一種用于三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲，涉及一種焊絲，該焊絲組成按重量百分比計(jì)為：C?0.010-0.030wt％，Mn?1.00-2.00wt％，Si?0.30-0.65wt％，P≤0.025wt％，S≤0.010wt％，Mo?2.20-3.00wt％，Cu≤0.10wt％，Cr?18.5-20.0wt％，Ni?11.0-14.0wt％，Co≤0.050wt％，N?0.020-0.070wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。本發(fā)明是一種用于三代核電主管道E316LN材料的配套不銹鋼氣體保護(hù)焊絲，替代核電建造進(jìn)口產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化獨(dú)立研究開發(fā)。
【專利說(shuō)明】—種用于三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊絲，特別涉及一種滿足AP1000標(biāo)準(zhǔn)和ASME標(biāo)準(zhǔn)中ER316L要求的主要用于焊接耐腐蝕、耐高溫持久強(qiáng)度要求較高的核動(dòng)力裝置三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲。

【背景技術(shù)】
[0002]能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。而核電是安全、清潔和高效的能源，發(fā)展核電，對(duì)于我國(guó)滿足電力需求，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的戰(zhàn)略性意義。但由于核電設(shè)備服役條件的特殊性，對(duì)設(shè)備的原材料和工藝提出了更高的要求。
[0003]核級(jí)316LN主管道材料系近年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家開發(fā)的新型超低碳控氮不銹鋼材料，具有優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕，抗晶間腐蝕性能和較高的屈服強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆。此前，我國(guó)在核級(jí)316LN主管道材料的配套焊接材料上全部依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約國(guó)家核電建設(shè)計(jì)劃的實(shí)施。近年來(lái)，我們國(guó)家核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，核電項(xiàng)目所需焊材的國(guó)產(chǎn)化成為一種趨勢(shì)。因此，發(fā)展三代核電主管道用316LN材料配套不銹鋼氣體保護(hù)焊絲替代核電建造進(jìn)口產(chǎn)品，擺脫三代核電站關(guān)鍵裝備配套焊接材料對(duì)國(guó)外的依賴，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化獨(dú)立研究開發(fā)具有重大的戰(zhàn)略意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提供一種用于三代核電主管道E316LN材料的配套不銹鋼氣體保護(hù)焊絲，替代核電建造進(jìn)口產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化獨(dú)立研究開發(fā)。
[0005]本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]一種用于三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲，該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
[0007]C 0.010-0.030wt%
[0008]Mn 1.00-2.0Owt%
[0009]Si 0.30-0.65wt%
[0010]P ^ 0.025wt%
[0011]S ^ 0.010wt%
[0012]Mo 2.20-3.0Owt %
[0013]Cu ^ 0.1Owt %
[0014]Cr 18.5-20.0wt %
[0015]Ni 11.0-14.0wt%
[0016]Co ^ 0.050wt%
[0017]N 0.020-0.070wt%
