CN111037153A - 快中子反应堆设备制造用e316h型焊条 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快中子反应堆设备制造用E316H型焊条，包括焊条药皮和焊芯，焊条药皮由固体组分和液体组分组成，固体组分重量百分比为大理石：20％～28％、萤石：10％～15％、冰晶石：30％～38％、金红石：10％～15％、纯碱Na2CO3：0％～1％、云母：3％～6％、硅灰石：4％～6％、碳酸钡：1％～3％、钛铁：6％～10％、硅铁：1％～2％、铁黑：4％～8％、稀土氧化物：1％～3％、金属锰：1％～3％、金属镍：2％～4％、金属铬：2％～4％，液体组分为钾钠水玻璃，占固体组分质量20％～23％；焊条熔敷金属室温(高温)强度高，冲击韧性良好，且【H】、【O】含量较低，可满足快中子反应堆用316H奥氏体不锈钢的焊接，和其他300系列奥氏体不锈钢的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，尤其涉及快中子反应堆设备制造用E316H型焊条。
背景技术
快中子反应堆简称快堆，在运行过程中裂变燃料越烧越多，得到增值，是当今唯一现实的增值堆型。以快堆为牵引的先进核燃料循环系统具有两大功能：一是能够大幅度提高铀资源的利用率，可将天然铀资源的利用率从目前在核电站中广泛应用的压水堆的约1％提高到60％以上；二是可以嬗变压水堆产生的长寿命放射性废物，实现放射性废物的最小化。目前为止，我国建造了较多的压水堆核电站，但商业化快中子反应堆压水堆的建造数量为零，因此压水堆核废料只能长期储存在废料罐中，不能重复利用。快中子反应堆作为核电第四代堆型，可实现快堆与压水堆燃料的循环使用，是未来核电发展的主导产品。快堆技术的发展和推广，对促进我国核电可持续发展和先进燃料循环体系的建立，对核能的可持续发展具有重要意义，对中国核电发展前景起到关键作用。
目前在制的示范快堆堆容器及旋塞设备总重约为3500吨，体积庞大，性能指标及尺寸精度要求高，主要材料为316H奥氏体不锈钢，对焊接工艺和焊接质量要求非常高。且快堆堆容器、堆内构件及旋塞均为承载、承压构件，制造中焊接量大，要求焊缝耐腐蚀，对室温强度、高温强度，高温持久等要求极高，需要焊缝熔敷金属中的【H】、【O】含量非常低。
在现行的核压力容器中，不锈钢焊接材料一般用作表层防腐蚀，对焊缝的强度、冲击等力学性能要求相对较低，且奥氏体不锈钢内【H】溶解度高，焊缝控氢难，故示范快堆堆容器制造均不能采购到完全满足要求的焊条。
发明内容
本发明提供一款E316H型焊条，用于快堆堆容器、堆内构件及旋塞制造用316H奥氏体不锈钢的焊接。该焊条焊接工艺性良好，焊条熔敷金属中的【H】、【O】具有较低含量；焊条熔敷金属具有较高的室温强度和高温强度，高温持久性能、冲击性能优良、耐晶间腐蚀性能良好。
本发明所采用的技术方案是快中子反应堆设备制造用E316H型焊条，包括焊条药皮和焊芯，所述的焊条药皮由固体组分和液体组分组成，所述的固体组分其成分及其重量百分比为：大理石：20％～28％、萤石：10％～15％、冰晶石：30％～38％、金红石：10％～15％、纯碱Na2CO3：0％～1％、云母：3％～6％、钛铁：6％～10％、硅铁：1％～2％、铁黑：4％～8％、稀土氧化物：1％～3％、金属锰：1％～3％、金属镍：2％～4％、金属铬：2％～4％，所述的液体组分为钾钠水玻璃，占固体组分重量20％～23％；所述的焊芯其成分及重量百分比为：C：0.02％～0.04％、Si：0％～0.20％、Mn：1.25％～2.0％、P≤0.005％、S≤0.005％、Cr：19.0％～20.0％、Ni：11.0％～12.0％、Cu≤0.020％、Co≤0.010％、B≤0.0005％、余量为Fe。
