[發(fā)明專利]一種包殼管焊接用含鈮端塞材料及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810895198.2
• 申請(qǐng)日: 2018-08-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109112281A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李峻宏;杜愛(ài)兵;馮偉;任媛媛;蘇喜平;王明政;黃晨;楊孔靂;楊紅義;張東輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)原子能科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): C21D8/06
• 分類號(hào): C21D8/06;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/48;C22C38/50;C22C38/52;C22C38/54;C22C38/60;G21C3/07
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種包殼管焊接用含鈮端塞材料及其制造方法。所述的含鈮端塞材料按重量百分比的組成為：C：0.030?0.090％，Si≤0.08％，P≤0.010％，S≤0.0015％，Mn：0.40?1.00％，Ni：14.00?16.50％，Cr：15.5?18.0％，Mo：2.40?3.20％，Nb：0.30?0.90％，B：0.002?0.005％，Ti≤0.05％，Cu≤0.03％，Al≤0.05％，Co≤0.02％，O≤0.0015％，N≤0.0050％，Mg≤0.005％，Pb≤0.001％，As≤0.003％，Sn≤0.001％，Bi≤0.001％，Hg≤0.001％，Zn≤0.001％，La≤0.001％，Ce≤0.001％，其余為Fe。利用本發(fā)明的包殼管焊接用含鈮端塞材料及其制造方法，能夠使制造的含鈮端塞材料針對(duì)奧氏體不銹鋼焊接中容易出現(xiàn)的熱裂紋問(wèn)題，使奧氏體不銹鋼材質(zhì)包殼管具備良好的焊接性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種包殼管焊接用含鈮端塞材料及其制造方法。

背景技術(shù)

鈉冷快中子反應(yīng)堆(以下簡(jiǎn)稱快堆)作為第四代反應(yīng)堆，其堆芯組件，特別是燃料組件相比于壓水堆運(yùn)行溫度和燃耗更高。燃料棒承受高溫(358-700℃)、高輻照損傷(80dpa以上)、裂變產(chǎn)物和金屬鈉的腐蝕，在壽期末仍需要保持完整性和氣密性，這對(duì)作為燃料棒的第一道屏障的包殼管及與其焊接的端塞材料性能提出了嚴(yán)格的要求。因此，對(duì)快堆堆芯組件包殼管和端塞材料而言，主要的性能要求包括：良好的抗輻照性能，特別是良好的抗輻照腫脹性能；良好的高溫力學(xué)性能；與燃料及冷卻劑良好的相容性；良好的焊接性能。

奧氏體不銹鋼以其優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、良好的抗輻照腫脹性能、良好的鈉相容性被廣泛選為鈉冷快堆的包殼材料。國(guó)產(chǎn)快堆包殼管使用含鈦奧氏體不銹鋼(代號(hào)CN-1515)，其嚴(yán)格要求合金中有害元素O、S的含量(均＜15ppm)，同時(shí)對(duì)鍛造棒材和管坯的組織均勻性要求也很?chē)?yán)格，不得出現(xiàn)明顯條帶狀碳化物和細(xì)晶帶組織。包殼管的兩端需要焊接上、下端塞，以保證燃料棒的結(jié)構(gòu)和功能，但焊接接頭易產(chǎn)生熱裂紋是困擾奧氏體不銹鋼焊接性的主要問(wèn)題之一。

焊接熱裂紋多產(chǎn)生于焊縫區(qū)和靠近焊縫區(qū)，其產(chǎn)生的主要原因是由于焊縫金屬結(jié)晶期間存在較大拉應(yīng)力、較小導(dǎo)熱率和較大線膨脹系數(shù)；由于焊接過(guò)程中材料的塑性儲(chǔ)備量不足和冷卻速度不同而導(dǎo)致焊接接頭處產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。

此外，奧氏體不銹鋼形成一定方向的粗大柱狀晶組織，為雜質(zhì)的偏析和低熔點(diǎn)液態(tài)薄膜的形成提供了有利條件，在冷卻時(shí)液態(tài)薄膜收縮形成微裂紋，隨著熔池的凝固，薄膜受力擴(kuò)展從而產(chǎn)生熱裂紋。

奧氏體不銹鋼中含有的S、P、Sn等雜質(zhì)以及向焊縫中所添加的各種合金元素都可能在焊接過(guò)程中發(fā)生偏析，沿晶界析出，增大熱裂紋傾向。

包殼管與上、下端塞焊接處的焊縫質(zhì)量要求很高，而焊縫質(zhì)量對(duì)燃料棒在堆內(nèi)使用的經(jīng)濟(jì)性和安全性具有至關(guān)重要的作用。目前，還沒(méi)有與CN-1515包殼管材料焊接相匹配的成熟端塞材料。因此，針對(duì)奧氏體不銹鋼焊接中容易出現(xiàn)的熱裂紋問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種和CN-1515包殼管具備良好焊接性能的端塞材料及其制造方法意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的是提供一種包殼管焊接用含鈮端塞材料，以能夠針對(duì)奧氏體不銹鋼焊接中容易出現(xiàn)的熱裂紋問(wèn)題，使奧氏體不銹鋼材質(zhì)包殼管具備良好的焊接性能。

為實(shí)現(xiàn)此目的，在基礎(chǔ)的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種包殼管焊接用含鈮端塞材料，所述的含鈮端塞材料按重量百分比的組成為：