核电用不锈钢焊条铁素体含量控制方法技术

本发明专利技术提供的是一种核电用不锈钢焊条铁素体含量控制方法。控制焊条熔敷金属中下列元素的重量比含量为：C≤0.03％、Cr 22.00～23.50％、Ni 13.5～14％、Mn 1.00～1.52％、N 0.10～0.15％，控制焊接工艺参数为：焊接电流120～140A，焊接速度≥150mm/min。通过对E309L焊条熔敷金属铁素体含量的精确控制，有效地提高热处理态力学性能，按核电技术要求为焊条选择相应合适的铁素体含量，避免出现力学性能不稳定的现象。为核岛主设备异种钢过渡层的堆焊焊接材料的合理选择提供必要的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种焊接控制方法，尤其是一种不锈钢焊条熔敷金属中δ铁素体含量控制方法。
技术介绍
在核岛设备中许多部组件采用不锈钢制造，如反应堆堆内构件、驱动机构中的某些零部件、一回路主管道以及某些栗、阀的壳体等。所采用材料主要有304L、316L、347和321等。这些部组件常用的焊接方法主要有手工电弧焊(SMAW)、埋弧自动焊(SAW)和钨极气体保护焊(GTAW)。焊接材料主要为E308L、E316L和E347焊条，ER308L、ER316L、ER347焊丝及配套焊剂，EQ308L、EQ316L、EQ347焊带及配套焊剂。其中反应堆压力容器、主栗、稳压器、蒸汽发生器一次侧等反应堆主设备的壳体都采用在低合金钢锻件上堆焊309L+308L奥氏体不锈钢耐蚀层的方式制造。E309L焊条主要用于低合金钢上作为过渡层堆焊。基于核安全性考虑，对核岛主设备过渡层用的不锈钢E309L焊条提出更高的技术要求，即经608°C X40h热处理后断后伸长率应达到18%。铁素体含量过低易产生液化裂纹。以奥氏体为初始析出相的凝固组织呈现出严重的偏析，全奥氏体焊缝对液化裂纹是最敏感的。当焊缝组织中存在一定量的铁素体含量时，奥氏体和δ铁素体的双相组织具有较高的抗裂纹能力。此时S铁素体对S、P、Si等元素具有较高的溶解度，能有效地降低凝固时残余液体的杂质含量，最终提高抗裂性能。铁素体含量过高时，经过一定的热处理制度后会产生σ相。硬而脆的σ相会严重影响焊缝金属的韧性，不到5%的σ相已足以使冲击韧度降低50%以上。根据σ相的析出曲线，309不锈钢在600°C保温10小时就开始出现σ相。当铁素体含量在17FN时，显微组织中存在σ相，热处理态断后伸长率几乎为零，大部分δ铁素体发生了分解。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种焊条熔敷金属经608°C X40h热处理后焊缝金属断后伸长率可达18%，能满足核电工程技术要求的。本专利技术的目的是这样实现的:控制焊条熔敷金属中下列元素的重量比含量为:C彡0.03%、Cr 22.00?23.50%、Ni 13.5 ?14%、Mn 1.00 ?1.52%、N 0.10 ?0.15%，控制焊接工艺参数为:焊接电流120?140A，焊接速度彡150mm/min。本专利技术原理为不锈钢焊条中主要成分对铁素体含量的影响；根据σ相的析出曲线，309不锈钢在600°C保温10小时就开始出现σ相，减少σ相脆化最有效的方法是降低焊缝金属的铁素体含量。铬是铁素体形成元素，也是很强的碳化物生成元素，同时也是金属间化合物σ相的重要成分。它能增加焊缝的强度，提高焊缝抗晶间腐蚀能力，过量时会降低断后伸长率以及冲击韧性。镍是奥氏体形成元素。它能使不锈钢具有良好的塑韧性，并且具有优良的冷热加工工艺性能和焊接性能。锰是奥氏体化形成元素。当不改变组织状态时，能改善焊缝的抗裂性，增加焊缝的塑性，当锰含量过高时，能导致焊缝的奥氏体相粗化，降低焊缝抗晶间腐蚀能力。焊接电流过大、焊接速度过小，焊接热输入过大，导致主要元素含量烧损过大，以至于带来铁素体含量测定的误差。本专利技术通过控制熔敷金属中主要元素的含量，严格控制焊接工艺参数及焊接过程，合理地控制焊条熔敷金属的铁素体含量，经608°C X40h热处理后焊缝金属断后伸长率可达18%，完全满足核电工程技术要求。为验证本专利技术的效果，本专利技术将焊条熔敷金属含量控制为，C:彡0.03%, Cr:22.00 ?25.00%、N1:12.5 ?14%、Μη:1.00 ?2.00%、K 0.15% ;焊接工艺参数控制为焊接电流120?140A，焊接速度多150mm/min ;按照标准GB/T1954-2008，进行铁素体含量试样的制备，采用磁性法进行铁素体含量的测定；研究铁素体含量在0?18FN范围内变化时，热处理态断后伸长率以及相应显微组织的变化，实现对核电用E309L焊条熔敷金属铁素体含量的精确控制。