CN112626313A - 一种不锈钢焊材熔炼脱硫的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢焊材熔炼脱硫的方法，该方法包括精选冶炼原材料，采用ZG‑0.025型真空感应熔炼炉熔炼308L不锈钢铸锭，控制工艺参数，依次关闭扩散泵、罗茨泵和机械泵，真空下充入高纯氩气，加入脱氧元素硅及易挥发元素锰，电磁搅拌；降低功率，浇注，冷却取出铸锭，切除冒口。本发明工艺流程容易实现，安全稳定可靠，可获得的铸锭硫含量按质量分数计≤0.0010%。

Description

一种不锈钢焊材熔炼脱硫的方法
技术领域
本发明涉及的是一种不锈钢焊材熔炼脱硫技术领域的方法，具体是一种高真空感应熔炼+预制氧化钙坩埚+稀土镧的脱硫方法。
背景技术
308L不锈钢焊材具有良好的力学性能和耐腐蚀性能,被广泛用于制备压水堆核电站压力容器的内壁堆焊层和接管安全端焊缝。然而,在环境温度280～330℃下长期服役时,308L不锈钢焊材易发生热老化,使硬度增加而韧性降低,可能劣化焊材的耐腐蚀性能,影响到内壁堆焊层和接管安全端的结构完整性。此外,压力容器内壁308L堆焊层处于中子辐照环境中,在服役过程中会发生辐照损伤,进而影响到堆焊层的腐蚀和应力腐蚀开裂行为。
压水堆核电厂因其功率密度高、结构紧凑、安全易控、技术成熟、造价和发电成本相对较低等特点，成为国际上最广泛采用的商用核电堆型，占轻水堆核电机组总数的3/4。我国核电站以及潜艇基本都采用了先进的压水堆核电机组，安全性比福岛高很多。压水堆核电站是一个密闭的循环系统。该核电站的原理流程为：主泵将高压冷却剂送入反应堆，一般冷却剂保持在120～160个大气压。在高压情况下，冷却剂的温度即使300℃多也不会汽化。压水堆由压力容器和堆芯两部分组成。压力容器是一个密封的、又厚又重的、高达数十米的圆筒形大钢壳，所用的钢材耐高温高压、耐腐蚀，用来推动汽轮机转动的高温高压蒸汽就在这里产生的。在容器的顶部设置有控制棒驱动机构，用以驱动控制棒在堆芯内上下移动。如果反应堆发生故障，立即把足够多的控制棒插入堆芯，在很短时间内反应堆就会停止工作，这就保证了反应堆运行的安全。压水堆是比较广泛采用的核反应堆。其特征是水在堆芯内不沸腾，因此水必须保持在高压状态。温度升高了的水进入蒸汽发生器内，器内有很多细管，细管中的水接收热量变成蒸汽进入蒸汽轮机发电。
压水堆核电站在数十年的运行中，已经发生过各种各样的腐蚀失效，安全可靠是核电站发展的基石，我国也始终把核电安全放在第一位。我们有理由相信，随着经验的积累以及技术的进步，核电站的安全性能将逐步得到进一步提高，将要发展的第三代反应堆和未来的第四代反应堆会为我们安全利用核能营造新的环境。
308L作为一种压水堆使用的焊接材料，其材质的纯净度对焊接质量有着非常重要的影响，因此控制该焊材的杂质含量，尤其是硫含量，对提高焊缝质量具有重要意义。由于不锈钢中硫元素能够形成低熔点共晶物，在结晶过程中极易形成液膜，降低材料塑性。硫容易发生偏析，从而增大脆性温度区间范围，增加结晶裂纹的敏感性。本专利通过特殊的冶炼工艺，可以将这些杂质元素控制在一个较低的水平。
因此控制和减少硫元素的含量是真空冶炼相关技术是不锈钢焊接材料技术的关键，本发明方法就是针对这一技术难题进行的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种不锈钢焊材熔炼脱硫的方法，该方法可获得致密的含硫量超低的合金铸锭。
本发明是通过以下技术方案实现：一种不锈钢焊材熔炼脱硫的方法，该方法包括：
（1）精选冶炼原材料，包括纯铁、金川镍、高纯金属铬、金属硅、电解锰，纯铁表面酸洗除锈，原材料烘干，钢锭模和保温冒及浇杯高温烘干；
（2）采用ZG-0.025型真空感应熔炼炉熔炼308L不锈钢铸锭，其工艺参数为：抽真空至0.01Pa，15～20kW：15～25min；25～30kW直到熔化；真空度≤0.05Pa，15～20kW，精炼15min，电磁搅拌；真空下降低功率至5kW，3～5min：冷冻放气，再升高功率至20kW，反复2-3次；依次关闭扩散泵、罗茨泵和机械泵，真空下充入高纯氩气至真空度≥103Pa，10～15kW，加入脱氧元素硅及易挥发元素锰，电磁搅拌；降低功率至10kW，浇注，冷却取出铸锭，切除冒口。
