[发明专利]一种用于核电的超低氮奥氏体不锈钢焊条

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种用于核电的超低氮奥氏体不锈钢焊条。

背景技术

核电应用的奥氏体不锈钢手焊条，要求熔敷金属中N(氮)的含量很低，同时对于熔敷金属中Co含量要求也比较严格。如果N含量过高，N在熔敷金属中不容易扩散，会发生强烈地氮化物析出，从而会显著降低熔敷金属的韧性及耐腐蚀性。

该类焊条主要用在压水堆核电厂的反应堆压力容器中，在碳钢板上作为堆焊过渡层。采用该类焊条焊接后的熔敷金属，在焊态及热处理条件下的机械性能要求都比较高，以保证堆焊层的强度。

发明内容

本发明提供一种用于核电的超低氮奥氏体不锈钢焊条，通过对焊条熔敷金属化学成分的优化，特别是控制熔敷金属中N的含量，使熔敷金属具有良好的综合力学性能和耐腐蚀性，各项工艺指标符合核电行业要求。

本发明的技术方案是，一种用于核电的超低氮奥氏体不锈钢焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的的40％～50％；

以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯各成分的组分如下：

C：0.008％～0.009％，Si：0.14％～0.16％，Mn：1.79％～1.89％，P：0.007％～0.008％，S：0.008％～0.009％，Cr：23.16％～23.5％，Ni：13.15％～13.5％，Mo：0.01％～0.03％，N：0.03％～0.035％，Co：0.026％～0.041％，余量为Fe；

以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮的组分如下：金红石：31％～40％；钛白粉：1％～5％；钾长石：5％～15％；云母：6％～13％；CaCO₃：5％～10％；CaF₂：4％～10％；NaF：3％～8％；电解锰：1％～6％；铬粉：3％～14％；硅铁：0.5％～4％；钼粉：1％～5％。

所述用于核电的超低氮奥氏体不锈钢焊条，其熔敷金属化学成分的重量百分比为：C：≤0.035％，Si：0.20～0.90％，Mn：1.0～2.50％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，Cr：22.0～25.0％，Ni：12.0～14.0％，Mo：≤0.50％，N：≤0.06％，Co：≤0.05％，Fe余量。

所述超低氮奥氏体不锈钢焊条的熔敷金属的焊态以及热处理态下的抗拉强度达到520MPa以上，延伸率达到30％以上，焊态下室温及0℃的冲击值达到70J以上。

本发明焊条的熔敷金属化学成分中，对各成分的限定理由分别叙述如下：

C：≤0.035％，C是强的奥氏体形成元素，如果其含量过高对焊接性明显不利，容易形成碳化物降低耐蚀性。在保证焊缝的韧性及耐腐蚀性的前提下，将C限定在小于等于0.035％。理想的是C含量低于上述上限，并尽可能的低。

Si：0.20～0.90％，Si是焊接过程中有效的脱氧元素，当Si小于0.20％时焊缝中容易产生气孔、夹渣等焊接缺陷。在焊接过程中，通过药皮作为脱氧剂过渡到熔敷金属中是不成问题，但其含量(熔敷金属的量)控制在0.90％以下。

Mn：1.0～2.5％，Mn是良好的脱氧和脱硫及奥氏体形成元素，可提高熔敷金属的强度，当熔敷金属中的Mn含量＜1.00％时，熔敷金属的强度偏低。采用Mn来代替部分的Ni，当Mn含量过高时，Mn与熔敷金属中的S结合并形成MnS，从而使耐蚀性和机械性能变差，因此熔敷金属中的Mn含量应小于2.50％。

P：≤0.020％，P是对焊缝熔敷金属的机械性能带来恶劣的影响的杂质，在不锈钢中通过晶间析出降低不锈钢的耐腐蚀性，因此0.02％是作为杂质的允许上限，理想的是P含量小于上述上限并尽可能小。

S：≤0.010％，S也是对焊缝熔敷金属的机械性能带来恶劣影响的杂质，在不锈钢中通过晶间析出降低不锈钢的耐蚀性。因此，S的含量不能大于0.010％，并应尽可能小。

Cr：22.0～25.0％，Cr是铁素体形成元素，同时也是提高不锈钢耐腐蚀性的基本成分之一。如果其含量小于22.0％，则特别是在核电设备等苛刻腐蚀环境下的耐腐蚀性不够充分。但如果含量过多，则需要增加奥氏体构成元素，如C、N、Ni、Mn、N和Cu，增加奥氏体形成元素提高焊条成本，因此熔敷金属中的Cr含量应控制在25.0％以下。