一種用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條及其生產(chǎn)方法，屬焊接材料領(lǐng)域，由鉻鎳鉬合金焊芯和裹覆于焊芯表面的藥皮組成，該焊芯包括以下成分：C≤0.020wt%；Mn1.00-2.50wt%；Si≤0.30wt%；Cr18.0-21.0wt%；Ni11.0-14.0wt%；Mo≤2.00-3.00wt%；Co≤0.050wt%；Cu≤0.050wt%；S≤0.010wt%；P≤0.015wt%；余量為Fe及雜質(zhì)。其藥皮重量比為鉻鎳鉬合金焊芯重量的30-45%；將上述藥皮粉料拌混合均勻后，加入重量為藥皮重量15-20%的粘結(jié)劑混合均勻，然后送入壓條機內(nèi)將其包于所述焊芯上，再經(jīng)低溫和高溫烘焙。本發(fā)明的有益效果在于：熔敷金屬中鐵素體含量適宜，熔敷金屬鐵素體數(shù)FN為5-16；焊條熔敷金屬力學(xué)性能優(yōu)良，滿足核電要求：室溫Rm≥520Mpa、Rp0.2≥205Mpa、A≥35.0%；高溫350℃力學(xué)性能：Rm≥430Mpa、Rp0.2≥125Mpa，A為實測。
【專利說明】—種用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，特別涉及一種滿足AP1000標準和ASME標準中E316L-16要求的用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]第三代AP1000核電主管道，是當今世界上最先進的連接核電站反應(yīng)堆壓力容器、主泵和蒸發(fā)器的大型厚壁承壓管道，是第三代核電站修建的重中之重。此前，由美國西屋公司研制成功的AP1000核電技術(shù)，是世界上公認的安全性最好、技術(shù)最先進的第三代核電技術(shù)。目前，我國企業(yè)已掌握了 AP1000主管道制造核心技術(shù)，形成了穩(wěn)定的制造工藝和質(zhì)量保障措施。
[0003]核級316LN主管道材料系近年來發(fā)達國家開發(fā)的新型超低碳控氮不銹鋼材料，具有優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕，抗晶間腐蝕性能和較高的屈服強度，廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆。此前，我國在核級316LN主管道材料的配套焊接材料上全部依賴進口，如果不能自主制造，不僅要支付巨額的采購成本，更意味著我國核電發(fā)展會受制于人，第三代核電AP1000自主化進程也會因此受阻，這嚴重制約國家核電建設(shè)計劃的實施。近年來，我們國家核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，核電項目所需焊材的國產(chǎn)化成為一種趨勢。因此，發(fā)展三代核電主管道用316LN材料配套不銹鋼電焊條替代核電建造進口產(chǎn)品，擺脫三代核電站關(guān)鍵裝備配套焊接材料對國外的依賴，實現(xiàn)國產(chǎn)化獨立研究開發(fā)具有重大的戰(zhàn)略意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于三代核電主管道316LN材料的配套不銹鋼電焊條及其生產(chǎn)方法，其熔敷金屬理化性能指標達到設(shè)計要求，替代核電建造進口產(chǎn)品，實現(xiàn)國產(chǎn)化獨立研究開發(fā)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條，由鉻鎳鑰合金焊芯和裹覆于焊芯表面的藥皮組成，所述鉻鎳鑰合金焊芯包括以下成分:
[0006]C^0.020wt% ；
[0007]Mnl.00-2.50wt% ；
[0008]Si ^ 0.30wt% ；
[0009]Crl8.0-21.0wt% ；
[0010]Nill.0-14.0wt% ；
[0011 ] Mo2.00-3.00wt% ；
[0012]Co ^ 0.050wt% ；
[0013]Cu ^ 0.050wt% ；
[0014]S < 0.010wt% ；
[0015]P ^ 0.015wt% ；[0016]余量為Fe及雜質(zhì)
[0017]作為優(yōu)選，所述藥皮重量比為鉻鎳鑰合金焊芯重量的30-45%，所述藥皮成分重量百分比為:
[0018]大理石:2.0-3.5;
[0019]螢石:3.0-6.0;
[0020]長石粉:6.0-10.0 ；
[0021 ]天然金紅石:12.0-20.0 ；
