯度。 3.3. 焊接工具 3.3.1. 采用直流电焊机，本厂用WSE-315和TIG400两种型号焊机。 3.3.2. 选用的氩气减压流量计应开闭自如，没有漏气现象。切记不可先开流量计、后开气瓶，造成高压气流直冲低压，损坏流量计；关时先关流量计而后关氩气瓶。 3.3.3. 输送氩气的胶皮管，不得与输送其它气体的胶皮管互相串用，可用新的氧气胶皮管代用，长度不超过30米。 3.4. 其它工器具 焊工应备有：手锤、砂纸、扁铲、钢丝刷、电磨工具等，以备清渣和消缺。 4．工艺参数 不锈钢焊接工艺参数选取表
5. 工序过程 5.1. 焊工必须按照“考规”规定经相应试件考试合格后，方可上岗位焊接。 5.2. 严禁在被焊件表面随意引燃电弧、试验电流或焊接临时支撑物等。 5.3. 焊工所用的氩弧焊把、氩气减压流量计，应经常检查，确保在氩弧焊封底时氩气为层流状态。 5.4. 接口前应将坡口表面及母材内、外壁的油、漆、垢锈等清理干净，直至发出金属光泽，清理范围为每侧各为10-15mm，对口间隙为2.5～3.5mm。 5.5. 接口间隙要匀直，禁止强力对口，错口值应小于壁厚的10%，且不大于1mm。 5.6. 接口局部间隙过大时，应进行修整，严禁在间隙内添加塞物。 5.7. 接口合格后，应根据接口长度不同点4-5点，点焊的材料应与正式施焊相同，点焊长度10-15mm，厚度3-4mm。 5.8. 打底完成后，应认真检查打底焊缝质量，确认合格后再进行氩弧焊盖面焊接。 5.9. 引弧、收弧必须在接口内进行，收弧要填满熔池，将电弧引向坡口熄弧。 5.10. 点焊、氩弧焊、盖面焊，如产生缺陷，必须用电磨工具磨除后，再继续施焊，不得用重复熔化方法消除缺陷。 5.11. 应注意接头和收弧质量，注意接头熔合应良好，收弧时填满熔池。为保证焊缝严密性。
焊接工艺对奥氏体不锈钢应力腐蚀行为的影响 赵尔冰1 ，张亦良2 ，陈鴒志1 ( 1． 北京市朝阳区特种设备检测所，北京 100122; 2． 北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院，北京 100124) 摘 要: 针对氯离子环境中奥氏体不锈钢焊缝较高的焊接残余应力极易引发应力腐蚀开裂的普遍性工程难题， 对国产 304、316 L 、德国 304 钢 3 种材料的不同焊接工艺进行了系列应力腐蚀实验研究． 焊接工艺包括手工焊条 电弧焊及 CO 2 保护药芯电弧焊、焊后空冷及浇水速冷，取样位置包括母材、焊缝起弧及收弧． 通过 100 多个试样 的应力腐蚀对比实验，研究了各种工艺之间的优劣，拟合了 2 种材料在沸腾氯化镁环境中应力 － 寿命的数学关 系． 结果表明，对应力腐蚀寿命而言，316 L 是 304 钢的 15 倍以上、焊接起弧点高于收弧点、对接焊缝高于角焊 缝; 焊后速冷工艺可提高焊接接头抗应力腐蚀能力． 关键词: 奥氏体不锈钢; 起弧; 收弧; 水冷处理; 氯离子应力腐蚀 中图分类号: O 346. 2 + 2; T G174. 3 + 6; R187 + 5 文献标志码: A 文章编号: 0254 － 0037( 2011) 11 － 1601 － 06 为了满足卫生要求，医疗、卫生和食品行业使用的灭菌器一般采用奥氏体不锈钢制造． 进口灭菌器寿 命一般为 10 a 以上［1－2］ ，而国产灭菌器短时间内开裂报废的现象十分普遍，已经成为行业一大难题，在造 成医疗成本居高不下的同时，对医疗卫生安全产生极大隐患． 作者曾对开裂的灭菌器进行失效分析，结果 表明开裂原因为典型的氯离子应力腐蚀 ［3－4］ ，开裂灭菌器及金相、断口形貌见图 1、 2． 图 1 灭菌器内腔开裂 F i g ． 1 I nn e r surface of the s t e r i l i z e r 图 2 典型的应力腐蚀特征 F i g ． 2 T y p i c a l feature of s t r e ss c o rr os i o n 虽然采用铁素体、马氏体或双相不锈钢可以解决应力腐蚀问题，但考虑到制造工艺和制造成本，国内 外设备制造单位仍然选用奥氏体不锈钢． 