国产镍基Inconel_6...材料的力学性能与耐腐蚀性能_晏君文.pdf

2023 年3 月第2 期 大型铸锻件HEAVY CASTING AND FORGING March 2023 No.2“今.一.一.一.，、焊接、，今”“”“国产镁基Inconel 625 堆焊材料的力学性能与耐腐蚀 性能晏君文王雪骄吴成林（二重（德 阳）重荆装备有 限公司，四川 德 阳618000)摘要：对 国产Inconel 625 荆锦基材料 的耐腐蚀性能进行研究，从 国产锦基Inconel 625 堆焊焊材 的堆焊层取样，分别进行化学成分、剪切、弯 曲、硬度等试验，化学成分和力学性 能均满 足技术耍求；堆焊层进行 晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀开裂(SCC)等试验，耐腐蚀试验数据较好，耐腐蚀 性能优 良。关键词：银基Inconel 625 堆焊焊材；晶间腐蚀；点腐蚀；SEC 中图分类号：TG24 文献标志码：A Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Domestic Nickel-based lnconel 625 Surlacing Material Yan Junwen,Wang Xuejiao,Wu Chenglin Abstract:The corrosion resistance of domestic Inconel 625 nickel-based materials has been studied.The samples have been taken from the surfacing layer of domestic nickel-based Inconel 625 surfacing welding materials,and the tests of chemical composition,shear,bending and hardness have been carried out respectively.The chemical composition and mechanical properties have met the technical requirements.The surfacing layer has been subjected to intergranular corrosion,pitting corrosion,stress corrosion cracking(SCC)and other tests.The corrosion resistance test data are good and the corrosion resistance is excellent.Key words:nickel-based Inconel 625 surfacing material;intergranular corrosion;pitting corrosion;SCC 随着石油、气 田开采技术的发展，采油需添加大鼠含氯溶剂，气田集剧毒与强腐蚀 性于一体，天然气中含有大批H2S、CO2 和气 田卤水，腐蚀环境恶劣，设备腐蚀、泄漏及失效等风险概率高I。因此对设备的要求也在不断提高，需要 良好 的耐高温、耐腐蚀及理化性能的材料，同时为了降低材料成本，通常会选用在低合金钢基材堆焊耐高温、耐腐蚀的例如锦基堆焊层的方式，防止腐蚀介质对基材的腐蚀破坏。Inconel 625 年 梨基合金是以铁、年 枭 钻为基，具有较高的高温强度和韧性、良好的抗氧化性和耐疲劳强度，在天然气、海水、中性盐及碱等介质中具有很好的耐腐蚀性能2。我公司制造的某项 目计最分离器长期在高含硫的恶劣腐蚀工况环境中服役，壳体和接管内壁全面积堆焊Inconel 625 犁锦基材料，本文以该项目为依托，对国产Inconel 625 型锐基材料的耐腐蚀 性能进行研究。1 试验材料试验用 的Inconel 625 型铢基材料是国内焊收稿 日期：2022-9-27 作者简介：晏君文(1987)，男，学士，工程师，主要从事核电及压力容器焊接技术工作。材厂家生产 的ENiCrMo-3 型焊条和ERNiCrMo-3 型氢弧焊丝，对应 的焊接方法是焊条堆焊和氢弧焊堆焊，采用Q345R 钢板，如图1 所示。I I I I I II I I I I I I I I II 如 堆焊Inconel 625 母材：Q345R 图1 堆焊示意图Figure 1 Schematic diagram of surfacing 堆焊前，对待堆焊Q345R 试板表面按NB/T 47013.4 2015 承压设备无损检测第4 部分：磁粉检测 进行100%MT,I 级合格，再分别采用焊条ENiCrMo-3 和氢弧焊丝ERNiCrMo-3 进行堆焊，堆焊厚度6.0-7.2 mm。堆焊完成后对堆焊层表面按NB/T 47013.5 2015 承压设备无损检测第5 部分：渗透检测 进行100%PT,I 级合格；对堆焊结合面按NB/T 47013.3 2015 承压设备无损检测第3 部分：超声检测 进行100%UT,I 级合格。2 化学成分分析堆焊试件在焊态下距堆焊层表 面2.75-3.25 mm 处取样，进行堆焊层表层 的化学成分分析，结果如表1 所示。堆焊层材料的抗点蚀当晟数值(F PREN)按 以21 DOI:10.14147/ki.51-1396/tg.2023.02.0042023 年第2 期 大荆铸锻件Table 1 堆焊层C s,要求值0.05 0-75 焊条堆焊层0.045 0.30 焊丝堆焊层0.006 0.06 表1 堆焊层 的化学成分检测结果（质量分数，）Chemical compositions test results of surfacing layer(mass fraction,%)1 Mn I P I S I Cr I Ni I Fe I Nb+Ta I Cu Mo Co o.9o0.0200.015 20.023.o;:;,55_0 1.0 3.154.15 o.5o s.010.0 记录0.77 0.004 0.001 20.75 61.8 4.11 3.84 0.06 8.30 0.01 0.02 I 0.002 I 0.001 I 21.34 I 64.8 I o.98 3.75 0.08 8.81 I 0.01 下公式计算：FPREN=We,+3.3(WMo+0.Sww)+16wN 式中，We,、WMo、Ww、WN 分别指堆焊层中恪方且鸽、氮的含量（质拭分数，）。