[0018]余量為Fe及雜質(zhì)。
[0019]上述方案中，所述雜質(zhì)通常是指煉鋼時(shí)由鐵水帶入的一些比較少見(jiàn)的微量元素(如氣體元素O、H等，非金屬夾雜物三氧化二鋁等)。
[0020]作為選擇，該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
[0021]余量為Fe及雜質(zhì)。
[0022]C 0.010-0.030wt%
[0023]Mn 1.40-2.0Owt%
[0024]Si 0.35-0.55wt%
[0025]P ^ 0.015wt%
[0026]S ^ 0.008wt%
[0027]Mo 2.40-3.0Owt %
[0028]Cu ^ 0.1Owt %
[0029]Cr 19.0-20.0wt %
[0030]Ni 12.5-13.5wt%
[0031]Co ^ 0.050wt%
[0032]N 0.020-0.050wt%
[0033]余量為Fe及雜質(zhì)。
[0034]作為選擇，該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
[0035]C 0.013 Mn 1.68 Si 0.45 Cr 19.5 Ni 12.9 Mo 2.59 Co0.007%, Cu 0.005%, S 0.004%, P 0.006%, N 0.025%、余量為 Fe 及雜質(zhì)。
[0036]作為選擇，該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
[0037]C 0.019 Mn 1.78 Si 0.49 Cr 19.7 Ni 13.2 Mo 2.67 Co0.008%, Cu 0.006%, S 0.003%, P 0.005%, N 0.036%、余量為 Fe 及雜質(zhì)。
[0038]作為選擇，該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
[0039]C 0.025 Mn 1.81 Si 0.48 Cr 19.8 Ni 13.4 Mo 2.11%, Co
0.002%, Cu 0.004%, S 0.004%, P 0.005%, N 0.045%、余量為 Fe 及雜質(zhì)。
[0040]本發(fā)明原理:
[0041]核電用三代核電主管道的使用特殊性，對(duì)其相應(yīng)的焊接材料提出較高的要求，目前，現(xiàn)有技術(shù)普通的ER316L型焊絲無(wú)法滿足，如何保證焊縫金屬的高溫性能、抗晶間腐蝕性能及抗裂性能是本專利的難點(diǎn)。
[0042]為滿足核電用三代核電主管道E316LN材料焊接應(yīng)用要求，在焊縫金屬中控制C、Mo、N等強(qiáng)化元素，保證焊縫的高溫拉伸的強(qiáng)度要求。
[0043]同時(shí)控制焊絲中的S、P、Cu、Co等元素以及焊縫金屬中鐵素體數(shù)，保證了焊縫的抗腐蝕性能和抗裂性能。
[0044]C:碳在奧氏體不銹鋼中是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，碳形成奧氏體的能力約為鎳的30倍。碳是一種間隙元素，可顯著提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度。但是，碳在奧氏體不銹鋼可與鉻形成高鉻的Cr23C6型碳化物，從而導(dǎo)致局部鉻的貧化，使鋼的耐蝕性特別是耐晶間腐蝕性能下降。因此將碳含量控制在0.010%- 0.030%。
[0045]Cr:鉻是奧氏體不銹鋼中最主要的合金元素，奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得主要是由于在介質(zhì)作用下，鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。鉻是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定鐵素體的元素，縮小奧氏體區(qū)。鉻對(duì)奧氏體不銹鋼性能影響最大的是耐蝕性，主要提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)的性能，在鎳以及鑰和銅的符合作用下，鉻提高鋼耐一些還原性介質(zhì)、有機(jī)酸、尿素和堿介質(zhì)的性能；還提高鋼耐局部腐蝕，比如晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕以及某些條件下應(yīng)力腐蝕的性能。但當(dāng)鋼中含有鑰時(shí),鉻含量增加會(huì)促進(jìn)X相的形成，不僅降低鋼的塑、韌性，還會(huì)在一些條件下降低鋼的耐蝕性。所以，需適當(dāng)控制鉻的含量范圍。
