[發明專利]用于焊覆的焊接材料

在審

• 申請號: 201380062264.3
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN104822487A
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: 安德斯·沃埃羅埃;拉斯·奧爾貝里;約翰·勒特曼;米卡埃爾·約翰松;斯文-奧克·法格
• 申請（專利權）人: 山特維克知識產權股份有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;C22C38/00;C22C38/58
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王潛;郭國清

技術領域

本發明涉及根據權利要求1的前序的奧氏體不銹鋼焊接材料。本發明也涉及根據權利要求8的前序的焊接的制品。本發明還涉及根據權利要求14的用于制造焊接的制品的方法。

背景技術

諸如核反應器容器的大型部件通常以低合金化或非合金化碳鋼制造且為了保護部件不受腐蝕而設置有不銹鋼層。通過所謂的焊覆(weld?cladding)或堆焊(overlay?welding)從而將不銹鋼層施加至容器。在表面的焊覆期間，通過在熔化焊劑(flux)層下的電弧，不銹鋼帶形式的焊接材料在要涂布的表面上熔融。熔化的焊接材料在部件的表面上固化且形成焊縫覆層(weld?clad)。用于焊覆的代表性方法包括埋弧焊(SAW)和電渣焊(ESW)。

在反應器技術的最新發展中，使覆層(cladding)成為反應器容器的結構設計的一部分，且因此通過焊接將另外的部件如燃料棒束(fuel?bundle)的附件直接連接在反應器容器的不銹鋼覆層上。與此相關的一個問題是，在反應器容器中使用的常規焊覆材料不具有承受來自輔助部件的負荷的足夠強度。

為了提高焊接覆層(welding?cladding)的強度已經進行了各種嘗試，例如通過增加焊接材料中碳的量。然而，高的碳量降低焊覆層(weld?cladding)的腐蝕性能。

其它工作已經涉及解決焊接材料的制造問題。例如，US3537846公開了其中已經用氮取代了碳成分的不銹鋼焊覆帶。所得的焊接材料具有良好的可熱加工性能，這使得可以容易地制造焊帶。然而，由US3537846中所述的鋼材制造的焊覆層不具有用于現今的現代核容器的足夠強度。

WO2007037447顯示用于如下焊縫的焊接材料，所述焊縫接合鋅涂布的鋼板。該焊接材料含有24重量％～30重量％的大量的鉻，且進行優化以防止熔化的鋅涂層污染焊珠和引起液態金屬脆化。

JP59159295顯示如下的焊接材料，對所述焊接材料進行優化而用于制造具有30體積％～75體積％鐵素體含量的焊珠。

因此，本發明的一個目的是解決至少一個上述問題。特別地，本發明的一個目的是獲得一種奧氏體-鐵素體不銹鋼焊接材料，由其能夠制造具有高強度和良好耐腐蝕性能的焊覆層。本發明的另一個目的是獲得一種焊接的部件，其包含具有高強度和良好耐腐蝕性能的焊縫金屬。本發明的又一個目的是獲得能夠以低成本進行制造的焊接材料。本發明的再一個目的是獲得具有高強度、良好的耐腐蝕性且適合用于核容器的焊接材料。

發明內容

根據本發明，通過用于制造焊縫金屬的奧氏體-鐵素體不銹鋼焊接材料實現這些目的中的至少一個，所述奧氏體-鐵素體不銹鋼焊接材料按重量％計包含：

C：≤0.02

Si：≤0.45

Mn：1.60～2.0

P：≤0.03

S：≤0.03

Cr：18.5～25

Ni：8.5～10.5

Mo：≤0.75

Co：≤0.2

Cu：≤0.75

N：0.12～0.3

余量為Fe和附帶的(incidental)雜質。

本發明的奧氏體鐵素體鋼焊接材料制造強度高和腐蝕性能良好的焊縫金屬，即焊接接頭或焊覆層。試驗結果已經出人意料地顯示，在通過本發明的焊接材料制造的焊覆層中獲得了563MPa～575MPa的抗張強度。這使得本發明的焊接材料作為現代核反應器中的容器中的覆層材料是非常有用的。

將本發明的焊接材料與氮合金化，氮填隙式地(interstitially)硬化了焊縫金屬的奧氏體相，從而增加焊縫金屬的強度。然而，氮是強的奧氏體促進元素，其高的量導致在本發明的焊縫金屬中主要為奧氏體結構。重要的是本發明的焊縫金屬具有奧氏體結構，因為奧氏體具有非常好的腐蝕性能。由于奧氏體鋼與鐵素體鋼相比對輻射誘發的應力腐蝕沒那么敏感，所以在核應用中使用奧氏體鋼是更加有利的。然而，在奧氏體鋼的固化期間，硫和磷傾向于集中到液相且在固化的材料中造成富有硫和磷的條紋。在焊接期間，這一機理會在焊縫金屬中導致熱裂紋(hot?crack)的形成。因此，本發明的焊縫金屬應該包含預定量的鐵素體。鐵素體相具有對磷和硫的高溶解性。因此在焊縫金屬的固化期間，磷和硫被均勻地溶解在鐵素體中且避免了熱裂紋。

根據本發明，通過對焊接材料即焊帶中的鎳的量和鉻的量進行平衡(balance)而在焊縫金屬中獲得足夠量的鐵素體，鎳是奧氏體穩定化元素，鉻促進鐵素體的形成。這在焊縫金屬中產生對熱裂紋的非常好的抗性。