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摘要：本文从不锈钢焊缝铁素体含量要求出发，阐述了铁素体含量测定的三种常用方法，对三种方法的差异进行分析，得出三种方法的逻辑关系，对铁素体含量测定方法的选择起指导作用。
关键词：不锈钢、铁素体、方法、差异
0前言
压力容器的不锈钢焊接技术方面的焊接裂纹，焊接接头的耐腐蚀性能，焊接和熔敷金属的脆化问题是影响产品使用性能和寿命的关键，对装载不同介质的不锈钢容器的焊缝规定要求控制不同的铁素体含量，来保证压力容器产品的品质，所以，在核电站建造过程的不锈钢焊接生产工作中，大多都需要方便而准确地控制和测量焊缝和熔敷金属的铁素体含量。目前普遍使用的方法有金相法、磁性法、Delong图法。
据奥氏体不锈钢焊接理论：当焊缝组织中有3～8%δ铁素体时，奥氏体和δ铁素体的双相组织具有较高的抗热裂纹的能力，因为δ铁素体对S、P、Si等元素有较高的溶解度，能有效地降低凝固时残液的杂质含量，最终提高抗裂性能。另外，焊接材料中铁素体为4～12%的焊接材料有利于增加焊缝的抗晶间腐蚀性能，因为δ铁素体分布在奥氏体晶粒的晶界，有阻隔晶界通道并延伸总通道长度的作用，对减少晶间腐蚀是有效的。18-8型核级奥氏体不锈钢的供货状态为固溶状态，其母材的铁素体含量实测值约为0.3%Fe左右，设计技术要求焊丝的铁素体含量为5～12%Fe，目的是提高焊缝熔敷金属铁素体含量，即提高焊缝的抗晶间腐蚀性能。
1铁素体试样
选取母材：Z2CN18.10和焊材，OKTigrodN316LOK63.25N的焊接件；焊接采用不锈钢对接焊工艺，抽取6个样品的数据，并获每个样品采用Delong图法、磁性法和金相法进行铁素体测定。
2铁素体含量测定方法
在不锈钢核级焊缝铁素体含量测定的控制和管理中发现，目前核电站在建造过程中对不锈钢核级焊缝铁素体含量测定方法为Delong图法或磁性法，较少使用金相法。
2.1DELONG图法
DELONG图法是依据RCCMS2500.3DELONG图-计算δ铁素体百分比含量。DELONG图法的先决条件：铬当量[Cr]eq和镍当量[Ni]eq。
DELONG图法基于铬当量[Cr]eq和镍当量[Ni]eq中化学元素含量的测定，元素包括铬当量[Cr]eq所需元素（Cr、Mo、Si、Nb）和镍当量[Ni]eq所需元素（Ni、C、N、Mn），这元素的含量通常通过直读光谱仪（核电常用OBLF型号）获得。铬当量[Cr]eq和镍当量[Ni]eq的计算公式：
铬当量：[Cr]eq=%Cr+%Mo+1.5%Si+0.5%Nb
镍当量：[Ni]eq=%Ni+30%C+30%N+0.5%Mn
根据元素含量计算公式计算[Cr]eq和[Ni]eq，并在DELONG图（图1）中找出铁素体含量：
图1 DELONG图
表1 DELONG图法测量数据
铁素体含量的平均值=d个视场中被切割到的铁素体占据直尺格数的总和/选测的视场数目。
在一个视场内，铁素体分布不均匀时，须将测微目镜的直尺沿水平和垂直方向各测量一次，取平均值作为该视场内平均格数。当铁素体在视场内呈明显的方向性分布时，则将直尺与此方向成45°角测量一次即可。
如果在测量过程中发现铁素体分布特别不均匀，则在测量结果中应给出平均含量、最高含量和最低含量，并注以说明。
2.3.2标准等级图片法
标准等级图片法属于近似的或半定量的金相方法，只能给出铁素体含量的大致含量范围。本标准附有两组铁素体含量标准等级图片（手工电弧焊焊缝500倍和1000倍）供比较筛选试验、中间近似测量及其它半定量试验时用。
用标准等级图片法测量铁素体含量时，其试样数量、试样制备、测量部位和测量结果评定等均与前述割线法的有关规定相同。
2.3.4金相割线法测量结果
表3 金相法测量数据
2.3.5金相照片
2.4仲裁试验
如果对按上述规定测得结果，有异议时可用割线法进行复验，并以复验结果为准。
复验用试样的制备、测量方法、测量部位及测量结果的评定，均与上述有关规定相同。