所述的焊条药皮的固体组分其成分及其重量百分比为：硅灰石：4％～6％、碳酸钡：1％～3％。
所述的焊芯其组分及重量百分比为：Nb≤0.01％、As≤0.005％、Sn≤0.002％，Sb≤0.001％。
所述的焊条药皮在采用上述原材料时，限定矿物原材料纯度≥95％，粒度要求100％过100目；硅铁(Si-Fe)限定为Si含量为40.0～47.0％，钛铁限定Ti含量为25.0～28.0％,金属锰、金属镍、金属铬中限定为Mn、Ni、Cr含量≥99％。
本发明的有益效果是：本发明不锈钢焊条，具有良好的焊接工艺性，适合全位置焊接，焊条焊接过程中不发红、不开裂。焊接过程中电弧稳定，熔池活泼，熔池边界清晰，焊缝成形美观，焊渣容易清除。本发明不锈钢焊条熔渣碱度较高，可有效控制熔敷金属中氢、氧含量，且焊条熔敷金属中S、P等杂质极低。本发明焊条针对核电工业应用，对于快中子反应堆堆容器发展具有重要意义，本发明基于快中子反应堆堆容器用316H钢焊接需求研制，焊条熔敷金属室温强度在520MPa以上，高温强度、高温持久性能、室温各项冲击、耐晶间腐蚀性能优良。
具体实施方式
现结合实施例对发明做进一步的说明，本发明涉及一种不锈钢焊条药皮，采用了碱度稍低的低氢型渣系，组分以大理石、萤石、冰晶石为主，添加金红石合理改善焊接过程中药皮熔融态的粘度和流动性，实现了焊条的全位置焊接；添加云母、纯碱使焊条药皮具有良好的涂压性能；硅灰石及少量碳酸钡的加入，增加焊条熔池的活泼性，熔池边界清晰；药皮中添加了钛铁、硅铁、金属锰，应用钛-硅-锰联合脱氧，良好的控制了焊条熔敷金属中的【O】含量。
本发明涉及到一种316H型焊芯，焊芯所含各元素的重量百分数：C 0.02％～0.04％、Si 0％～0.20％、Mn 1.25％～2.0％、P≤0.005％、S≤0.005％、Cr19.0％～20.0％、Ni 11.0％～12.0％、Cu≤0.020％、Co≤0.010％、B≤0.0005％、Nb≤0.01％、As≤0.005％、Sn≤0.002％，Sb≤0.001％,余量为Fe及不可避免杂质。
碳：碳是有效的的强化元素，也是最经济的元素，然而碳对韧性、焊接性尤其是耐晶间腐蚀性能等有不利的影响，碳含量不能太高，控制在0.02％～0.04％。
硅：是脱氧元素，可以有效脱氧，但是在不锈钢焊接中，熔渣向焊缝过渡大量硅，且硅有增大焊芯电阻的倾向，容易使焊条发红，应尽量低的控制焊芯中硅含量，控制在0～0.20％。
锰：是脱氧剂、也是强化剂，但焊芯中锰含量过高增大焊芯的强度，不利于焊芯的制备，控制在1.25％～2.0％。
铬：是主要耐腐蚀元素，但铬含量过高增加焊缝的再热裂纹敏感性，综合试验，本发明选取铬的范围为：19.00～20.00％。
镍：是主要耐腐蚀元素，并且提高焊缝的韧、塑性，但镍元素成本较高，本发明选取镍的范围为：11.00～12.00％。
硫、磷：硫、磷存在钢中是有害的元素。硫在钢中易形成MnS和FeS，降低了焊缝的冲击韧性，影响焊接性能，且硫、磷过高增加焊缝的热裂纹倾向。本发明中硫、磷的含量均限制在≤0.005％。
实例一：本实施例的一种低氢型的不锈钢药皮，所述药皮中固体组分和液体组分混合而成，所述液体组分的加入质量为固体组分重量的22％。
所述固体组分按照重量份计，包括以下组分：大理石25份、萤石12份、冰晶石30份、金红石12份、纯碱1份、硅灰石5份、云母4份、碳酸钡1份、钛铁9份、硅铁1份、铁黑5份、稀土氧化物1份、金属锰1份、金属镍1份、金属铬2份。