该不锈钢按wt%计其化学成分要求如下：C≤0.03，Si≤1.0，Mn≤2.0，P≤0.005，S≤0.005，Cr：19.0-21.0，Ni：10.0-12.5，其它≤0.5，Fe：基体。
该不锈钢铸锭含稀土镧按质量分数计≤0.03%。
熔炼过程中采用预制的氧化钙坩埚，高真空下精炼，利用电磁搅拌作用和冷冻方式进一步充分脱硫，脱硫主要在合金液上表面进行。
本发明的优点：
（1）特殊冶炼工艺及采用预制氧化钙坩埚，使用稀土镧，高真空下精炼，电磁搅拌，冷冻处理，因此可以大幅度脱硫，对获得308L不锈钢超低含量的硫具有非常重要的作用。
（2）308L不锈钢超低含量的硫抑制了焊接熔敷金属结晶裂纹的敏感性，大幅度提高不锈钢的机械性能。
（3）308L不锈钢超低含量的硫的焊接材料，可以应用在核电等重要领域，对国产化焊材起到推动作用。
（4）本发明308L不锈钢脱硫方法，成本相对较低，工艺相对容易实现，还以进一步为其它不锈钢获得超低硫含量起到借鉴作用。
具体实施方式
实施例：
精选冶炼原材料，包括纯铁、金川镍、高纯金属铬、金属硅、电解锰，纯铁表面酸洗除锈，原材料烘干加入到坩埚中，钢锭模和保温冒及浇杯高温烘干放入炉膛中，该不锈钢铸锭含稀土镧按质量分数计≤0.03%。采用ZG-0.025型真空感应熔炼炉熔炼308L不锈钢铸锭，其工艺参数为：抽真空至0.01Pa，18kW：20min；28kW直到熔化；真空度0.05Pa，精炼15min，电磁搅拌；利用原材料中的碳进行预脱氧；真空下降低功率至5kW冷冻放气，3min：冷冻放气，再升高功率至20kW，反复3次；依次关闭扩散泵、罗茨泵和机械泵，真空下充入高纯氩气至真空度1.5×103Pa，15kW，加入脱氧元素稀土镧和硅及易挥发元素锰，电磁搅拌；降低功率至10kW，浇注，冷却取出铸锭，切除冒口。机械加工车去铸锭表面氧化皮，获得光滑表面铸锭，化学元素分析，最后锻造、轧制和拉拔成一定规格的焊丝。
硫元素分析采用红外吸收法（国家标准GB/T 20123-2006），分析精度为0.0001%（质量分数）。
该实施例获得308L不锈钢铸锭按wt%（质量分数）计，其化学成分如下：S：0.0008，N：0.0015，O：0.0014，H：0.0002，C：0.016，Si：0.52，Mn：1.45，P：0.0019， Cr：20.25，Ni：10.34，Fe：基体。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种不锈钢熔炼焊材脱硫的方法，其特征在于，该方法包括：
（1）精选冶炼原材料，包括纯铁、金川镍、高纯金属铬、金属硅、电解锰，纯铁表面酸洗除锈，原材料烘干，钢锭模和保温冒及浇杯高温烘干；
（2）采用ZG-0.025型真空感应熔炼炉熔炼308L不锈钢铸锭，其工艺参数为：抽真空至0.01Pa，15～20kW：15～25min；25～30kW直到熔化；真空度≤0.05Pa，15～20kW，精炼15min，电磁搅拌；真空下降低功率至5kW，3～5min：冷冻放气，再升高功率至20kW，反复2-3次；依次关闭扩散泵、罗茨泵和机械泵，真空下充入高纯氩气至真空度≥103Pa，10～15kW，加入脱氧元素硅及易挥发元素锰，电磁搅拌；降低功率至10kW，浇注，冷却取出铸锭，切除冒口。
2.如权利要求1所述的一种不锈钢焊材熔炼脱硫的方法，其特征在于，该不锈钢按wt%计其化学成分要求如下：C≤0.03，Si≤1.0，Mn≤2.0，P≤0.005，S≤0.005，Cr：19.0-21.0，Ni：10.0-12.5，其它≤0.5，Fe：基体。
3.如权利要求1所述的一种不锈钢焊材熔炼脱硫的方法，其特征在于，该不锈钢铸锭含稀土镧按质量分数计≤0.03%。
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