[发明专利]奥氏体不锈钢及其应用及堆焊工艺

说明书

技术领域

本发明涉及压水堆控制棒驱动机构的钩爪、连杆零件的氧乙炔堆焊技术领域，具体涉及奥氏体不锈钢及其应用及堆焊工艺。

背景技术

钩爪、连杆零件作为压水堆控制棒驱动机构主要动作的执行零件，质量保证等级为Q1级，零件的质量直接决定了控制棒驱动机构整体的质量。

钩爪、连杆的母材采用奥氏体不锈钢，在小孔和齿面位置采用氧乙炔的方式堆焊一层钴基合金耐磨层。不同材料的搭配能有效的保证零件配合面的硬度、耐磨性、耐腐蚀和高温稳定性以及零件心部韧性，使钩爪和连杆具有良好的综合机械性能。

目前，钩爪、连杆的母材通常是选用国际上的RCC-M M3306 Z6CNNb18-11奥氏体不锈钢或是国内为RCC-M M3306 Z2CN19-10控氮(00Cr18Ni10N)奥氏体不锈钢，焊接填充材料为AWS A5.21 ERCoCr-A钴基合金焊丝。

目前，国际、国内不锈钢木材采用氧乙炔堆焊钩爪、连杆上的小孔时，堆焊后钩爪、连杆产品均存在堆焊层与母材交界处发生晶间腐蚀倾向。产品一旦存在晶间腐蚀倾向，产品质量受到严重的影响，进而影响到控制棒驱动机构整体的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供奥氏体不锈钢，解决现有奥氏体不锈钢采用氧乙炔堆焊钩爪、连杆上小孔时导致堆焊层与母材交界处发生晶间腐蚀倾向的问题。

此外，本发明还涉及堆焊工艺，该工艺采用氧乙炔火焰堆焊技术堆焊由上述奥氏体不锈钢制备的钩爪、连杆上的小孔，避免堆焊层与母材交界处发生晶间腐蚀倾向的问题。

此外，本发明还提供奥氏体不锈钢的应用。

本发明通过下述技术方案实现：

奥氏体不锈钢，以重量百分比计，其中，C：≤0.1％，Ni：16％-24％，Cr：20％-28％，Nb或Ti：≤1.0％。

优选地，C：≤0.03％，Ni：18％-22％，Cr：20％-24％，Nb或Ti：≤0.3％。

钩爪和连杆的作用是通过钩爪齿面与驱动杆环槽啮合后带动驱动杆上升和下降运动从而驱动反应堆控制棒上下运动以达到调节反应堆功率和紧急情况下停堆的目的。加上钩爪和连杆的两个的小孔在工况条件下与销轴存在较大的摩擦力和冲击力，在工作过程中小孔会发生变形，导致钩爪的定位不准确从而加剧了钩爪齿面的磨损，大大的缩短钩爪和连杆的寿命。因此就对钩爪和连杆的耐磨性提出了更高的要求。因此，钩爪和连杆的母材采用奥氏体不锈钢，在小孔和齿面位置堆焊Stellite 6钴基合金以增加其配合面的硬度和耐磨性。

钩爪工作压力：17.23MPa(绝对压力)；工作温度：343℃；等效静载荷：1602N(重量+水阻力+机械阻力)；工作介质：硼酸冷却剂；硼酸浓度：反应堆稳定运行期间≤2000mg/kg，具有较强的腐蚀性。

现有的钩爪、连杆母材和焊丝的化学成分如表1所示：

表1

在现有技术中，基本是以现有的奥氏体不锈钢(Z2CN19-10控氮或是Z6CNNb18-11)作为母材，然后采用氧乙炔方式对母材(钩爪或是连杆)上的小孔进行堆焊时，堆焊过程所采用的焊丝为Stellite-6。

所述小孔具体是指钩爪、连杆堆焊位置的小孔。

申请人在长期的试验中发现：以现有的奥氏体不锈钢(Z2CN19-10控氮或是Z6CNNb18-11)作为母材，焊丝采用Stellite-6，然后采用氧乙炔方式对母材上的小孔进行堆焊时，均存在堆焊层与母材交界处发生晶间腐蚀的问题，该问题尚未在本领域中提出，申请人首次提出该技术问题。

申请人经研究发现：所述钩爪、连杆小孔区别于常规平面或外圆焊接，小孔为约束性环境，空间狭小(小孔的尺寸稍大于焊炬焊嘴)。因为受小孔尺寸限制，气焊火焰受四周孔壁的限制不能扩散，焊接火焰大部分(80％-90％)作用于零件小孔内，热传递和渗碳效率较高，焊接质量控制困难，然后对堆焊后的钩爪进行检测，发现堆焊层与母材交界处发生晶间腐蚀的问题。

目前国内在役的压水堆核电机组中，钩爪、连杆零件均为从欧洲进口的产品，该种钩爪和连杆经过腐蚀后的形貌如图1至图4所示：两种材料结合靠近奥氏体不锈钢一侧的区域会产生较为严重的晶间腐蚀裂纹，并且熔合区存在大量的晶粒脱落，堆焊层与母材结合力变得较为薄弱。