CN109865957A - 一种适用于核电的不锈钢焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于核电的不锈钢焊丝，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.50～0.80％，Mn：16.50～17.50％，Cr：20.00～22.00％，Ni：2.00～2.50％，Mo：3.50～4.50％，Si：0.85～1.25％，V：0.05～0.15％，Ti：0.05～0.15％，Nb：0.05～0.15％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。本发明通过控制元素成分的方法得到了适用于核电的不锈钢焊丝，其焊缝在长时间高温氯离子蒸汽环境下依旧能形成致密的氧化膜并且具有良好的高温力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属焊接材料相关技术领域，特别涉及一种适用于核电的不锈钢焊丝及其制备方法。
背景技术
核电是一种清洁能源，对于满足中国的电力需求、优化能源结构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要战略意义。核能发电与传统火力发电相比，污染小、产电量大并且成本相对较低，因此各国都争相进行核电站的建设，我国现在也在积极建设第三代核电站。
核电的蒸汽发生器用钢要求要承受高温、高压和介质的腐蚀、磨蚀等作用，所以钢的选择也至关重要。由于核电站的特殊性，对安全的要求是首要的，所以对于这些材料焊接的要求也极为严格。因此，此类钢焊接的焊丝选择便显得尤为重要，焊缝在如此恶劣的情况下能够不发生开裂现象便是优先要考虑的问题。目前市面上常用的不锈钢焊丝价格普遍偏高，并且强度较低，因此我们希望能够提供一种价格相对较低、强度更高并且具有优异耐腐蚀性的适用于核电的蒸汽发生器的不锈钢焊丝。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于核电的不锈钢焊丝及其制备方法，解决了核电蒸汽发生器在高温环境且带有腐蚀介质下不锈钢焊缝容易腐蚀和断裂的问题，本发明旨在提供一种适用于在核电蒸汽发生器的高温且带有腐蚀介质环境中使用的不锈钢焊丝，除相对于市面上使用的不锈钢焊丝价格更低之外，其焊缝在高温和腐蚀介质环境下能够保持更高的强度和优异的耐腐蚀性。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.50～0.80％，Mn：16.50～17.50％，Cr：20.00～22.00％，Ni：2.00～2.50％，Mo：3.50～4.50％，Si：0.85～1.25％，V：0.05～0.15％，Ti：0.05～0.15％，Nb：0.05～0.15％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
可选的，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.70～0.80％，Mn：16.50～17.50％，Cr：20.00～22.00％，Ni：2.00～2.50％，Mo：3.50～4.50％，Si：0.85～1.25％，V：0.05～0.15％，Ti：0.05～0.15％，Nb：0.05～0.15％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
一种适用于核电的不锈钢焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、按照设计的成分配置原料，将配好的原料(除氮化铬外)均加入感应熔炼炉中熔炼；
S2、熔炼脱气净化后加入氮化铬并调整成分，成分满足后连铸成直径50mm的棒材；
S3、进行多道次热轧制成直径6mm的线材，再通过冷拔加工为直径1.0～2.0mm的丝材；
最后包装为固定质量的盘状焊丝，以备TIG(非熔化极惰性气体保护电弧焊)、MIG(熔化极惰性气体保护电弧焊)焊接使用。
(三)有益效果
本发明提供了一种适用于核电的不锈钢焊丝及其制备方法，具备以下有益效果：
本发明通过控制元素成分的方法得到了适用于核电的不锈钢焊丝，其焊缝在长时间高温氯离子蒸汽环境下依旧能形成致密的氧化膜并且具有良好的高温力学性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.78％，Mn：16.91％，Cr：21.59％，Ni：2.13％，Mo：4.50％，Si：0.89％，V：0.09％，Ti：0.08％，Nb：0.05％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
将不锈钢制成直径为1.0mm的丝材，设置焊接电流为170A，焊接速度为0.25m/min，送丝速度为1.9m/min，使用TIG焊在基板上堆焊出一个尺寸为10x10x5cm的块体试样。将焊接后的试样于600℃的高温氯离子蒸汽环境下放置一个月，观察表面形貌，发现表面腐蚀均匀，形成致密的氧化膜，无点蚀产生，满足耐蚀性要求。按照拉伸试验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品并进行拉伸性能试验，测量焊件力学性能。