[0046]N1:鎳是奧氏體不銹鋼中最主要的合金元素，其主要作用是形成并穩(wěn)定奧氏體，從而使鋼具有良好的全度和塑性、韌性的配合，并具有優(yōu)良的冷、熱加工性和冷成形性以及焊接、低溫與無(wú)磁等性能。隨著鎳含量的增加，鋼的強(qiáng)度降低而塑性提高，鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性增加。但鎳含量的提高，其產(chǎn)生晶間腐蝕的臨界碳含量降低，鋼的晶間腐蝕敏感性增加。所以，需適當(dāng)控制鎳的含量范圍。
[0047]Mo:鑰是形成和穩(wěn)定鐵素體并擴(kuò)大鐵素體相區(qū)的元素，鑰形成鐵素體的能力與鉻相當(dāng)。鑰還促進(jìn)奧氏體不銹鋼中金屬間相，比如X相的沉淀，對(duì)鋼的耐蝕性和力學(xué)性能都會(huì)產(chǎn)生不利影響，特別是導(dǎo)致塑性、韌性下降。鑰的加入對(duì)室溫力學(xué)性能影響不大，但是，隨著鑰含量的增加，高溫強(qiáng)度提高。因此，將鑰含量控制在2.20%- 3.00%。
[0048]N:氮是非常強(qiáng)烈地形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，氮的作用除代替部分鎳以節(jié)約貴重的鎳元素外，主要是作為固溶強(qiáng)化元素提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度，但并不顯著損害塑性和韌性。同時(shí)，適量的氮可提高奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕的性能。所以，氮含量控制在0.010% — 0.070%。
[0049]S和P:硫和磷在奧氏體不銹鋼中主要被視為有害元素。硫的有害作用主要是降低奧氏體不銹鋼的熱塑性，同時(shí)硫降低奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性。磷顯著降低鉻鎳奧氏體不銹鋼在固溶和敏化態(tài)下耐各種濃硝酸腐蝕的性能。因此，將硫含量控制在< 0.010%、磷含量控制在< 0.025%。
[0050]本發(fā)明的有益效果:
[0051]本發(fā)明保護(hù)的氣體保護(hù)焊焊絲焊接熔敷金屬化學(xué)成分分析、射線檢測(cè)、拉伸試驗(yàn)、晶間腐蝕均滿足核電的特殊要求，焊接熔敷金屬在焊態(tài)及熱處理狀態(tài)下，常溫和高溫350°C條件下的抗拉強(qiáng)度(Rm)、屈服強(qiáng)度(Rp0.2)、延伸率(A)優(yōu)良，符合AP1000標(biāo)準(zhǔn)和ASME標(biāo)準(zhǔn)中ER316L的要求。具有與主管道本體相近的強(qiáng)度、高塑性、較好的抗晶間腐蝕等優(yōu)良性能，可有效提高主管道的安全性、壽命等特點(diǎn)。
[0052]本發(fā)明焊絲焊接飛濺小，鐵水流動(dòng)性好。
[0053]本發(fā)明保護(hù)的氣體保護(hù)焊絲焊絲可用于耐腐蝕、耐高溫持久強(qiáng)度要求較高的核動(dòng)力裝置反應(yīng)堆主管道、壓力容器及相應(yīng)結(jié)構(gòu)的焊接。

【具體實(shí)施方式】
[0054]下列非限制性實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明。
[0055]對(duì)比例I
[0056]本實(shí)施例未采用本發(fā)明設(shè)計(jì)，焊絲成分及重量百分比含量為，C 0.005%, Mn
1.22%, S1.42%, Cr 18.47%, Ni 11.58%, Mo 2.11 %、Co 0.087%, Cu 0.014%, S0.024%,P 0.029%,N 0.009%、余量為 Fe 及雜質(zhì)。
[0057]該焊絲可以按照常規(guī)氣體保護(hù)焊焊絲生產(chǎn)工藝制得。
[0058]將所得的核電主管道的不銹鋼氣體保護(hù)焊絲I進(jìn)行超低碳022Crl9Nil0不銹鋼焊接實(shí)驗(yàn)，熔敷金屬鐵素體數(shù)FN按NB-2433磁性法測(cè)量為:5.9 ;按照AWS B4.0M和ASTM E21的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)，熔敷金屬在焊態(tài)常溫下的力學(xué)性能見(jiàn)表I
[0059]表I熔敷金屬力學(xué)性能
[0060]
試驗(yàn)內(nèi)容I室溫拉伸350°C高溫拉伸
檢測(cè)項(xiàng)R η 0 Λ R 'ΜΡ、^ Α4.51RpO^^^ RmA
目 RP0.2(Wa) ^ (MPa)(%)(MPa)(MPa)(?)
