CN111151918B - 快中子反应堆设备制造用e316h型不锈钢埋弧焊焊接材料及其制备方法 - Google Patents

快中子反应堆设备制造用e316h型不锈钢埋弧焊焊接材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了快中子反应堆设备制造用E316H型不锈钢埋弧焊焊接材料及其制备方法，焊丝中焊芯的各元素的质量百分数：C：0.05％～0.07％、Si：0.10％～0.30％、Mn：1.25％～2.0％、P≤0.005％、S≤0.005％、Cr：18.0％～20.50％、Ni：10.0％～12.0％、Mo:2.20％或2.25％、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。焊剂各成分的质量百分比为：氧化镁：8～15％，三氧化二铝：20～40％，氟化钙：30～40％，大理石：5～10％，硅铁(Si‑Fe)：2～4％，金属铬：2～4％，通过焊丝与焊剂匹配获得熔敷金属的O元素与的质量百分数为0.047，H元素的质量百分数为0.0008，本发明熔敷金属室温、高温强度高，冲击韧性良好，且【H】、【O】含量较低，可以满足快中子反应堆用316H奥氏体不锈钢的焊接，也可用于其他300系列奥氏体不锈钢的焊接。

Description

快中子反应堆设备制造用E316H型不锈钢埋弧焊焊接材料及 其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，涉及一种E316H型奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝和焊剂及其制备方法。
背景技术
快中子反应堆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；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。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，结构复杂，性能指标及尺寸精度要求高，主要材料为奥氏体不锈钢316H，对焊接工艺和焊接质量要求非常高。且快堆堆容器与堆内构件及旋塞制造用316H奥氏体不锈钢，用于承载、承压构件，焊接量大，不仅要求焊缝耐腐蚀，对室温强度、高温强度，高温持久等要求极高，同时对焊缝熔敷金属中的【H】、【O】提出了严格的要求，现在国内外均没有完全满足条件的焊条。
发明内容
本发明提供了一中E316H型奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝及其焊剂，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。该埋弧焊焊丝匹配焊剂焊接工艺性良好，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、高温强度，高温持久性能、室温各项冲击性能、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型不锈钢埋弧焊焊丝，所述焊丝的焊芯含各元素的质量百分数：C：0.05％～0.07％、Si：0.10％～0.30％、Mn：1.25％～2.0％、P≤0.005％、S≤0.005％、Cr：18.0％～20.50％、Ni：10.0％～12.0％、Mo:2.20％或2.25％、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，一种快中子反应堆设备制造用E316H型不锈钢埋弧焊焊剂，采用高纯的大理石、氧化镁三氧化二铝作为造渣剂、辅以大量氟化钙作为脱氢剂，通过添加硅铁、金属铬进行合金元素的补足，其中各成分的质量百分比为：氧化镁：8～15％，三氧化二铝：20～40％，氟化钙：30～40％，大理石：5～10％，硅铁(Si-Fe)：2～4％，金属铬：2～4％，
通过焊丝与焊剂匹配获得熔敷金属的O元素的质量百分数为0.047，H元素的质量百分数为0.0008，或者获得熔敷金属的O元素的质量百分数为0.053，H元素的质量百分数为0.0007。
一种埋弧焊焊剂的制备方法，按照质量百分比称取各固体组分：8～15％的氧化镁、30～40％的氟化钙、20～40％的三氧化二铝、5～10％的大理石、2～4％的硅铁(Si-Fe)、2～4％的金属铬；将固体组分混合均匀后，加入固体组分19～22％的液体组分，液体组分为钾钠水玻璃，混合均匀后在100至150℃低温烘焙30分钟，在650～800℃高温烧结成形。
本发明的有益效果是：该焊丝中C Si含量控制较低，易于制备；焊丝中进行了Mn、Cr、Mn元素的合理匹配，且P、S等杂质元素含量极低，匹配本发明焊剂焊接可以获得纯净度高、【O】【H】含量适当的熔敷金属。本发明的奥氏体不锈钢埋弧焊焊剂、通过精心设计各组分含量，焊剂碱度较高，匹配不锈钢焊丝焊接可以获得纯净的熔敷金属，且焊剂工艺性良好，焊接中脱渣容易，无粘渣。本发明一种E316H型奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝匹配研制焊剂，可直接应用于快堆堆容器与堆内构件及旋塞制造用316H奥氏体不锈钢的焊接。
