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一种用于钠冷快 中子增殖堆焊接的不锈 钢 焊条及制备方法

阅读：1021发布：2020-05-26

专利汇可以提供一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及焊条及其制备方法技术领域，更具体的说是一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条及其制备方法，包括焊芯、药皮和粘结剂，所述药皮中的物料成分为药粉，药粉与焊条质量比为30-45∶100，药粉与粘结剂质量比为100∶20-30；以药粉占焊条的质量百分比计，药粉中组份原料及质量百分比如下：金红石粉、大理石粉35％～45％、萤石粉、钛铁粉、铁粉、钛白粉、纯碱、电解锰、钛酸钾、硅、稀土硅铁、海藻酸钾、镍粉。本发明的优点是：操作性能良好，具有良好的焊接工艺性，在高温环境中具有优异的力学性能。，下面是一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条及制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条，包括焊芯、药皮和粘结剂，其特征在于，所述药皮中的物料成分为药粉，药粉与焊条质量比为30-45∶100，药粉与粘结剂质量比为100∶20-30，余量为焊芯；其中，以药粉占焊条的质量百分比计，药粉中组份原料及质量百分比如下：金红石粉4％～8％、大理石粉35％～45％、萤石粉30％～35％、钛铁粉2％～5％、铁粉2％～5％、钛白粉1％～2％、纯碱0.6％～0.8％、电解锰0.5％～2％、钛酸钾0.5％～
2％、硅铁3％～6％、稀土硅铁0.5％～2％、海藻酸钾0.5～1.0％、镍粉1～5％。
2.根据权利要求1所述的一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条，其特征在于，所述焊芯由以下按照质量百分比的成分组成：C：0.01-0.05％；Cr：19.0-20.0％；Ni：12.5-
13.5％；Mo：2.20-2.60％；N：0.04-0.08％；Mn：1.50-2.00％；Si：0.05-0.20％；余量为铁及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条，其特征在于，所述药粉中的金红石粉中TiO2≥91wt％；大理石粉中CaCO3含量≥96wt％；萤石粉中CaF2≥
95wt％；钛白粉中TiO2≥99wt％；硅微粉中SiO2≥99wt％；电解锰中Mn≥99.5wt％；硅铁中Si：40-50wt％；钛铁中Ti≥70wt％；钛酸钾中TiO2≥65wt％；稀土硅铁中稀土元素17-
37wt％；海藻酸钾中K2O≥10％；镍粉中Ni≥99％。
4.根据权利要求1所述的一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条，其特征在于，所述粘结剂采用钾钠水玻璃，其波美浓度为41.5°～42.5°。
5.根据权利要求1所述的一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条，其特征在于，所述不锈钢焊条焊接后熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为：C：0.04-0.055％、Mn0.5-2.0％、Si：0.：30-0.60％、S≤0.005％、P≤0.015％、Nb：≤0.05％、Cr：18.0～
20.0％、Ni：11.0-13.5％、Cu≤0.010％，Mo：2.2-2.7％，余量为Fe及不可避免的杂质。
6.一种权利要求1～5中任一项所述不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述药皮中各成分的粉料按比例混合均匀；
(2)加入药粉总成分重20-30％的粘结剂，搅拌混合均匀；然后送入压条机内将其裹覆于焊芯上；
(3)再依次经低温烘焙和高温烘焙，即成。
7.根据权利要求6所述的一种不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述低温烘焙的温度为80-120℃，低温烘焙时间为1小时，高温烘焙的温度为300-350℃，高温烘焙时间为1小时。

说明书全文

一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈 钢 焊条及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及焊条及其制备方法技术领域，更具体的说是一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条及制备方法。

背景技术

[0002] 钠冷快堆结构由不同的部件(如内外容器、堆内支承结构、栅板联箱、堆芯围桶、热屏蔽等)焊接而成。由于快堆结构尺寸大，设计紧凑、复杂，导致焊接工艺复杂，焊接量大。在快堆运行过程中，堆内结构材料长期处于高温、高腐蚀、高辐照环境下，工况极其苛刻，堆内关键部件在服役过程中，既要承受一定的快中子剂量(比如主容器及堆内支承承受的中子剂量约1018n/cm2；堆芯围桶承受的中子剂量较大，可达1022n/cm2)和高温环境(比如主容器及堆内支承的服役温度约633K；堆芯围桶服役温度约633K～800K)，又要考虑与环境介质(液态钠或钠蒸汽)的相容性问题，此外，这些关键部件在服役期内(设计寿命40年)均不可更换。基于上述因素的考虑，工程设计对堆内关键部件用焊接材料的性能提出了较高的要求，以保证快堆运行的安全可靠性。