[0022]合成云母:1.5-2.5 ;
[0023]金屬鉻:3.5-4.5 ；
[0024]鎳粉:0.8-1.2 ；
[0025]電解錳:3.0-4.0 ；
[0026]鑰鐵:0.3-0.6 ；
[0027]純堿:0.4-0.6 ；
[0028]氧化鉻綠:0.6_1.2。
[0029]所述大理石中CaCO3含量> 96%,螢石中CaF2含量> 96%,長石粉中SiO2 ≥ 63%、Al2O3 ≥16%、K2CHNa2O ≥ 12%,天然金紅石中 TiO2 ≥ 95.5%,合成云母中:Si0238_43%、Al20310-14%、Mg024-29%，金屬鉻中Cr≥98%，鎳粉中Ni≥99.5%,電解錳中Mn≥99.5%，鑰鐵中 Mo55-60%，純堿中=NaCl ≥ 0.7%。
[0030]作為優(yōu)選，所述藥皮成分為:
[0031]含CaC0398.50% 的大理石 2.5kg ；
[0032]含CaF297.50% 的螢石 4.0kg ；
[0033]含Si026 3.7%、Α120317.2%、K20+Na2016.2% 的長石粉 8.0kg ；
[0034]含Ti0296.7% 的天然金紅石 12.0kg ；
[0035]含Si0239.51%、Α120312.54%、Mg025.65% 的合成云母 2.5kg ；
[0036]含Cr99.24% 的金屬鉻 3.5kg ；
[0037]含Ni99.89% 的鎳粉 1.0kg ；
[0038]含Μη99.75% 的電解錳 3.8kg ；
[0039]含Μο57.15% 的鑰鐵 0.5kg ；
[0040]含Na2Cl0.54% 的純堿 0.5kg ；
[0041]氧化鉻綠1.0kg。
[0042]作為優(yōu)選，所述所述藥皮成分為:
[0043]含CaC0398.50% 的大理石 3.5kg ；
[0044]含CaF297.50% 的螢石 6.0kg ；
[0045]含Si026 3.7%、Α120317.2%、K20+Na2016.2% 的長石粉 10.0kg ；
[0046]含Ti0296.7% 的天然金紅石 12.0kg ；
[0047]含Si0239.51%、Α120312.54%、Mg025.65% 的合成云母 2.0kg ；
[0048]含Cr99.24% 的金屬鉻 4.0kg ；
[0049]含Ni99.89% 的鎳粉 0.9kg ；
[0050]含Μη99.75% 的電解錳 3.2kg ；[0051]含Μο57.15% 的鑰鐵 0.4kg ；
[0052]含Na2Cl0.54% 的純堿 0.5kg ；
[0053]氧化鉻綠L 0kg。
[0054]作為優(yōu)選，所述藥皮成分為:
[0055]含CaC0398.50% 的大理石 2.0kg ；
[0056]含CaF297.50% 的螢石 3.0kg ；
[0057]含Si026 3.7%、Α120317.2%、K20+Na2016.2% 的長石粉 6.0kg ；
[0058]含Ti0296.7% 的天然金紅石 20.0kg ；
[0059]含Si0239.51%、Α120312.54%、Mg025.65% 的合成云母 1.5kg ；
[0060]含Cr99.24% 的金屬鉻 4.5kg ；
[0061]含Ν?99.89% 的鎳粉 1.0kg ；
[0062]含Μη99.75% 的電解錳 3.5kg ；
[0063]含Μο57.15% 的鑰鐵 0.5kg ；
[0064]含Na2Cl0.54% 的純堿 0.4kg ；
[0065]氧化鉻綠0.8kg。
[0066]一種上述用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條的生產(chǎn)方法，其技術(shù)方案是:制造上述用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條的生產(chǎn)方法，采用的步驟為:將所述藥皮粉料拌混合均勻后，加入重量為藥皮重量15-20%的粘結(jié)劑混合均勻；然后送入壓條機內(nèi)將其包裹在所述鉻鎳鑰合金焊芯上，再經(jīng)低溫和高溫烘焙。
[0067]作為優(yōu)選，所述粘結(jié)劑為濃度為40°~45°鉀鈉水玻璃，所述低溫烘焙的溫度為80-120°C ;高溫烘焙的溫度為300-350°C。
[0068]本發(fā)明的有益效果在于:
[0069]本發(fā)明保護的電焊條焊接熔敷金屬化學(xué)成分分析、射線檢測、拉伸試驗、晶間腐蝕均滿足核電的特殊要求，焊接熔敷金屬在焊態(tài)及熱處理狀態(tài)下，常溫和高溫350°C條件下的抗拉強度(Rm)、屈服強度(Rp0.2)、延伸率(A)優(yōu)良，符合AP1000標準和ASME標準中E316L-16要求。焊接時藥皮不易發(fā)紅開裂，焊條剩余部分短，脫渣容易，具有較好的焊接工藝性。該種不銹鋼焊條特別適用于焊接耐腐蝕、耐高溫、持久強度要求較高的核動力裝置三代核電主管道，壓力容器及相應(yīng)結(jié)構(gòu)的焊接。
[0070]為便于理解
【發(fā)明內(nèi)容】
，特將本發(fā)明中藥皮原料各成分的主要作用說明如下:
[0071]大理石:在電弧熱的作用下分解成CaO和C02，是焊條制造中及常用的造渣、造氣材料，能夠提高熔渣的堿度，穩(wěn)定電弧、細化熔滴，增大熔渣與金屬界面張力，改善脫渣，并有較好的脫硫能力。
[0072]螢石:一定量的螢石可以降低液態(tài)金屬的表面張力，提高熔渣的流動性，降低焊縫氣孔敏感性，改善熔渣的物理性能，對焊縫成型、脫渣等起關(guān)鍵作用，也是降低焊縫中擴散氫的主要材料，但因焊接過程中螢石分解，會造成電弧不穩(wěn)定，同時產(chǎn)生有害氣體一氟化氫。
[0073]長石粉:主要作用是造渣、穩(wěn)定電弧，并提高電焊條再引弧性能。焊接時提高電弧電壓，細化熔滴，提高焊條熔化速度。
[0074]天然金紅石: 天然金紅石的作用主要是穩(wěn)定電弧、造渣，能夠調(diào)節(jié)熔渣的熔點、粘度、表面張力和流動性，改善焊縫成形、減小飛濺；在本發(fā)明中加入焊芯重量8.0-8.5%金紅石，對焊縫成形、電弧穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。
[0075]合成云母:在焊條中的作用是造渣，改善焊條的壓涂性能，提高藥皮的抗裂性，并有利于穩(wěn)定電弧，改善熔渣的物理性能的作用。
[0076]金屬鉻:可以向焊縫過渡(滲入)鉻元素，提高焊縫金屬的強度和屈服點，抗腐蝕性倉泛。
[0077]鎳粉:合金劑，向焊縫過渡(滲入)鎳元素。
[0078]電解錳:加入可起到脫硫、脫氧的作用，還可以向焊縫過渡(滲入)錳元素、提高焊
縫強度。
[0079]鑰鐵:合金劑，向焊縫過渡(滲入)鑰元素，提高焊縫金屬的強度。
[0080]純堿:在焊條壓涂過程中作為潤滑劑。
[0081]氧化鉻綠:在焊條中的主要作用是細化熔滴，同時也是著色劑。
【具體實施方式】
[0082]下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0083]實施例1
[0084]取焊芯成分為(wt%):C:0.006%,Mn:1.80%, S1:0.09%,Cr:18.89%,N1:12.15%,Mo:
2.33%, Co:0.013%, Cu:0.016%, N:0.009%, S:0.005%, P:0.009%、余量為 Fe 及雜質(zhì)的鉻鎳鑰合金焊芯100kg。
[0085]取藥皮，藥皮中各成分重量如下:含CaC0398.50%的大理石2.5kg ;含CaF297.50%的螢石 4.0kg ;含 Si0263.7%、Α120317.2%、K20+Na2016.2% 的長石粉 8.0kg ;含 Ti0296.7% 的天然金紅石 12.0kg ;含 Si0239.51%、Α120312.54%、Mg025.65% 的合成云母 2.5kg ;含 Cr99.24%的金屬鉻3.5kg ;含Ν?99.89%的鎳粉1.0kg ;含Μη99.75%的電解錳3.8kg ;含Μο57.15%的鑰鐵0.5kg ;含Na2Cl0.54%的純堿0.5kg ;氧化鉻綠1.0kgo
[0086]將上述粉料拌混合均勻后，加入濃度為40°~45°的鉀鈉水玻璃6.1kg混合均勻，然后送入壓條機內(nèi)將其包于焊芯上，再經(jīng)100 V低溫烘焙3小時、300 V高溫烘焙I小時，即得核電主管道的不銹鋼電焊條I。
[0087]將所得的核電主管道的不銹鋼電焊條I進行超低碳022Crl9Nil0不銹鋼焊接實驗，電弧穩(wěn)定、飛濺小，脫渣性良好，全位置焊接性能優(yōu)良，焊縫成型美觀，焊道高度適中；其熔敷金屬成分:Cr.19.86%、N1.12.48%、M0.2.65%、C.0.021%、Mn.1.81%、S1.0.60%、V.0.036%,Cu.0.008%,Nb.0.020%,C0.0.006%,T1.0.015%、S.0.006%,P.0.012%，余量為不可
避免的雜質(zhì)。
[0088]熔敷金屬鐵素體數(shù)FN按NB-2433磁性法測量為:11.5 ;熔敷金屬在焊態(tài)常溫下的力學(xué)性能:Rm=577Mpa、Rp0.2=467Mpa、A=45.0% ；高溫 350 °C 力學(xué)性能:Rm=460Mpa、Rp0.2=351Mpa, A=34.0% ;金相試驗分析焊縫組織為奧氏體加δ鐵素體，焊縫組織正常；熔敷金屬無晶間腐蝕傾向，射線檢測合格。