该材料的最大问题是氯离子应力腐蚀，主要影响因素为拉应力 水平和氯离子浓度［5－6］ ，其中残余应力是最主要的影响因素，目前对有效降低焊接残余应力虽然已经做了 一些工作 ［7－11 ］ ，但研究成果的实用性仍较为欠缺． 针对灭菌器裂纹主要出现在焊缝及热影响区的特征［3］ ，鉴于目前氯离子应力腐蚀数据较少、尤其缺 乏不同焊接工艺的影响、不同材料与实际工况对比实验的现状，本文立足于通过对 3 种不同材料、不同焊 接工艺、不同焊后处理工艺等系列应力腐蚀实验，得到相应的应力腐蚀断裂寿命，比较不同材料及不同工 艺的应力腐蚀特征，找出焊后的薄弱环节，提出防止应力腐蚀的有效措施，为工艺改造提供基础实验依据． 收稿日期: 2009-07-13． 基金项目: 北京市朝阳区社会发展项目( SF0702) ． 作者简介: 赵尔冰( 1963—) ，男，河北平山人，高级工程师．
不锈钢管道点腐蚀的理论分析 1 循环水旋转滤网反冲洗系统简介 循环水过滤系统(CFI)的主要设备是旋转海水滤网，在其运行中要不断清除滤出的污物，通过反冲洗系统来实现。反冲洗的水源与主循环水一样引自旋转滤网后的海水水室，后经两级泵加压和中间过滤输至旋转滤网的特定部位冲洗污物，设计流速2.3m/s。反冲洗海水管道设计采用公称直径150mm(壁厚7.11mm)的316L不锈钢管。输送的海水含氯量为17g/L，摩尔浓度为0.48mol/L，为防止回路中海生物滋生，注入次氯酸钠溶液，使循环水入口次氯酸钠的质量分数控制在1×10-6。 2 316L不锈钢管道的使用情况 CFI系统于2000-05-17完成安装交付调试，进行单体调试及系统试运。2001年4月，1号机组管道首次出现泄漏，泄漏部位位于管道竖直段与水平段弯头焊口处，泄漏点表现为穿透性孔，孔的直径很小，但肉眼可见，管道内壁腐蚀处呈扩展状褐色锈迹，判断为典型的不锈钢点腐蚀。当时的处理措施是切除泄漏的管段，更换同材质的新管段，并在新管段底部增加了一个疏水阀，目的是在管道停运期间排空管内积水以防止腐蚀的再次发生。但在2001年9月，1号机管道又发现漏点。2001年10月电厂决定将所有反冲洗管道更换为碳钢衬胶管道。改造后运行至今未发生泄漏。 3 316L不锈钢的抗腐蚀性分析 316L不锈钢属300系列Fe-Cr-Ni合金奥氏体不锈钢，由于铬、镍含量高，是最耐腐蚀的不锈钢之一，并具有很好的机械性能。字母“L”表示低碳(碳含量被控制在0.03%以下)，以避免在临界温度范围(430～900℃)内碳化铬的晶界沉淀，在焊后提供特别好的耐蚀性。但316L不锈钢抗氯离子点腐蚀的能力较差。
不锈钢产品制造工艺规程 1范围 本标准规定了一般不锈钢产品的制造工艺原则，当产品使用在耐腐蚀要求很高的工况特殊时，在相应的产品制造工艺过程卡上再另行明确要求。 本标准适用于我公司制造的奥氏体不锈钢和不锈复合钢零部件等产品的制造。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。本标准出版时所示版本均为有效，使用本标准的各方应使用下列标准的最新版本。 GB150 钢制压力容器 GB151管壳式换热器 HG20584 钢制化工容器制造技术要求 压力容器安全技术监察规程 Q/AXL J 3013铆工管工通用工艺守则 Q/AXL J5010钢制压力容器检验规程 Q/AXL J0801压力试验和致密性试验工艺规程 3一般要求 不锈钢产品的制造应具备制造场地通风、清洁、文明生产条件。不锈钢材料及零部件应防止长期露天存放、混料保管。要求按时投料、集中使用、及时回收、指定区域存放保管。