该堆焊层化学成分 中鸽、氮的含最极少，故叮=WN=0o/o,因此根据表l 可计算得出焊条堆焊层 的F PREN=48.14,焊 丝 堆 焊 层 的FPllEN=50.41。查询国内相关文献资料3-s J,铢基堆焊层的化学成分检测是必做项 目，但堆焊层材料的抗点蚀当扯数值计算较为少见，其计算公式在不 同资料中存在差异，上述计算方式是 目前公认应用最广也最为实用相对更为准确的算法6,FPREN 值体现了锦基合金材料在含氯化物和硫化氢等腐蚀 性介质中的相对耐点蚀性能，通常FPREN 值越高，抗点蚀 性能越好。一般堆焊层的FPREN 值大千32 即可用千耐海水点腐蚀，而lnconel 625 型铢基材料的FPREN 值明显较商，表明堆焊层具有较强的耐局部点蚀 冲能。3 性能试验堆焊试件经620C 土10C X 4.5+1 h 的去应力热处理(PWHT)后进行以下性能试验：3.1 低倍试验对堆焊试件剖面进行低倍试验，剖面取在焊道搭接处，如图2。剖面经抛光、侵蚀，清晰地分清熔合区和基体金属，用5 倍放大镜观察，结果如图3 所示。焊道搭接处剖面位置保留堆焊层全厚图2 剖面位置Figure 2 Position of section 剖面经酸洗后放大5 倍观察，堆焊层及结合面等部位均未发现层下裂纹的出现及其它肉眼可见的冶金缺陷。22 Ni625(ENiCrMo-3)2203R0258101 0 I 2 3 4(cm)(a)焊条电弧焊堆焊层(b)氮弧焊堆焊层图3 剖面检查Figure 3 Inspection of sect10n 3.2 剪切试验为了验证堆焊层和母材的结合质量，堆焊试件在焊态下取3 个剪切试样，按照ASTM A265 裸和裸基合金复合钢板 中剪切试验的试样及方法进行堆焊层和母材的剪切强度测试，试验结杲见表2。表2 剪切试验结果Table 2 Test results of shear 二乙I 勹J:a 焊丝堆焊层620、606、579 两种焊材堆焊层和母材的剪切强度较高，堆焊层和母材的结合质量良好。3.3 弯曲试验弯仙试验试样厚度为2 倍 的堆焊层厚度，包括堆焊层全部、融合线、热影响区和部分母材，试样规格尺寸为10 mm x 30 mm x 200 mm,其余要求见表3。表3 弯 曲试验要求Table 3 Requirements of bending test 试样弯心直径支座间距弯曲角度纵向侧弯40 mm 63 mm 180 横向侧弯40 mm 63 mm 180 注1:纵向侧弯试样长度方向平行千堆焊方向；横向侧弯试样长度方向垂直于堆焊方向。4 件侧弯试件试验后在堆焊层和熔合线上无裂纹，弯仙试验合格。晏君义 国产锦基lnconel 625 堆焊材料 的力学 性能与耐腐蚀 性能2023 年第2 期3.4 硬度试验分别在堆焊层表面及断面进行硬度测最：表面上要求任取4 点检测，断面上取点位置见图4,硬度测量试验结果见表4。BIBIB|13 I.13 A 焊接热影 响区；B 序号1 12 为硬度测量点；C 堆焊层图4 硬度检测点Figure 4 The hardness test points 表4 硬度测量结果Table 4 Test results of hardness 堆焊层表而硬度HVIO 焊条堆焊层259/257/257/262 焊丝堆焊层240/251/250/233 断面硬度HVIO 堆焊层基层热影 响区堆焊层堆焊层检测 点检测点检测点检测 点1/5/9 2/6/10 3 门/11 4/8/12 焊条堆焊层119/126/130 150/152/147 243/248/249 244/24 7/240 焊丝堆焊层122/120/124 140/139/140 221/219/230 224/216/237 结果表明，堆焊层的表面硬度及断面堆焊层硬度均不大于315HV10,基层与热影响区硬度不大千210HV10,能够满足要求。4 耐腐蚀性试验4.1 晶间腐蚀试验晶间腐蚀是指在腐蚀介质的作用下沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀，属于局部腐蚀的一种。晶间腐蚀主要发生在金属材料的晶粒间界区上，沿着晶界发展，晶界区的溶觥速度远大于晶粒区的溶解速度，破坏晶粒间的结合，晶粒间结合力显著减弱。从宏观上看，腐蚀发生后金属和合金的表面仍保待一定 的金属光泽，材料表面没有发生明显变化，但材料的力学性能大幅下降，危害巨大，晶间腐蚀在不锈钢、锦基合金等材料中比较常见。晶间腐蚀的腐蚀机理归纳而言主要有三种：碳化铭沉淀引起的晶间腐蚀（贫铭理论）、6 相沉淀引起的晶间腐蚀（第二相析出理论）、吸附沉淀引起的晶间腐蚀（晶界吸附理论）7-8 J。晶间腐蚀试验方法主要分为热酸浸泡法和电化学方法两大类。其中电化学方法大都用于做材料和工艺筛选，不作为结果判定依据；热酸浸泡法主要有硫 酸铁 硫 酸试 验、硝 酸试 验及硫 酸铜16%硫酸试验等，前两种方法属千定鼠判定方法，适用于山（相沉淀或碳化馅沉淀引起 的晶间腐蚀，后一种方法属于定 性判定方法，适用千由碳化恪沉淀引起的晶间腐蚀7。因此，本次按ASTM A262-15-2021 标准中的C 法（硝酸试验）、按ASTM A262-15-2021 标准中的E 法（硫酸铜-16%硫酸试验）及按ASTM G28-02-2015 标准中的A 法（硫酸铁 硫酸试验）分别进行晶间腐蚀试验。(1)硝酸试验硝酸试验采用标准规定的试验容器、加热器及称重天平，如图5 所示。图