当铁素体含量控制在6FN以下时，热处理态断后伸长率多30%，δ铁素体发生轻微分解；当铁素体含量控制在10FN以下时，热处理态断后伸长率多18%, δ铁素体分解程度较大，且随着铁素体含量的增加，S铁素体分解也依次增加；当铁素体含量控制在10?12FN时，δ铁素体分解很不均匀，导致热处理态断后伸长率波动剧烈，范围为10%?35%;当铁素体含量控制在12?18FN时，热处理态断后伸长率几乎为零，大部分δ铁素体发生了分解，铁素体含量越高分解出越多的σ相。本专利技术的有益效果为:通过对E309L焊条熔敷金属铁素体含量的精确控制，有效地提高热处理态力学性能，按核电技术要求为焊条选择相应合适的铁素体含量，避免出现力学性能不稳定的现象。为核岛主设备异种钢过渡层的堆焊焊接材料的合理选择提供必要的技术支撑。【附图说明】图1为铁素体含量为1FN的焊态显微组织图片。图2为铁素体含量为1FN的热处理态显微组织图片。图3为铁素体含量为8FN的焊态显微组织图片。图4为铁素体含量为8FN的热处理态显微组织图片。图5为铁素体含量为11FN的焊态显微组织图片。图6为铁素体含量为11FN的热处理态显微组织图片。图7为铁素体含量为11FN的热处理态显微组织图片。图8为铁素体含量为17FN的热处理态显微组织图片。图9为铁素体含量为17FN的热处理态显微组织图片。图10a-图10d为铁素体含量为17FN的热处理态显微组织透射电镜分析图片。【具体实施方式】下面举例对本专利技术作进一步的说明。实施例1将焊条熔敷金属含量控制为，C:0.03%, Cr:22.10%、N1:13.9%、Μη:1.50%、N:0.11%;焊接电流为140A，焊接速度为220mm/min ;按照标准GB/T1954-2008，进行铁素体含量试样的制备，采用磁性法进行铁素体含量的测定；此时实测铁素体含量为1FN时，E309L焊条熔敷金属热处理态断后伸长率为37%，此时δ铁素体几乎不发生分解，如图1、图2所不ο实施例2将焊条熔敷金属含量控制为，C:0.021%, Cr:23.50%、N1:13.50%、Μη:1.52%、N:0.10% ;焊接电流为140A，焊接速度为220mm/min ;按照标准GB/T1954-2008，进行铁素体含量试样的制备，采用磁性法进行铁素体含量的测定；此时实测铁素体含量为8FN时，E309L焊条熔敷金属热处理态断后伸长率为25%，此时δ铁素体发生轻微的分解，如图3、图4所示。对比例1将焊条熔敷金属含量控制为，C:0.020%, Cr:23.80%、N1:13.10%, Μη:1.70%,Ν:0.09% ;焊接电流为140Α，焊接速度为220mm/min ;按照标准GB/T1954-2008，进行铁素体含量试样的制备，采用磁性法进行铁素体含量的测定；此时实测铁素体含量为11FN时，同种状态下E309L焊条熔敷金属热处理态断后伸长率发生了较大波动，显微组织如图5、图6、图7所示。图6对应试样的断后伸长率为10%、图7对应试样的断后伸长率为35%。图6对应试样的δ铁素体分解很不均匀，有些区域δ铁素体分解彻底，有些区域未见明显分解。图7对应试样的δ铁素体，分解程度较轻微。对比例2将焊条熔敷金属含量控制为，C:0.024%, Cr:24.50%, Ni:12.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
核电用不锈钢焊条铁素体含量控制方法，其特征是，控制焊条熔敷金属中下列元素的重量比含量为：C≤0.03％、Cr 22.00～23.50％、Ni 13.5～14％、Mn 1.00～1.52％、N 0.10～0.15％，控制焊接工艺参数为：焊接电流120～140A，焊接速度≥150mm/min。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐锴，黄逸峰，陈燕，景益，张学刚，余燕，孙婷婷，左波，王庆江，胡鹏亮，
申请(专利权)人：机械科学研究院哈尔滨焊接研究所，上海核工程研究设计院，哈尔滨威尔焊接有限责任公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23