[0089]實施例2
[0090]本實施例除藥皮中各成分重量不同外，其余與實施例1均相同。
[0091]本實施例中藥皮中各成分重量如下:含CaC0398.50%的大理石3.5kg ；含CaF297.50% 的螢石 6.0kg ；含 Si026 3.7%、Α120317.2%、K20+Na2016.2% 的長石粉 10.0kg ；含 Ti0296.7% 的天然金紅石 12.0kg ;含 Si0239.51%、Α120312.54%、Mg025.65% 的合成云母
2.0kg ;含Cr99.24%的金屬鉻4.0kg ;含Ni99.89%的鎳粉0.9kg ;含Mn99.75%的電解錳
3.2kg ;含 Μο57.15% 的鑰鐵 0.4kg ;含 Na2Cl0.54% 的純堿 0.5kg ;氧化鉻綠 1.0kgo
[0092]將所得的核電主管道的不銹鋼電焊條2進行超低碳022Crl9Nil0不銹鋼焊接實驗，其熔敷金屬成分:Cr.19.79%、N1.12.40%、M0.2.61%、C.0.019%、Mn.1.92%、S1.0.59%、V.0.034%、Cu.0.006%、Nb.0.022%、C0.0.005%、T1.0.014%、S.0.006%、P.0.011%。余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0093]熔敷金屬鐵素體數(shù)FN按NB-2433磁性法測量為:11.1 ;熔敷金屬在焊態(tài)常溫下的力學(xué)性能:Rm=561Mpa、Rp0.2=446Mpa、A=45.5% ；高溫 350 V 力學(xué)性能:Rm=464Mpa>Rp0.2=365Mpa, A=32.0% ;金相試驗分析焊縫組織為奧氏體加δ鐵素體，焊縫組織正常；熔敷金屬無晶間腐蝕傾向，射線檢測合格。
[0094]實施例3
[0095]本實施例除藥皮中各成分重量不同外，其余與實施例1均相同。
[0096]本實施例中藥皮中各成分重量如下:含CaC0398.50%的大理石2.0kg ；含CaF297.50% 的螢石 3.0kg ;含 Si0263.7%、Α120317.2%、K20+Na2016.2% 的長石粉 6.0kg ;含Ti0296.7% 的天然金紅石 20.0kg ;含 Si0239.51%、Α120312.54%、Mg025.65% 的合成云母1.5kg ;含Cr99.24%的金屬鉻4.5kg ;含Ni99.89%的鎳粉1.0kg ;含Mn99.75%的電解錳3.5kg ;含 Μο57.15% 的鑰鐵 0.5kg ;含 Na2Cl0.54% 的純堿 0.4kg ;氧化鉻綠 0.8kg。
[0097]將所得的核電主管道的不銹鋼電焊條3進行超低碳022Crl9Nil0不銹鋼焊接實驗，其熔敷金屬成分:Cr.19.73%、N1.12.44%、M0.2.62%、C.0.020%、Mn.1.97%、S1.0.57%、V.0.034%、Cu.0.007%、Nb.0.021%、C0.0.006%、T1.0.014%、S.0.006%、P.0.011%。余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0098]熔敷金屬鐵素體數(shù)FN按NB-2433磁性法測量為:10.6 ;熔敷金屬在焊態(tài)常溫下的力學(xué)性能:Rm=566Mpa、Rp0.2=46觀pa、A=45.0% ；高溫 350 °C 力學(xué)性能:Rm=468Mpa、Rp0.2=374Mpa, A=29.0% ;金相試驗分析焊縫組織為奧氏體加δ鐵素體，焊縫組織正常；熔敷金屬無晶間腐蝕傾向，射線檢測合格。
[0099]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條，由鉻鎳鑰合金焊芯和裹覆于焊芯表面的藥皮組成，其特征在于:所述鉻鎳鑰合金焊芯包括以下成分:
C ≤ 0.020wt% ；
Mn 為 1.00-2.50wt% ；
Si ≤ 0.30wt% ；
Cr 為 18.0-21.0wt% ；
Ni 為 11.0-14.0wt% ；
Mo 為 2.00-3.00wt% ；
Co ≤0.050wt% ；
Cu ≤0.050wt% ；
S ≤0.010wt% ；
P ≤ 0.015wt% ； 余量為Fe及雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條，其特征在于:所述藥皮重量比為鉻鎳鑰合金焊芯重量的30-45%，所述藥皮成分重量百分比為:
大理石:2.0-3.5 ；
蠻石:3.0-6.0 ；
長石粉:6.0-10.0 ； 天然金紅石=12.0-20.0 ； 合成云母:1.5-2.5 ；
金屬鉻:3.5-4.5 ；
鎳粉:0.8-1.2 ；
電解錳:3.0-4.0 ；
鑰鐵:0.3-0.6 ；
純堿:0.4-0.6 ； 氧化絡(luò)綠:0.6-1.2 ； 所述大理石中CaCO3含量≥96%，螢石中CaF2含量≥96%，長石粉中SiO2≥63%、Al2O3 ≥16%、K2CHNa2O ≥ 12%,天然金紅石中 TiO2 ≥ 95.5%,合成云母中:Si0238_43%、Al20310-14%、Mg024-29%，金屬鉻中Cr≥98%，鎳粉中Ni≥99.5%,電解錳中Mn≥99.5%，鑰鐵中 Mo55-60%，純堿中=NaCl≤0.7%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條，其特征在于:所述藥皮成分為:
含 CaC0398.50% 的大理石 2.5kg ；
含 CaF297.50% 的螢石 4.0kg ；
含 Si0263.7%、Α120317.2%、K20+Na2016.2% 的長石粉 8.0kg ； 含Ti0296.7%的天然金紅石12.0kg ；
含 Si0239.51%、Α120312.54%、Mg025.65% 的合成云母 2.5kg ； 含Cr99.24%的金屬鉻3.5kg ；
含 Ν?99.89% 的鎳粉 1.0kg ；含Μη99.75%的電解錳3.8kg ；
含 Μο57.15% 的鑰鐵 0.5kg ；
含 Na2Cl0.54% 的純堿 0.5kg ； 氧化鉻綠1.0kg0
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條，其特征在于:所述藥皮成分為:
含 CaC0398.50% 的大理石 3.5kg ；
含 CaF297.50% 的螢石 6.0kg ；
含 Si0263.7%, Al2O317.2%、K20+Na2016.2% 的長石粉 10.0kg ； 含Ti0296.7%的天然金紅石12.0kg ；
含 Si0239.51%、Α120312.54%、Mg025.65% 的合成云母 2.0kg ； 含Cr99.24%的金屬鉻4.0kg ；
含 Ν?99.89% 的鎳 粉 0.9kg ； 含Μη99.75%的電解錳3.2kg ；
含 Μο57.15% 的鑰鐵 0.4kg ；
含 Na2Cl0.54% 的純堿 0.5kg ； 氧化鉻綠1.0kg0
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條，其特征在于:所述藥皮成分為:
含 CaC0398.50% 的大理石 2.0kg ；
含 CaF297.50% 的螢石 3.0kg ；
含 Si0263.7%、Α120317.2%、K20+Na2016.2% 的長石粉 6.0kg ； 含Ti0296.7%的天然金紅石20.0kg ；
含 Si0239.51%、Α120312.54%、Mg025.65% 的合成云母 1.5kg ； 含Cr99.24%的金屬鉻4.5kg ；
含 Ν?99.89% 的鎳粉 1.0kg ； 含Μη99.75%的電解錳3.5kg ；
含 Μο57.15% 的鑰鐵 0.5kg ；
含 Na2Cl0.54% 的純堿 0.4kg ； 氧化鉻綠0.8kg。
6.一種制造上述權(quán)利要求1或2所述的用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條的生產(chǎn)方法，其特征在于:所采用的步驟為:將所述藥皮粉料拌混合均勻后，加入重量為藥皮重量15-20%的粘結(jié)劑混合均勻；然后送入壓條機內(nèi)將其包裹在所述焊芯上，再經(jīng)低溫和高溫烘小立m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于三代核電主管道的不銹鋼電焊條的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述粘結(jié)劑為濃度為40°~45°鉀鈉水玻璃，所述低溫烘焙的溫度為80-120°C ;高溫烘焙的溫度為300-350°C。
【文檔編號】B23K35/30GK103706963SQ201310676026
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】王若蒙, 左波, 劉奇望, 余燕, 蔣勇, 景益 申請人:四川大西洋焊接材料股份有限公司, 上海核工程研究設(shè)計院