RU2383417C1 - Малоактивируемый коррозионно-стойкий сварочный материал - Google Patents
Малоактивируемый коррозионно-стойкий сварочный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2383417C1 RU2383417C1 RU2008137680/02A RU2008137680A RU2383417C1 RU 2383417 C1 RU2383417 C1 RU 2383417C1 RU 2008137680/02 A RU2008137680/02 A RU 2008137680/02A RU 2008137680 A RU2008137680 A RU 2008137680A RU 2383417 C1 RU2383417 C1 RU 2383417C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding material
- nickel
- molybdenum
- surfacing
- chromium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области производства сварочных материалов, используемых в ядерной энергетике, в частности, для выполнения малоактивируемой антикоррозионной наплавки внутренней поверхности корпусов реакторов из теплоустойчивых радиационностойких малоактивируемых сталей. Для создания малоактивируемого коррозионностойкого сварочного материала для антикоррозионной наплавки, обладающего пониженным уровнем наведенной активности и более быстрым ее спадом после нейтронной экспозиции, а также более высоким сопротивлением хрупкому разрушению в условиях нейтронного облучения при сохранении высокого уровня прочностных, пластических и коррозионных свойств предложен материал. Сварочный материал содержит, мас.%: углерод 0,01-0,08, кремний 0,30-0,35, марганец 2,0-4,0, хром 13,0-14,0, вольфрам 1,0-1,5, титан 0,05-0,2, никель 0,005-0,01, ниобий 0,005-0,01, молибден 0,005-0,01, медь 0,005-0,01, кобальт 0,001-0,05, мышьяк 0,005-0,01, сурьма 0,001-0,005, олово 0,001-0,005, сера 0,006-0,01, фосфор 0,006-0,01, азот 0,010-0,015, кальций 0,005-0,05, железо - остальное. 4 табл.
Description
Изобретение относится к области производства сварочных материалов, используемых в ядерной энергетике, в частности, для выполнения малоактивируемой антикоррозионной наплавки внутренней поверхности корпусов реакторов из малоактивируемой стали марки 15Х2В2ФА [1].
Существующие отечественные и импортные сварочные материалы аустенитного класса, предназначенные для выполнения антикоррозионной наплавки, не обеспечивают быстрый спад наведенной активности, т.к. содержат в своем составе сильноактивируемые под действием нейтронного облучения элементы, такие как Ni, Nb, Mo, Со, Сu, образующие при нейтронном облучении долгоживущие изотопы γ- и β-излучений.
С целью обеспечения коррозионной стойкости в водо-водяной среде атомного реактора, в качестве малоактивируемого может быть рассмотрен безникелевый сварочный материал на базе 12% Сr.
Аналогом предлагаемого материала является малоактивируемая жаропрочная радиационностойкая сталь [2], содержащая(мас.%):
Углерод | 0,10-0,21 |
Кремний | 0,1-0,8 |
Марганец | 0,5-2,0 |
Хром | 10,0-13,5 |
Вольфрам | 0,8-2,5 |
Ванадий | 0,05-0,4 |
Титан | 0,03-0,3 |
Бор | 0,001-0,008 |
Церий (и/или иттрий) в сумме | 0,001-0,10 |
Цирконий | 0,05-0,2 |
Тантал | 0,05-0,2 |
Азот | 0,010-0,015 |
Железо | остальное |
Однако данный материал не может быть применен в качестве сварочного материала для наплавки в связи с тем, что:
- высокое содержание углерода (до 0,21%) резко снижает технологические свойства при наплавке, способствует образованию холодных трещин;
- высокое содержание кремния (до 0,8%) приводит к охрупчиванию наплавленного металла в процессе термической обработки;
- содержание хрома ниже 12% приводит к потере коррозионных свойств наплавленного металла в эксплуатационной среде реактора I контура;
- высокое содержание вольфрама (до 2,5%) способствует снижению пластических и вязких свойств наплавленного металла.
Ближайшая по составу и назначению к заявляемой является проволока мартенсито-ферритного класса марки Св-01Х12Н2МТ-ВИ [3], принятая за прототип, содержащая (мас.%):
Углерод | 0,002-0,015 |
Кремний | 0,2-0,5 |
Марганец | 0,03-0,2 |
Хром | 12,0-13,5 |
Никель | 1,7-2,4 |
Молибден | 0,6-0,9 |
Титан | 0,04-0,12 |
Азот | не более 0,02 |
Железо | остальное |
Применение указанной проволоки для наплавки под флюсом обеспечивает высокие показатели прочностных и пластических свойств металла наплавки, высокую коррозионную стойкость в исходном и облученном состояниях, однако и высокий уровень накопленной активности.