檢測(cè)結(jié)果d36.026039423.0
[0061]金相試驗(yàn)分析焊縫組織為奧氏體加δ鐵素體，焊縫組織正常；熔敷金屬有晶間腐蝕傾向，射線檢測(cè)合格。
[0062]本實(shí)施例的合金元素控制未在本發(fā)明要求之內(nèi)，其熔敷金屬的350 V高溫拉伸性能及晶間腐蝕性能均不能滿足核電用三代核電主管道的技術(shù)要求。
[0063]實(shí)施例1:
[0064]按本發(fā)明要求設(shè)計(jì)焊絲成分及重量百分比含量為，C 0.013%、Mn 1.29%,Si 0.35%, Cr 18.8%, Ni 11.4%, Mo 2.32%, Co 0.007%, Cu 0.005%, S 0.004%, P0.006%,N 0.025%、余量為Fe及雜質(zhì)。
[0065]該焊絲可以按照常規(guī)氣體保護(hù)焊焊絲生產(chǎn)工藝制得。
[0066]將所得的核電主管道的不銹鋼氣體保護(hù)焊絲I進(jìn)行超低碳022Crl9Nil0不銹鋼焊接實(shí)驗(yàn)，熔敷金屬鐵素體數(shù)FN按NB-2433磁性法測(cè)量為:9.7 ;按照AWS B4.0M和ASTM E21的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)，熔敷金屬在焊態(tài)常溫下的力學(xué)性能表2
[0067]表2熔敷金屬力學(xué)性能
[0068]
試驗(yàn)內(nèi)容I室溫拉伸350°C高溫拉伸
檢測(cè)項(xiàng)η η π λ η 、 Α4.51 Rp0.21?A
目 _.2 Wa) Rm (MPa)(%)(胸)(MPa)(%)
檢測(cè)結(jié)果 451ob,45.045034331.0
[0069]金相試驗(yàn)分析焊縫組織為奧氏體加δ鐵素體，焊縫組織正常；熔敷金屬無(wú)晶間腐蝕傾向，射線檢測(cè)合格。
[0070]本實(shí)施例的合金元素控制在本發(fā)明要求之內(nèi)，其熔敷金屬力學(xué)性能均滿足核電用三代核電主管道的技術(shù)要求。
[0071]實(shí)施例2:
[0072]按本發(fā)明要求設(shè)計(jì)焊絲成分及重量百分比含量為，C 0.019%、Mn 1.58%,Si 0.49%, Crl9.3%, Ni 12.6%, Mo 2.57%, Co 0.018%, Cu 0.014%, S 0.006%, P0.009%,N 0.036%、余量為Fe及雜質(zhì)。
[0073]該焊絲可以按照常規(guī)氣體保護(hù)焊焊絲生產(chǎn)工藝制得。
[0074]將所得的核電主管道的不銹鋼氣體保護(hù)焊絲2進(jìn)行超低碳022Crl9Nil0不銹鋼焊接實(shí)驗(yàn)，熔敷金屬鐵素體數(shù)FN按NB-2433磁性法測(cè)量為:8.8 ;按照AWS B4.0M和ASTM E21的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)，熔敷金屬在焊態(tài)常溫下的力學(xué)性能見(jiàn)表3
[0075]表3熔敷金屬力學(xué)性能
[0076]
試驗(yàn)內(nèi)容室溫拉伸350°C高溫拉伸
檢測(cè)項(xiàng) η η O MJD、—D—η--、 —Α4.51Rp0.2RmA
目 RP0.2(Wa) Rm (MPa)(%)(MPa)(MPa)(%)
檢測(cè)結(jié)果 45858447.045535232.0
[0077]金相試驗(yàn)分析焊縫組織為奧氏體加δ鐵素體，焊縫組織正常；熔敷金屬無(wú)晶間腐蝕傾向，射線檢測(cè)合格。
[0078]本實(shí)施例的合金元素控制在本發(fā)明要求之內(nèi)，其熔敷金屬力學(xué)性能均滿足核電用三代核電主管道的技術(shù)要求。
[0079]實(shí)施例3:
[0080]按本發(fā)明要求設(shè)計(jì)焊絲成分及重量百分比含量為，C 0.025%、Mn 1.81%,Si 0.58%, Crl9.8%, Ni 13.4%, Mo 2.77%, Co 0.034%, Cu 0.062%, S 0.008%, P
0.012%,N 0.045%、余量為Fe及雜質(zhì)。
[0081]該焊絲可以按照常規(guī)氣體保護(hù)焊焊絲生產(chǎn)工藝制得。