采用的优质E316H焊芯，化学分析法测得化学成分重量百分数C 0.04％、Si0.12％、Mn1.9％、P 0.004％、S 0.0009％、Cr19.5％、Ni 12.0％、Cu 0.020％、Co＜0.01％、B＜0.0005％、Nb＜0.01％、As＜0.005％、Sn0＜0.002％，Sb＜0.001％,余量为Fe及不可避免杂质。
所采用液体组分为20℃下46Be的钾纳1:1水玻璃，将上述药皮原材料混合均匀后，用40目的筛子过筛到100％40目以下，干粉搅拌均匀，加入固体组分20％～23％的钾纳1:1水玻璃再搅拌均匀后，在成套焊条生产设备上将药皮涂压在焊芯上，将涂压出焊条在低温80-100℃烘焙2-3小时、高温350-420℃烘焙1.5-2小时。
本实例中生产出的焊条表面光滑，成品率高，无偏心。采用本发明焊条进行焊接：焊接电弧稳定，飞溅少，焊纹细密，焊道与坡口两侧润湿良好，渣壳可自动脱落，焊条可焊至末端，无发红药皮脱落现象。焊条熔敷金属化学成分检测C 0.045％、Si 0.50％、Mn 1.9％、P 0.005％、S 0.003％、Cr19.2％、Ni 11.8％、Cu 0.005％、Co＜0.01％、B＜0.0005％、Nb＜0.01％、As0.003％、Sn＜0.002％，Sb＜0.001％,余量为Fe及不可避免杂质。
所得焊条焊态熔敷金属，按照快堆容器制造用焊条技术要求检测力学性能得见表1、表2、表3、表4
表1焊条熔敷金属拉伸性能
表2焊条熔敷金属冲击性能
表3焊条熔敷金属高温持久性能
表4焊条熔敷金属晶间腐蚀试验结果
Claims (4)
1.快中子反应堆设备制造用E316H型焊条，其特征在于：包括焊条药皮和焊芯，所述的焊条药皮由固体组分和液体组分组成，所述的固体组分其成分及其重质量百分比为：大理石：20％～28％、萤石：10％～15％、冰晶石：30％～38％、金红石：10％～15％、纯碱Na2CO3：0％～1％、云母：3％～6％、钛铁：6％～10％、硅铁：1％～2％、铁黑：4％～8％、稀土氧化物：1％～3％、金属锰：1％～3％、金属镍：2％～4％、金属铬：2％～4％，所述的液体组分为钾钠水玻璃，占固体组分重量20％～23％；所述的焊芯其成分及重量百分比为：C：0.02％～0.04％、Si：0％～0.20％、Mn：1.25％～2.0％、P≤0.005％、S≤0.005％、Cr：19.0％～20.0％、Ni：11.0％～12.0％、Cu≤0.020％、Co≤0.010％、B≤0.0005％、余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的E316H型焊条，其特征在于：所述的焊条药皮的固体组分其成分及其重量百分比为：硅灰石：4％～6％、碳酸钡：1％～3％。
3.根据权利要求1所述的E316H型焊条，其特征在于：所述的焊芯其组分及重量百分比为：Nb≤0.01％、As≤0.005％、Sn≤0.002％，Sb≤0.001％。
4.根据权利要求1所述的E316H型焊条，其特征在于：所述的焊条药皮在采用上述原材料时，限定矿物原材料纯度≥95％，粒度要求100％过100目；硅铁(Si-Fe)限定为Si含量为40.0～47.0％，钛铁限定Ti含量为25.0～28.0％,金属锰、金属镍、金属铬中限定为Mn、Ni、Cr含量≥99％。
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