Техническим результатом изобретения является создание сварочного материала для антикоррозионной наплавки, обладающего пониженным уровнем наведенной активности и более быстрым ее спадом после нейтронной экспозиции при сохранении высокого уровня сопротивления хрупкому разрушению металла наплавки, в том числе после нейтронного облучения, а также высокого уровня прочностных, пластических и коррозионных свойств.
На основании выполненного анализа, используя базовую основу низкоуглеродистого малоникелевого мартенсито-ферритного материала марки Св-01Х12Н2МТ-ВИ, в качестве сварочного материала для малоактивируемой наплавки предлагается материал, в составе которого ограничено содержание никеля, молибдена, повышено содержание марганца для поддержания необходимого фазового баланса, введен вольфрам, а минимальная концентрация хрома в сварочном материале составляет не менее 13%.
Технический результат достигается тем, что сварочный материал, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, азот, никель, молибден и железо, дополнительно содержит вольфрам, кальций, ниобий, медь, кобальт, мышьяк, сурьму, олово при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Углерод | 0,01-0,08 |
Кремний | 0,30-0,35 |
Марганец | 2,1-4,0 |
Хром | 13,0-14,0 |
Вольфрам | 1,0-1,5 |
Титан | 0,05-0,2 |
Никель | 0,005-0,01 |
Ниобий | 0,005-0,01 |
Молибден | 0,005-0,01 |
Медь | 0,005-0,01 |
Кобальт | 0,001-0,05 |
Мышьяк | 0,005-0,01 |
Сурьма | 0,001-0,005 |
Олово | 0,001-0,005 |
Сера | 0,006-0,01 |
Фосфор | 0,006-0,01 |
Азот | 0,010-0,015 |
Кальций | 0,005-0,05 |
Железо | остальное, |
при этом:
- суммарное содержание Ni, Mo, Nb, Сu, Со не должно превышать 0,08;
- суммарное содержание As, Sb, Sn не должно превышать 0,018.
Введение в сварочный материал вольфрама в пределах (1,0-1,5)%, при одновременном регламентировании суммарного содержания никеля, ниобия, молибдена, меди и кобальта до 0,08 массовых процентов, позволяет достичь уменьшения активируемости металла наплавки под действием нейтронного облучения и увеличения скорости спада наведенной активности.
Суммарное ограничение содержания цветных примесей - мышьяка, сурьмы и олова до 0,018% позволяет повысить стойкость металла наплавки против отпускной хрупкости в процессе изготовления и эксплуатации реакторов.
Увеличение содержания сильного раскислителя металла - титана в сварочной проволоке до 0,2% способствует повышению сопротивления хрупкому разрушению металла наплавки за счет связывания при наплавке в расплавленном металле кислорода и измельчению зерна в структуре.
Регламентированное содержание азота (0,010-0,015)% способствует повышению сопротивления хрупкому разрушению металла наплавки за счет снижения содержания в нем неметаллических включений типа нитридов.
Ведение в сварочный материал кальция до 0,05% способствует глобулизации карбидов, обеспечивая повышение сопротивления хрупкому разрушению металла шва.
В ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» произведена выплавка в 100-килограммовой открытой печи трех плавок стали для сварочной проволоки заявляемого состава. Выплавка стали производилась на чистых шихтовых материалах предлагаемого состава с промывкой печи до требуемой чистоты по содержанию никеля, молибдена, ниобия, меди, серы и фосфора. Разливку производили в слитки, которые затем проковывались на заготовки размером 16×16 мм с дальнейшим изготовлением катанки диаметром 8 мм и волочением ее на сварочную проволоку диаметром 4 мм.
Образцы для исследования изготавливали из технологических проб с наплавкой, выполненной автоматическим дуговым способом под флюсом КФ-28 с использованием указанной проволоки.
Для исследования механических свойств металла наплавки изготавливали образцы на статическое растяжение диаметром 3 мм и длиной 15 мм, а также призматические образцы размером 5×5×27,5 мм с острым надрезом для испытаний на ударный изгиб.
В качестве известного сварочного материала была выбрана отечественная проволока марки Св-01XI2Н2МТ-ВИ (партия 4).
Нейтронное облучение образцов предлагаемого и известного сварочного материала производилось в активной зоне исследовательского реактора при температуре 270±10°С флюенсом 2·1020 нейтр/см2 (Е≥0,5 МэВ). Испытание на растяжение проводились на установке УМД-10 на воздухе при скорости деформации 3·10-3 с-1. Ударные испытания проводились на копре типа 2121КМ-0,5 с максимальной энергией удара 50 Дж. Испытания на МКК проводились на образцах 3×20×80 мм по ГОСТ 6032.
Химический состав заявляемого и известного сварочного материала приведен в таблице 1, механические свойства - в таблице 2, коррозионные свойства - в таблице 3, результаты расчета кинетики спада наведенной активности в рассматриваемых материалах - в таблице 4.