复验时，应取双倍试样（即六个试样）进行观测，并以二人分别各测一次所得结果的平均值作为测量结果，但每个测量结果与二人平均值的偏差不得超出误差范围，否则无效，应重新测量。
3对比分析
3.1δ铁素体计算值
表4 三种方法测量数据对比
3.2测定方法的原理分析
磁性法是根据铁素体的特有的性能，利用仪器对焊缝金属中铁素体的实际含量进行测定的，其测定结果受仪器的精度和人员操作的熟练程度的制约。金相法是根据实际的焊缝金属组织来判定铁素体含量的，更能反映铁素体的实际情况。DELONG图法是根据数据总结分析得出的规律性曲线，但是焊接过程是复杂的热处理过程，由于焊接参数、层间温度的及冷却速度等方面因素，会造成铁素体在形成过程中存在量的差异。所以DELONG图法测定的铁素体含量会与磁性法或金相法测定的铁素体存在偏差，如果正常焊接因素和合理的焊接过程控制，那么这个偏差通常是可以接受的。根据4.1测定的数据证明，三种方法都可以应用到海南核电现场。
3.3成本和人员分析
对于DELONG图法测定铁素体的人员没有特殊要求，不用经过系统专业的培训，但对于磁性法的测定人员必须经过仪器设备的使用和校准培训，并且具有对数据分析和处理的能力，而金相法测定人员，首先必须经过1-2培训和实践工作，并且能过准确的判定铁素体的形貌。
对于方法选择后，从人员的要求（人员的储备和培训费用），从设备费用，从测定周期，材料和用电的使用情况分析：金相法的费用＞磁性法的费用＞DELONG图法的费用。那么在三种方法都能满足要求的同时，海南现场选择使用成本较低的DELONG图法。
3.4效率分析
根据核电工程特点，首先是选用DELONG图法，因为金属材料一般都是需要进行化学元素分析的，部分需要进行微观金相检验，这些为DELONG图法提供了先决条件，Delong图法通常1小时以内可以完成，磁性法需要2～3小时，金相法需要2～3天。根据核电工程需要高效快速分析出铁素体结果，所以海南现场优先选用了DELONG法对不锈钢核级焊缝的铁素体含量进行分析。
3.5使用条件分析
对于DELONG图法0%-13.8%Fe数据范围的局限性，不锈钢核级焊缝设计技术要求焊丝的铁素体含量为5～12%Fe，0%-13.8%Fe的测量范围是可以覆盖5～12%Fe。如果在计算铁素体时发现实际不锈钢核级焊缝的铁素体接近临界值，或者怀疑焊接过程的控制因素存在问题，可以利用磁性法对不锈钢核级焊缝进行测定。如果双方对两个数据仍然存在争议，那么可以通过对实际铁素体组织进行观察和测量进行最终判定。另外，由于铁和碳，尤其是碳原子的扩散，铁素体的含量及分布都将发生明显的变化，一般情况铁素体含量会发生明显的降低，由网状分布变成点状分布，磁性法和金相法测定铁素体含量应在热处理之前。
4结论
海南现场在对不锈钢核级焊缝铁素体含量测定时，选用DELONG图进行测定，但是DELONG无法判定的情况或对结果产生怀疑时，采用磁性法进行测定。海南现场在对不锈钢核级焊缝铁素体含量测定的实际选择上，满足标准规定规定的“?铁素体含量应按图-9(Delong图)测定，有怀疑时，可按RCC-MMC1340使用磁性法在热处理前（如果有）进行测量。如对磁性法产生怀疑或仲裁试验时，应采用金相法进行测量”内容。
本文通过对比试验来比较这三种方法的检测结果，为实际工作中采用哪种检测方法提供参考，为压水堆核电站体素体测量方法使用的提供可行性，最终保证测量的准确性和不锈钢焊缝的性能要求。
参考文献
[1]《压水堆核电厂机械设备设计和建造规则》RCCM2000+2002补遗.
[2]金相检验/中国机械工业联合会编-北京：机械工业出版社，2001.8.
[3]《金属显微组织检验方法》GB/T13298-1991.
[4]《铬镍奥氏体不锈钢铁素体测定方法》GB1954-1980.
[5]焊接手册.
论文作者:杨阳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/13
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