[0003] 目前我国焊材体系不全，特别是高端焊材大部分依赖进口，中国实验快堆(CEFR)中关键焊接结构部件均采用国外进口焊接材料焊接(如308/308H、316/316H等不锈钢焊接材料)，不仅价格昂贵，而且严重受制于人，不利于保证快堆生产制造的顺利进行。从国内能源领域大型焊接结构服役过程来看，焊接接头是易产生早期时效的薄弱环节，应该加强大型焊接结构制造中所需焊接材料的研制。随着我国示范快堆临界以及未来商业快堆建设的日益增多，研制拥有自主知识产权、适用于快堆建造的高端不锈钢焊接材料，是急需解决的问题。

[0004] 因此，现有技术还有待发展。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条，包括焊芯、药皮和粘结剂，其特征在于，所述药皮中的物料成分为药粉，药粉与焊条质量比为30-45∶100，药粉与粘结剂质量比为100∶20-30，余量为焊芯；其中，以药粉占焊条的质量百分比计，药粉中组份原料及质量百分比如下：金红石粉4％～8％、大理石粉35％～45％、萤石粉30％～35％、钛铁粉2％～5％、铁粉2％～5％、钛白粉1％～2％、纯碱0.6％～0.8％、电解锰0.5％～2％、钛酸钾0.5％～2％、硅铁3％～6％、稀土硅铁0.5％～2％、海藻酸钾0.5～1.0％、镍粉1～5％。

[0008] 进一步的，所述焊芯由以下按照质量百分比的成分组成：C：0.01-0.05％；Cr：19.0-20.0％；Ni：12.5-13.5％；Mo：2.20-2.60％；N：0.04-0.08％；Mn：1.50-2.00％；Si：
0.05-0.20％；余量为铁及不可避免的杂质，以上焊芯中各成分的总重量为100％。

[0009] 进一步的，所述药粉金红石粉中TiO2≥91％；大理石粉中CaCO3含量≥96wt％；萤石粉中CaF2≥95wt％；钛白粉中TiO2≥99wt％；硅微粉中SiO2≥99wt％；电解锰中Mn≥99.5wt％；硅铁中Si：40-50wt％；钛铁中Ti≥70wt％；钛酸钾中TiO2≥65wt％；稀土硅铁中稀土元素17-37wt％；海藻酸钾中K2O≥10％；镍粉中Ni≥99％。

[0010] 进一步的，所述粘结剂采用钾钠水玻璃，其波美浓度为41.5°～42.5°。

[0011] 进一步的，所述不锈钢焊条焊接后熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为：C：：0.04-0.055％、Mn 0.5-2.0％、Si：0.：30-0.60％、S≤0.005％、P≤0.015％、Nb：≤
0.05％、Cr：18.0～20.0％、Ni：11.0-13.5％、Cu≤0.010％，Mo：2.2-2.7％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0012] 一种用于钠冷快中子增殖堆焊接的不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0013] (1)将所述药皮中各成分的粉料按比例混合均匀；

[0014] (2)加入药粉总成分重20-30％的粘结剂，搅拌混合均匀；然后送入压条机内将其裹覆于焊芯上；

[0015] (3)再依次经低温烘焙和高温烘焙，即成。

[0016] 进一步的，步骤(3)中低温烘焙的温度为80-120℃，低温烘焙时间为1小时，高温烘焙的温度为300-350℃，高温烘焙时间为1小时。

[0017] 本发明的有益效果是：不但具有良好的操作性能，在平、横、立、仰、位置均具有良好的焊接工艺性，而且具有超纯净的熔敷金属成分，同时在高温环境中具有优异的力学性能。本发明不锈钢焊条应用钠冷快中子增殖堆焊接，也可用于化工、压容等其他行业同类不锈钢种的焊接。本发明还具有以下优点：

[0018] 1、经实验验证，本发明不锈钢焊条适用于钠冷快堆堆容器、堆内构件的焊接。

[0019] 2、利用本发明不锈钢焊条焊接时，飞溅小，电弧稳定，脱渣好，工艺性能好。

[0020] 3、本发明不锈钢焊条能够得到符合要求性能的焊缝，可以替代进口焊条。

[0021] 4、本发明不锈钢焊条的熔敷金属符合如下性能要求：

[0022] 熔敷金属室温条件下性能为：屈服强度Rp0.2≥210MPa，抗拉强度Rm≥520MPa，延伸率A≥30％，冲击功Akv≥90J；

[0023] 熔敷金属高温拉伸性能为：350℃：Rp0.2≥127MPa，Rm≥446MPa；400℃：Rp0.2≥123MPa，Rm≥444MPa；450℃：Rp0.2≥121MPa，Rm≥434MPa；550℃：Rp0.2≥116MPa，Rm≥
392MPa；650℃：Rp0.2≥110MPa，Rm≥313MPa；