Данные расчета кинетики спада наведенной активности в сварочных материалах [4] после предполагаемого облучения в реакторе типа ВВЭР-440 в течение 30 лет и последующей выдержки до 100 лет свидетельствуют о преимуществе заявляемого сварочного материала для выполнения малоактивируемой антикоррозионной наплавки примерно на два порядка, по сравнению с применяемыми материалами. На основании расчетно-аналитической оценки после 40 лет выдержки после облучения спад наведенной активности достигнет уровня, допустимого для работы с предлагаемым материалом для утилизации (переработки), в отличие от существующих материалов (≥100 лет).
Ожидаемый технико-экономический эффект, обусловленный более быстрым спадом наведенной активности и меньшей склонностью к радиационному охрупчиванию, выразится в увеличении надежности, безопасной эксплуатации и срока службы сварных соединений, а также повышении экологической чистоты за счет снижения загрязнения окружающей среды в период эксплуатации и после ее завершения атомных энергетических установок нового поколения из малоактивируемых конструкционных материалов.
Таблица 2 | ||||||||||
Механические свойства наплавленного металла заявляемого и известного материала | ||||||||||
Сварочный материал | Условный № партии | σ0,2 20°С (МПа) | Δσ0,2 20°С (МПа) | δ° 20°С (%) | Δδ° 20°С (%) | Тк 0,5 (°С) | ΔТк 0,5 (°С) | |||
исходное | облученное | исходное | облученное | исходное | облученное | |||||
Предлаг. | 1 | 680 | 760 | 80 | 17,5 | 17 | 0,5 | -37 | 10 | 47 |
2 | 670 | 745 | 75 | 18,5 | 17,5 | 1,0 | -40 | 0 | 40 | |
3 | 665 | 730 | 65 | 18,0 | 16,5 | 1,5 | -30 | 0 | 30 | |
Известн. | 4 | 660 | 725 | 65 | 14,5 | 12,0 | 2,5 | -30 | 0 | 30 |
Примечание 1. Образцы испытывали после высокого отпуска. |
||||||||||
2. Испытание на растяжение проводилось при +20°С. | ||||||||||
3. Испытания на ударный изгиб проводились в интервале температуре (-60-+350)°С, Тк определялось как 1/2 величины вязкости на верхнем шельфе. | ||||||||||
4. Значения механических свойств приведены по результатам испытаний не менее трех образцов на точку. | ||||||||||
5. Облучение проводилось при температуре 270±10°С, флюенс 2·1020 н/см2. |
Таблица 3 | |||
Коррозионные свойства наплавленного металла известного и заявляемого сварочного материала | |||
Сварочный материал | Условный № партии | Состояние | Испытание на МКК по методу AM |
Предлагаемый | 1 | исходное | трещин нет |
облученное | трещин нет | ||
2 | исходное | трещин нет | |
облученное | трещин нет | ||
3 | исходное | трещин нет | |
облученное | трещин нет | ||
Известный | 4 | исходное | трещин нет |
облученное | трещин нет | ||
Примечание 1. Облучение проводилось при температуре 260-280°С, флюенс 2·1020 н/см2. |
Таблица 4 | |||||||
Кинетика спада наведенной активности (Бк/кг) в заявляемом и известном сварочном материале | |||||||
Сварочный материал | Условный номер партии | Время выдержки после облучения | Допустимое время работы с облученным материалом для утилизации (переработки), лет | ||||
1 сутки | 1 год | 10 лет | 30 лет | 100 лет | |||
Предлагаемый | 1 | 3,0·1011 | 1,0·1011 | 1,5·1010 | 2,5·107 | 1,8·107 | 40 |
2 | 3,1·1011 | 1,2·1011 | 1,4·1010 | 2,5·107 | 1,8·107 | 40 | |
3 | 3,0·1011 | 1,3·1011 | 1,4·1010 | 2,5·107 | 1,8·107 | 40 | |
Известный | 4 | 3,2·1011 | 2,0·1011 | 4,0·1010 | 3,0·109 | 1,5·109 | ≥100 |
Примечание 1. Расчет выполнялся для внутренней поверхности корпуса реактора ВВЭР-440 при времени облучения 30 лет. Полный флюенс нейтронов на внутренней поверхности корпуса равен 2,49·1020 н/см2 для нейтронов с энергией En≥0,5 МэВ, плотность нейтронного потока φ=9,6·1011. | |||||||
2. При расчете использован программный комплекс, основанный на программе FISPACT [3]. |
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ №2135623.
2. Патент №2211878.
3. А.С. №893477.