实施例2：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.80％，Mn：16.87％，Cr：20.98％，Ni：2.25％，Mo：3.98％，Si：0.85％，V：0.05％，Ti：0.09％，Nb：0.09％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
将不锈钢制成直径为1.0mm的丝材，设置焊接电流为170A，焊接速度为0.25m/min，送丝速度为1.9m/min，使用MIG焊在基板上堆焊出一个尺寸为10x10x5cm的块体试样。将焊接后的试样于600℃的高温氯离子蒸汽环境下放置一个月，观察表面形貌，发现表面腐蚀均匀，形成致密的氧化膜，无点蚀产生，满足耐蚀性要求。按照拉伸试验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品并进行拉伸性能试验，测量焊件力学性能。
实施例3：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.74％，Mn：16.50％，Cr：20.00％，Ni：2.07％，Mo：3.50％，Si：0.99％，V：0.07％，Ti：0.05％，Nb：0.08％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
将不锈钢制成直径为1.2mm的丝材，设置焊接电流为178A，焊接速度为0.28m/min，送丝速度为1.9m/min，使用TIG焊在基板上堆焊出一个尺寸为10x10x5cm的块体试样。将焊接后的试样于600℃的高温氯离子蒸汽环境下放置一个月，观察表面形貌，发现表面腐蚀均匀，形成致密的氧化膜，无点蚀产生，满足耐蚀性要求。按照拉伸试验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品并进行拉伸性能试验，测量焊件力学性能。
实施例4：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.50％，Mn：17.28％，Cr：21.35％，Ni：2.00％，Mo：4.17％，Si：1.13％，V：0.07％，Ti：0.09％，Nb：0.15％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
将不锈钢制成直径为1.2mm的丝材，设置焊接电流为178A，焊接速度为0.28m/min，送丝速度为1.9m/min，使用MIG焊在基板上堆焊出一个尺寸为10x10x5cm的块体试样。将焊接后的试样于600℃的高温氯离子蒸汽环境下放置一个月，观察表面形貌，发现表面腐蚀均匀，形成致密的氧化膜，无点蚀产生，满足耐蚀性要求。按照拉伸试验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品并进行拉伸性能试验，测量焊件力学性能。
实施例5：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.67％，Mn：17.19％，Cr：21.87％，Ni：2.43％，Mo：4.22％，Si：0.93％，V：0.08％，Ti：0.10％，Nb：0.08％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
将不锈钢制成直径为1.2mm的丝材，设置焊接电流为178A，焊接速度为0.28m/min，送丝速度为1.9m/min，使用TIG焊在基板上堆焊出一个尺寸为10x10x5cm的块体试样。将焊接后的试样于600℃的高温氯离子蒸汽环境下放置一个月，观察表面形貌，发现表面腐蚀均匀，形成致密的氧化膜，无点蚀产生，满足耐蚀性要求。按照拉伸试验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品并进行拉伸性能试验，测量焊件力学性能。
实施例6：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.63％，Mn：16.88％，Cr：22.00％，Ni：2.11％，Mo：4.09％，Si：1.19％，V：0.15％，Ti：0.09％，Nb：0.10％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
将不锈钢制成直径为1.6mm的丝材，设置焊接电流为180A，焊接速度为0.30m/min，送丝速度为1.5m/min，使用TIG焊在基板上堆焊出一个尺寸为10x10x5cm的块体试样。将焊接后的试样于600℃的高温氯离子蒸汽环境下放置一个月，观察表面形貌，发现表面腐蚀均匀，形成致密的氧化膜，无点蚀产生，满足耐蚀性要求。按照拉伸试验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品并进行拉伸性能试验，测量焊件力学性能。