[0024] 熔敷金属中的δ铁素体数(FN值)介于3～8；

[0025] 熔敷金属持久性能：650℃、117MPa条件下，时间≥2000h。

[0026] 5、熔敷金属性能符合标准要求，可以替代进口焊条，而且焊接过程中飞溅小，电弧稳定，脱渣好，工艺性能好。

具体实施方式

[0027] 下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于实施例。

[0028] 实施例1～3

[0029] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 以下实施例1～3中选择直径为Φ4.0mm的焊芯。其具体化学成分见表1。

[0031] 表1实施例1～3焊条的焊芯具体化学成分对比(重量％，余量为Fe及不可避免的杂质)

[0032]

[0033] 实施例1-3中焊条的药皮成分配比见表2。

[0034] 表2实施例1～3中焊条的药皮成分配比

[0035]

[0036]

[0037] 实施例1～3中的焊条的制备按如下步骤进行：

[0038] (1)将表2所示药皮中各成分的粉料按比例混合均匀；

[0039] (2)加入药粉总成分重25％的粘结剂，搅拌混合均匀；然后送入常规的油压型焊条压涂机内将其裹覆于焊芯上；

[0040] (3)再依次经100℃低温烘焙一小时和350℃高温烘焙一小时，即成。

[0041] 实施例1～3的不锈钢焊条焊接试验的熔敷金属的化学成分均列入表3。

[0042] 表3为实施例1-3不锈钢焊条的熔敷金属化学成分(重量％)

[0043]

[0044] 本实施例1-3的不锈钢焊条熔敷金属在各种温度条件下的力学性能如表4～10所示。

[0045] 表4常温拉伸

[0046]

[0047] 表5 350℃拉伸

[0048]

[0049] 表6 400℃拉伸

[0050]

[0051]

[0052] 表7 450℃拉伸

[0053]

[0054] 表8 550℃拉伸

[0055]

[0056] 表9 650℃拉伸

[0057]

[0058] 表10室温冲击性能

[0059]序号焊缝中心
1 135
2 140
3 129

[0060] 表11熔敷金属铁素体含量

[0061]序号铁素体数FN
1 3.5
2 5
3 4.0

[0062] 上述实施例试验结果显示本发明的用于钠冷快堆堆容器、堆内构件的不锈钢焊条拥有稳定的良好的室温及高温拉伸强度和延伸率，以及冲击韧性，完全可以满足GB/T 983-2012《不锈钢焊条》中对E316H以及AWS A5.4《Specification for stainless steel Welding Electrodes for Shielded Metal Arc Welding》对E316H的要求，并经试验验证完全满足钠冷快堆堆容器、堆内构件不锈钢焊条焊接技术要求。

[0063] 本发明药皮原料中各成分的主要作用如下：

[0064] 金红石粉：金红石的主要作用是稳定电弧、造渣，调整熔渣的表面张力、粘度、流动性等物理性能，改善提高脱渣性能，改善焊缝成型，减少飞溅等作用；但是太多的金红石易恶化熔敷金属机械性能及抗裂性，因此金红石在药皮中的含量为

[0065] 大理石粉：主要作用是造渣、造气，稳定电弧，提高熔渣碱度，改善脱渣性能，并有较好的脱硫能力和间接脱磷效果，分解CO2保护焊缝不被氧、氮化，减少焊缝金属中的氢含量；大理石在药皮中的含量为

[0066] 钛白粉：主要作用是增塑剂，改善焊条的涂压性，保证焊条的外观质量，因涂压需要和成本较高，不宜太多。

[0067] 萤石：适量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，使得焊缝成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。本发明的萤石含量的合适范围是

[0068] 电解锰：电解锰的加入主要是向焊缝中过度锰元素，提高焊缝金属的强度和塑性，同时可以起到脱氧脱硫、加快焊接反应速度的作用；电解锰在药皮中的含量为3～5％。

[0069] 钛酸钾：主要作用是改善焊条焊接工艺性能，还对改善焊条的压涂性能和稳定焊接电弧有益。钛酸钾含量超过10％时，药皮吸潮性增加，钛酸钾含量低于6％时，改善焊条的焊接工艺性能作用不明显，因而限制药皮中钛酸钾含量为2％～5％。

[0070] 钛铁：主要作用是脱氧剂，提供焊缝抗气孔能力，太多会导致焊缝增碳。

[0071] 稀土硅铁：稀土元素的加入，主要是为了细化焊缝金属晶粒，优化焊缝性能，但过多成本较高。

[0072] 海藻酸盐：主要作用是稳弧剂和粘结剂，但太多会增加药皮吸潮性。

[0073] 镍粉：主要作用是提升焊缝韧性。

[0074] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

[0075] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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