4. R.A.Forrest. The European Activation System: EASY-99 Overview. UKAEA FUS 484, 2000.
Claims (1)
- Малоактивируемый коррозионно-стойкий сварочный материал, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, азот, никель, молибден и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, кальций, ниобий, медь, кобальт, мышьяк, сурьму и олово при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,01-0,08 Кремний 0,30-0,35 Марганец 2,0-4,0 Хром 13,0-14,0 Вольфрам 1,0-1,5 Титан 0,05-0,2 Никель 0,005-0,01 Ниобий 0,005-0,01 Молибден 0,005-0,01 Медь 0,005-0,01 Кобальт 0,001-0,05 Мышьяк 0,005-0,01 Сурьма 0,001-0,005 Олово 0,001-0,005 Сера 0,006-0,01 Фосфор 0,006-0,01 Азот 0,010-0,015 Кальций 0,005-0,05 Железо остальное,
при этом суммарное содержание Ni, Mo, Nb, Сu, Со не превышает 0,08, а суммарное содержание As, Sb, Sn не превышает 0,018.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008137680/02A RU2383417C1 (ru) | 2008-09-19 | 2008-09-19 | Малоактивируемый коррозионно-стойкий сварочный материал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008137680/02A RU2383417C1 (ru) | 2008-09-19 | 2008-09-19 | Малоактивируемый коррозионно-стойкий сварочный материал |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2383417C1 true RU2383417C1 (ru) | 2010-03-10 |
Family
ID=42135131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008137680/02A RU2383417C1 (ru) | 2008-09-19 | 2008-09-19 | Малоактивируемый коррозионно-стойкий сварочный материал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2383417C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106148845A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-11-23 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种适用于中子辐照环境的低活化贝氏体钢及制备方法 |
RU2705273C1 (ru) * | 2018-12-28 | 2019-11-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Состав для наплавки детали |
RU2711488C1 (ru) * | 2018-12-28 | 2020-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Состав для наплавки детали |
-
2008
- 2008-09-19 RU RU2008137680/02A patent/RU2383417C1/ru active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106148845A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-11-23 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种适用于中子辐照环境的低活化贝氏体钢及制备方法 |
CN106148845B (zh) * | 2016-08-17 | 2017-05-24 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种适用于中子辐照环境的低活化贝氏体钢及制备方法 |
RU2705273C1 (ru) * | 2018-12-28 | 2019-11-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Состав для наплавки детали |
RU2711488C1 (ru) * | 2018-12-28 | 2020-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Состав для наплавки детали |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3760753B1 (en) | Austenitic stainless steel weld joint | |
EP4006179A1 (en) | Austenitic stainless steel material and welded joint | |
AU2016331133A1 (en) | Austenitic stainless steel and method for producing austenitic stainless steel | |
KR20010021263A (ko) | 고강도 저합금 내열강 | |
Tavares et al. | Effects of post weld heat treatments on the microstructure and mechanical properties of dissimilar weld of supermartensític stainless steel | |
Sathiya et al. | Microstructural characteristics on bead on plate welding of AISI 904 L super austenitic stainless steel using gas metal arc welding process | |
CN104907733B (zh) | 一种抗辐照低活化钢气体保护焊用焊丝及其制备方法 | |
EP2708310B1 (en) | Welding material and welded joint | |
CN103857491B (zh) | 高Cr钢制涡轮转子的初层或上层焊接部、该焊接部用堆焊材料以及该堆焊部的制造方法 | |
JP2012188747A (ja) | 原子力発電機器用鍛鋼材および原子力発電機器用溶接構造物 | |
CN103962748B (zh) | 耐热高温镍基合金焊丝及焊接方法 | |
RU2383417C1 (ru) | Малоактивируемый коррозионно-стойкий сварочный материал | |
RU2373037C1 (ru) | Состав сварочной проволоки | |
CA2987569C (en) | Ni-based alloy pipe or tube for nuclear power | |
KR102165756B1 (ko) | 페라이트계 내열강 용접 구조체의 제조 방법 및 페라이트계 내열강 용접 구조체 | |
RU2188109C2 (ru) | Состав сварочной ленты и проволоки | |
RU2303075C2 (ru) | Малоактивируемая радиационно стойкая сталь для корпусов реакторов ядерных энергетических установок | |
de Souza et al. | Microstructural analysis of a single pass 2.25% Cr–1.0% Mo steel weld metal with different manganese contents | |
RU2212323C1 (ru) | Малоактивируемый радиационностойкий сварочный материал | |
RU2515716C1 (ru) | Малоактивируемая жаропрочная радиационностойкая сталь | |
Hu et al. | Effect of annealing time on microstructure and properties of P91 heat resistant steel SMAW joint | |
JP7011987B2 (ja) | Ni基溶接金属及び溶接構造物 | |
RU2238831C1 (ru) | Состав сварочной ленты и проволоки | |
RU2437746C1 (ru) | Состав проволоки для механизированной сварки | |
EP3957762A1 (en) | Radiation-resistant austenitic steel for an internal baffle for pressurized water reactors |