CN111037153B - 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 (3)
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%。
2.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%。
3.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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