工件存放制造场地应铺设防铁离子污染的专用地板或橡胶板。滚轮架上配挂胶轮。 防止在不锈钢表面踩踏。如果不可避免应穿没有铁钉的软底鞋并带脚套，过后应将表面擦扫干净。 使用工具，如铜锤、木锤、不锈钢铲或淬火工具钢铲等，尽量使工件不和铁器接触。磨削磨轮用纯氧化物制成。 材料标记用墨水或记号笔应不含金属颜料、硫、氯含量要≤25PPm. 防止磕碰划伤 钢板或零部件在吊运制作过程中应始终保持钢板表面、设备及胎具的清洁，防止将焊豆、熔渣、氧化皮压入工件表面。 3.6.1 吊具应加铜垫，吊带首选尼龙吊带且为不锈钢产品零部件专用，绝不允许与其它碳素钢混淆，如用钢丝绳外套必须套胶管或用麻绳。 3.6.2 钢管切割应在锯床上铺垫木板或橡胶板，采用专用锯条。 除切割线外其余标记线不应使用“划针”划线及“冲子”冲孔。可使用硬色笔或记号笔。也可以使用不含金属颜料及硫氯含量小于25PPm的墨水划线作标记。 不锈钢零部件应尽量采用冷成形。当采用热成形时，材料不得与焦碳炉中焦炭接触，加热温度510~1150℃，热成形过程中加热次数中得超过二次。 板材应用剪切或等离子切割，等离子切割后的溶渣应清除干净。
奥氏体不锈钢的常见腐蚀及避免措施 古晓辉 (江西东风药业股份有限公司工程维修部) 摘要:奥氏体不锈钢的常见腐蚀、腐蚀机理及采取避免措施 关键词:奥氏体不锈钢腐蚀机理措施 在不锈钢中,铬镍奥氏体不锈钢(以Cr18Ni9为基本型)得到广泛应用,其产量占不锈钢产量的70%左右,常见的品种有316(O Cr17Ni12Mo2)、316L (OO Cr17Ni14Mo2)、304(OCr18Ni9)、304L(00Cr18Ni10)及321(OCr18Ni10Ti),不同型号不锈钢合金元素的组成(见下表): 组成 316 OCr17Ni12Mo2 316L OO Cr17Ni14Mo2 304 O Cr18Ni9 304L O Cr18Ni10 321 OCr18Ni10Ti C碳[0.06%[0.03%[0.06%[0.03%[0.06% Si硅[1%[1%[1%[1%[1% Mn锰[2%[2%[2%[2%[2% P磷[0.035%[0.035%[0.035%[0.035%[0.035% S硫[0.03%[0.03%[0.03%[0.03%[0.03% Ni镍16%-18%16%-18%8%-11%8%-12%8%-12%6 Cr铬12%-14%14%-16%17%-19%17%-19%17%-19% Mo钼 1.8%- 2.5% 1.8%- 2.5% 其它Ti:@C%-0.6 它们的共同特点是具有耐腐蚀性和较好的耐热性。然而,/耐腐蚀0性是相对的,其/耐腐蚀0性是指在一定的外界条件和一定的腐蚀介质中,具有高的化学稳定性的特性。但此类不锈钢在某些介质情况下使用,会产生晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀等类型的腐蚀,特别是在含氯离子的介质中尤会产生腐蚀,众所周知,在二次大战中,有人曾用普通奥氏体不锈钢建造扫雷艇在海水中使用,其根据是奥氏体不锈钢也是非磁性的,而且比木材(高级),但这艘船并未投入使用,在试航期间就是由于发生应力腐蚀破裂而损坏。 通常采用超低碳或低碳不锈钢的方法来解决,但超低碳或低碳不锈钢不是解决此类腐蚀的根本方法,因此类腐蚀还与其它因素有关。笔者曾作过这样的试验,在无菌液贮罐(外带夹套,夹套内走氯化钙)的制作中,筒体材料一台选316L,而一台选321,对其在制造中考虑到其它因素(从结构、焊接工艺、制后处理等方面加以保证)。结果3161L贮罐只使用了3-4月就出现腐蚀,而另一台321贮罐使用近两年还没出现腐蚀。因此,我们在实际应用中要想合理选用奥氏体不锈钢,就得了解其腐蚀机理,从而采用相应的避免腐蚀措施。1、奥氏体不锈钢的腐蚀机理: 奥氏体不锈钢的常见腐蚀:有晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀等。 1.1当奥氏体不锈钢在制造和焊接时,加热温度和加热速度处在敏化温度区域时,材料中过饱和碳就会在晶粒边界首先析出,并与铬结合形成碳化铬,此时碳在奥氏体内的扩散速度比铬扩散速度大,铬来不及补充晶界由于形成碳化铬而损失的铬,结果晶界的铬的含量不断降低,形成贫铬区,使电极电位下降,当与含氯离子等腐蚀介质接触时,就会引起微电池腐蚀。虽然腐蚀仅在晶粒表面,但却迅速深入内部形成晶间腐蚀。由此,我们知道产生晶间腐蚀的原因有:只有在 220江西化工2006年第4期