具体实施方式
现对本发明做进一步的说明，本发明涉及到一种E316H型埋弧焊焊接材料，包括焊芯和焊剂，焊芯所含各元素的质量百分数：C 0.05％～0.07％、Si 0.10％～0.30％、Mn1.25％～2.0％、P≤0.005％、S≤0.005％、Cr18.0％～20.50％、Ni 10.0％～12.0％、Mo:2.20％或2.25％、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。
设计依据为：碳：碳是有效的的强化元素，也是最经济的强化元素，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0.05％～0.07％
硅：是脱氧元素，可以有效脱氧，但增加焊缝的强度和硬度，恶化焊接性，故硅不能过高，控制在0.1～0.30％。
锰：是脱氧剂、也是强化剂，但焊芯中锰含量过高增大焊丝的强度，不利于焊丝的拉拔制备，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：18.00％～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：10.00～12.00％。
硫、磷：硫、磷存在钢中是有害的元素。硫在钢中易形成MnS和FeS，降低了钢的冲击韧性，影响钢的焊接性能，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％。
本发明的一种高碱度埋弧焊烧结焊剂，采用了优质高纯的大理石、氧化镁三氧化二铝作为造渣剂、辅以大量氟化钙作为脱氢剂，通过添加硅铁、金属铬进行合金元素的补足，其中各成分的重量百分比为：氧化镁8～15％，三氧化二铝20～40％，氟化钙30～40％，大理石5～10％，硅铁(Si-Fe)2～4％，金属铬2～4％。
本发明的一种高碱度埋弧焊焊剂的制备方法：按照重量百分比称取各固体组分：8～15％的氧化镁、30～40％的氟化钙、20～40％的三氧化二铝、5～10％的大理石、2～4％的硅铁(Si-Fe)、2～4％的金属铬；将固体组分混合均匀后，加入固体组分19～22％的液体组分，液体组分为钾钠水玻璃，混合均匀后在100至150℃低温烘焙30分钟，在650～800℃高温烧结成形。
具体实施例如下：
(1)按照表1百分含量中，称取焊剂各组原材料，并在常温下进行干混料；
(2)将干混合均匀的物料用40目筛过筛，去除物料中的夹杂物；
(3)过筛的物料进行复称，复称的重量为：每单份干混合物料的重量为50±0.5Kg，然后加入10kg水玻璃，将物料在常温下调湿均匀；
(4)加入水玻璃调湿均匀的物料在150±5℃的温度下进行烘焙，并在650～800℃的高温烧结成型；
(5)将高温烧结成型的物料进行过筛，选择大于10目而小于80目的颗粒作为成品进行包装。
表1实施例焊剂各组原材料
Figure GDA0003512343500000031
用制作焊剂匹配表2中两批次焊丝进行焊接，按照快堆容器制造用焊接技术要求检测焊缝力学性能，试板熔敷金属各项力学性能见表3、表4、表5、表6。
表2实施例焊丝及熔敷金属成分
Figure GDA0003512343500000041
试板焊接过程中，各实例配方焊剂焊接过程稳定，渣壳硬度适中，较高温度自动脱落，渣壳为碎短渣，极易从坡口中清除。
表3实施例熔敷金属拉伸性能
Figure GDA0003512343500000042
表4实施例熔敷金属冲击性能
Figure GDA0003512343500000051
表5实施例熔敷金属耐晶间腐蚀性能
Figure GDA0003512343500000052
表6实施例熔敷金属高温持久性能
Figure GDA0003512343500000053

Claims (1)

1.快中子反应堆设备制造用E316H型不锈钢埋弧焊焊接材料，具有焊丝及焊剂，其特征在于：所述焊丝的焊芯含各元素的质量百分数：C ：0.05%～0.07%、Si： 0.10%～0.30% 、Mn：1.25%～2.0%、P≤0.005%、S≤0.005%、Cr：18.0%～20.50%、Ni：10.0%～12.0%、Mo: 2.20%或2.25%、 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，焊剂中各成分的质量百分比为：氧化镁：8～15%，三氧化二铝：20～40%，氟化钙：30～40%，大理石：5～10%，硅铁（Si-Fe）：2～4%，金属铬：2～4%，通过焊丝与焊剂匹配获得熔敷金属的O元素的质量百分数为0.047，H元素的质量百分数为0.0008，或者获得熔敷金属的O元素的质量百分数为0.053，H元素的质量百分数为0.0007 。
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