实施例7：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.75％，Mn：17.50％，Cr：20.43％，Ni：2.50％，Mo：4.35％，Si：1.25％，V：0.07％，Ti：0.15％，Nb：0.09％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
将不锈钢制成直径为1.6mm的丝材，设置焊接电流为180A，焊接速度为0.30m/min，送丝速度为1.5m/min，使用MIG焊在基板上堆焊出一个尺寸为10x10x5cm的块体试样。将焊接后的试样于600℃的高温氯离子蒸汽环境下放置一个月，观察表面形貌，发现表面腐蚀均匀，形成致密的氧化膜，无点蚀产生，满足耐蚀性要求。按照拉伸试验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品并进行拉伸性能试验，测量焊件力学性能。
实施例8：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.79％，Mn：17.33％，Cr：21.55％，Ni：2.21％，Mo：3.77％，Si：1.21％，V：0.09％，Ti：0.12％，Nb：0.07％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
将不锈钢制成直径为2.0mm的丝材，设置焊接电流为180A，焊接速度为0.28m/min，送丝速度为1.2m/min，使用TIG焊在基板上堆焊出一个尺寸为10x10x5cm的块体试样。将焊接后的试样于600℃的高温氯离子蒸汽环境下放置一个月，观察表面形貌，发现表面腐蚀均匀，形成致密的氧化膜，无点蚀产生，满足耐蚀性要求。按照拉伸试验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品并进行拉伸性能试验，测量焊件力学性能。
实施例9：
一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.70％，Mn：16.59％，Cr：21.15％，Ni：2.19％，Mo：4.02％，Si：0.98％，V：0.11％，Ti：0.09％，Nb：0.09％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
将不锈钢制成直径为2.0mm的丝材，设置焊接电流为180A，焊接速度为0.28m/min，送丝速度为1.2m/min，使用MIG焊在基板上堆焊出一个尺寸为10x10x5cm的块体试样。将焊接后的试样于600℃的高温氯离子蒸汽环境下放置一个月，观察表面形貌，发现表面腐蚀均匀，形成致密的氧化膜，无点蚀产生，满足耐蚀性要求。按照拉伸试验国家标准，将块体制成符合国家标准的拉伸试验样品并进行拉伸性能试验，测量焊件力学性能。
表1具体实施例成分表(％)
除表1给出的成分外，其余均为C≤0.08％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
表2各项性能实际测量值
综上所述：本发明通过控制元素成分的方法得到了适用于核电的不锈钢焊丝，其焊缝在长时间高温氯离子蒸汽环境下依旧能形成致密的氧化膜并且具有良好的高温力学性能。
需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.50～0.80％，Mn：16.50～17.50％，Cr：20.00～22.00％，Ni：2.00～2.50％，Mo：3.50～4.50％，Si：0.85～1.25％，V：0.05～0.15％，Ti：0.05～0.15％，Nb：0.05～0.15％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种适用于核电的不锈钢焊丝，其特征在于，其化学成分按质量百分比计为：C≤0.08％，N：0.70～0.80％，Mn：16.50～17.50％，Cr：20.00～22.00％，Ni：2.00～2.50％，Mo：3.50～4.50％，Si：0.85～1.25％，V：0.05～0.15％，Ti：0.05～0.15％，Nb：0.05～0.15％，S≤0.01％，P≤0.02％，余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的任意一种适用于核电的不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、按照设计的成分配置原料，将配好的原料(除氮化铬外)均加入感应熔炼炉中熔炼；
S2、熔炼脱气净化后加入氮化铬并调整成分，成分满足后连铸成直径50mm的棒材；
S3、进行多道次热轧制成直径6mm的线材，再通过冷拔加工为直径1.0～2.0mm的丝材。
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