[0082]將所得的核電主管道的不銹鋼氣體保護(hù)焊絲2進(jìn)行超低碳022Crl9Nil0不銹鋼焊接實(shí)驗(yàn)，熔敷金屬鐵素體數(shù)FN按NB-2433磁性法測(cè)量為:9.2 ;按照AWS B4.0M和ASTM E21的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)，熔敷金屬在焊態(tài)常溫下的力學(xué)性能見(jiàn)表4
[0083]表3熔敷金屬力學(xué)性能
[0084]
試驗(yàn)內(nèi)容I室溫拉伸350°C高溫拉伸
檢測(cè)項(xiàng)D n 9 p ^ Α4.51 Rp(L2 ^Him A口 Rp0.2 (,MPa) Rm (MPa) Λ λ /η,Λ_I______(%)__(MPa)__(MPa)__(%)
檢測(cè)結(jié)果 517--°49.046036032.0
[0085]金相試驗(yàn)分析焊縫組織為奧氏體加δ鐵素體，焊縫組織正常；熔敷金屬無(wú)晶間腐蝕傾向，射線檢測(cè)合格。
[0086]本實(shí)施例的合金元素控制在本發(fā)明要求之內(nèi)，其熔敷金屬力學(xué)性能均滿足核電用三代核電主管道的技術(shù)要求。
[0087]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲，其特征在于該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
C 0.010-0.030wt%
Mn 1.00-2.0Owt%
Si 0.30-0.65wt%
P 彡 0.025wt%
S 彡 0.010wt%
Mo 2.20-3.0Owt %
Cu ^ 0.1Owt %
Cr 18.5-20.0wt %
Ni 11.0-14.0wt %
Co ( 0.050wt%
N 0.020-0.070wt% 余量為Fe及雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲，其特征在于該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
C 0.010-0.030wt%
Mn 1.40-2.0Owt%
Si 0.35-0.55wt%
P 彡 0.015wt%
S 彡 0.008wt%
Mo 2.40-3.0Owt %
Cu ^ 0.1Owt %
Cr 19.0-20.0wt %
Ni 12.5-13.5wt%
Co ( 0.050wt%
N 0.020-0.050wt% 余量為Fe及雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲，其特征在于該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
C 0.013%, Mn 1.29%, Si 0.35%, Cr 18.8%, Ni 11.4%、Mo 2.32%, Co 0.007%,Cu 0.005%, S 0.004%, P 0.006%, N 0.025%、余量為 Fe 及雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的用于三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲，其特征在于該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
C 0.019%, Mn 1.58%, Si 0.49%, Cr 19.3%, Ni 12.6%, Mo 2.57%, Co 0.018%,Cu 0.014%, S 0.006%,P 0.009%,N 0.036%、余量為 Fe 及雜質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的用于三代核電主管道的不銹鋼氣體保焊焊絲，其特征在于該焊絲組成按重量百分比計(jì)為:
C 0.025%, Mn 1.81%, Si 0.58%, Cr 19.8%, Ni 13.4%, Mo 2.77%, Co 0.034%, Cu 0.062%, S 0.008%,P 0.012%,N 0.045%、余量為 Fe 及雜質(zhì)。
【文檔編號(hào)】B23K35/24GK104175017SQ201410409837
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】楊強(qiáng), 余燕, 蔣勇, 左波, 鄭海, 景益, 陳維富, 叢大志 申請(qǐng)人:四川大西洋焊接材料股份有限公司, 上海核工程研究設(shè)計(jì)院