[發(fā)明專利]一種防止焊接裂紋的核電用鎳基合金焊絲的成分設(shè)計(jì)方法、核電用鎳基合金焊絲

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110696313.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN113319468B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳佩寅;徐鍇;郭梟;陳波;霍樹斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱焊接研究院有限公司;哈爾濱威爾焊接有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B23K35/30
• 分類號(hào): B23K35/30;B23K35/40;C22C19/05
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種防止焊接裂紋的核電用鎳基合金焊絲的成分設(shè)計(jì)方法、核電用鎳基合金焊絲，涉及焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過控制顯微組織Laves相的體積百分比防止結(jié)晶裂紋，比通過控制化學(xué)成分防止結(jié)晶裂紋更直接、更有效。采用本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法能夠同時(shí)防止結(jié)晶裂紋和抗高溫失塑裂紋，解決三代核電主設(shè)備鎳基合金焊接裂紋問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種防止焊接裂紋的核電用鎳基合金焊絲的成分設(shè)計(jì)方法、核電用鎳基合金焊絲。

背景技術(shù)

鎳基合金裂紋敏感性高，容易產(chǎn)生焊接裂紋，特別是高溫失塑裂紋和結(jié)晶裂紋。防止裂紋一直是三代核電裝備制造用鎳基合金焊接材料研制的重點(diǎn)，也是技術(shù)難點(diǎn)。三代核電裝備制造用鎳基合金焊接材料主要是690合金焊接材料，其高溫失塑裂紋敏感性較高。高溫失塑裂紋是尺寸較小的內(nèi)部缺陷，現(xiàn)行無損檢測(cè)技術(shù)難以發(fā)現(xiàn)，給核電裝備的制造質(zhì)量和安全運(yùn)行帶來了隱患。國(guó)內(nèi)外核電裝備在制造、運(yùn)行階段曾多次發(fā)現(xiàn)過690合金高溫失塑裂紋，對(duì)核電主設(shè)備的質(zhì)量和安全運(yùn)行產(chǎn)生了重大影響，在工程中防止690鎳基合金高溫失塑裂紋至今仍是核電行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

核電工程最先使用的690合金焊絲為ASME?SFA-5.14?ERNiCrFe-7焊絲，其化學(xué)成分(質(zhì)量含量)為：C≤0.04％，Mn≤1.0％，F(xiàn)e：7.0-11.0％，P≤0.02％，S≤0.015％，Si≤0.50％，Cu≤0.30％，Al≤1.1％，Ti≤1.0％，Cr：28.0-31.5％，Nb+Ta≤0.10％，Mo≤0.50％，Al+Ti≤1.5％，其它≤0.50％。因其具有較高的高溫失塑裂紋敏感性，目前的應(yīng)用數(shù)量很小。

ASME?SFA-5.14?ERNiCrFe-7A焊絲是目前國(guó)內(nèi)外核電裝備制造大規(guī)模應(yīng)用的唯一690合金焊絲，其化學(xué)成分(質(zhì)量含量)為：C≤0.04％，Mn≤1.0％，F(xiàn)e：7.0-11.0％，P≤0.02％，S≤0.015％，Si≤0.50％，Cu≤0.30％，Co≤0.12％，Al≤1.1％，Ti≤1.0％，Cr：28.0-31.5％，Nb+Ta：0.5-1.0％，Mo≤0.50％，Al+Ti≤1.5％，B≤0.005％，Zr≤0.02％，其它≤0.50％。與ERNiCrFe-7焊絲相比，ERNiCrFe-7A焊絲主要有兩個(gè)特點(diǎn)，其一，通過添加一定數(shù)量的Nb，增加了晶界析出物的數(shù)量，提高了抗高溫失塑裂紋能力；其二，添加一定數(shù)量的B、Zr改善晶界強(qiáng)度，提高抗高溫失塑裂紋能力。

三代核電裝備對(duì)鎳基合金焊接技術(shù)提出了更高的要求，其特點(diǎn)是核電主設(shè)備的結(jié)構(gòu)厚度增大，焊接接頭拘束增加，產(chǎn)生焊接裂紋的幾率提高。在有些條件下，ERNiCrFe-7A焊絲存在抗高溫失塑裂紋能力不足的問題，增加了裝備制造的難度和質(zhì)量穩(wěn)定性。

作為防止高溫失塑裂紋的現(xiàn)有技術(shù)，中國(guó)專利CN101144130A提出了一種堆焊件和對(duì)應(yīng)的焊接材料，堆焊焊縫化學(xué)成分(質(zhì)量含量)為：Cr：28.5-31.0％，F(xiàn)e：7.0-10.5％，Mn＜1.0％，Nb+Ta：2.1-4.0％，Mo：3.0-5.0％，Si＜0.50％，Ti：0.01-0.35％，Al≤0.25％，Cu＜0.20％，W＜1.0％，Co＜0.12％，Zr＜0.10％，S＜0.01％，B＜0.01％，C＜0.03％，P＜0.02％，Mg+Ca：0.002-0.015％，余量Ni和附帶的雜質(zhì)。這項(xiàng)專利解決了ERNiCrFe-7A焊絲“在不利的焊縫形狀和非常高的熱輸入下，發(fā)現(xiàn)的偶見高溫失塑裂紋”問題。這項(xiàng)專利通過大幅提高Nb+Ta含量，添加較多數(shù)量的Mo，提高晶界強(qiáng)度、增加析出物數(shù)量，形成彎曲晶界，進(jìn)一步改善了焊縫抗高溫失塑裂紋的能力。專利提供的STF試驗(yàn)結(jié)果說明了實(shí)施例對(duì)防止高溫失塑裂紋的有效性。但是，STF試驗(yàn)只是高溫失塑裂紋敏感性試驗(yàn)，其結(jié)果不能用于評(píng)價(jià)結(jié)晶裂紋敏感性，且該專利也沒有說明實(shí)施例的結(jié)晶裂紋敏感性大小。事實(shí)上，由于這項(xiàng)專利提高了Laves相形成元素的含量，增加了結(jié)晶裂紋敏感性，在核電裝備焊接的條件下可能產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，沒有真正解決核電工程用鎳基合金焊接裂紋(結(jié)晶裂紋)問題。

為了滿足我國(guó)核電裝備自主創(chuàng)新的發(fā)展需求，需要研制不僅能夠防止高溫失塑裂紋，也能夠防止結(jié)晶裂紋的核電用鎳基合金焊絲。