核電用不銹鋼焊條鐵素體含量控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種焊接控制方法，尤其是一種不銹鋼焊條熔敷金屬中δ鐵素體含量控制方法。
【背景技術】
[0002]在核島設備中許多部組件采用不銹鋼制造，如反應堆堆內構件、驅動機構中的某些零部件、一回路主管道以及某些栗、閥的殼體等。所采用材料主要有304L、316L、347和321等。這些部組件常用的焊接方法主要有手工電弧焊(SMAW)、埋弧自動焊(SAW)和鎢極氣體保護焊(GTAW)。焊接材料主要為E308L、E316L和E347焊條，ER308L、ER316L、ER347焊絲及配套焊劑，EQ308L、EQ316L、EQ347焊帶及配套焊劑。其中反應堆壓力容器、主栗、穩壓器、蒸汽發生器一次側等反應堆主設備的殼體都采用在低合金鋼鍛件上堆焊309L+308L奧氏體不銹鋼耐蝕層的方式制造。E309L焊條主要用于低合金鋼上作為過渡層堆焊。
[0003]基于核安全性考慮，對核島主設備過渡層用的不銹鋼E309L焊條提出更高的技術要求，即經608°C X40h熱處理后斷后伸長率應達到18%。
[0004]鐵素體含量過低易產生液化裂紋。以奧氏體為初始析出相的凝固組織呈現出嚴重的偏析，全奧氏體焊縫對液化裂紋是最敏感的。
[0005]當焊縫組織中存在一定量的鐵素體含量時，奧氏體和δ鐵素體的雙相組織具有較高的抗裂紋能力。此時S鐵素體對S、P、Si等元素具有較高的溶解度，能有效地降低凝固時殘余液體的雜質含量，最終提高抗裂性能。
[0006]鐵素體含量過高時，經過一定的熱處理制度后會產生σ相。硬而脆的σ相會嚴重影響焊縫金屬的韌性，不到5%的σ相已足以使沖擊韌度降低50%以上。根據σ相的析出曲線，309不銹鋼在600°C保溫10小時就開始出現σ相。當鐵素體含量在17FN時，顯微組織中存在σ相，熱處理態斷后伸長率幾乎為零，大部分δ鐵素體發生了分解。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種焊條熔敷金屬經608°C X40h熱處理后焊縫金屬斷后伸長率可達18%，能滿足核電工程技術要求的核電用不銹鋼焊條鐵素體含量控制方法。
[0008]本發明的目的是這樣實現的:
[0009]控制焊條熔敷金屬中下列元素的重量比含量為:C彡0.03%、Cr 22.00?23.50%、Ni 13.5 ?14%、Mn 1.00 ?1.52%、N 0.10 ?0.15%，控制焊接工藝參數為:焊接電流120?140A，焊接速度彡150mm/min。
[0010]本發明原理為不銹鋼焊條中主要成分對鐵素體含量的影響；根據σ相的析出曲線，309不銹鋼在600°C保溫10小時就開始出現σ相，減少σ相脆化最有效的方法是降低焊縫金屬的鐵素體含量。
[0011]鉻是鐵素體形成元素，也是很強的碳化物生成元素，同時也是金屬間化合物σ相的重要成分。它能增加焊縫的強度，提高焊縫抗晶間腐蝕能力，過量時會降低斷后伸長率以及沖擊韌性。
[0012]鎳是奧氏體形成元素。它能使不銹鋼具有良好的塑韌性，并且具有優良的冷熱加工工藝性能和焊接性能。
[0013]錳是奧氏體化形成元素。當不改變組織狀態時，能改善焊縫的抗裂性，增加焊縫的塑性，當錳含量過高時，能導致焊縫的奧氏體相粗化，降低焊縫抗晶間腐蝕能力。
[0014]焊接電流過大、焊接速度過小，焊接熱輸入過大，導致主要元素含量燒損過大，以至于帶來鐵素體含量測定的誤差。
[0015]本發明通過控制熔敷金屬中主要元素的含量，嚴格控制焊接工藝參數及焊接過程，合理地控制焊條熔敷金屬的鐵素體含量，經608°C X40h熱處理后焊縫金屬斷后伸長率可達18%，完全滿足核電工程技術要求。
[0016]為驗證本發明的效果，本發明將焊條熔敷金屬含量控制為，C:彡0.03%, Cr:22.00 ?25.00%、N1:12.5 ?14%、Μη:1.00 ?2.00%、K 0.15% ;焊接工藝參數控制為焊接電流120?140A，焊接速度多150mm/min ;按照標準GB/T1954-2008，進行鐵素體含量試樣的制備，采用磁性法進行鐵素體含量的測定；研究鐵素體含量在0?18FN范圍內變化時，熱處理態斷后伸長率以及相應顯微組織的變化，實現對核電用E309L焊條熔敷金屬鐵素體含量的精確控制。
[0017]當鐵素體含量控制在6FN以下時，熱處理態斷后伸長率多30%，δ鐵素體發生輕微分解；當鐵素體含量控制在10FN以下時，熱處理態斷后伸長率多18%, δ鐵素體分解程度較大，且隨著鐵素體含量的增加，S鐵素體分解也依次增加；當鐵素體含量控制在10?12FN時，δ鐵素體分解很不均勻，導致熱處理態斷后伸長率波動劇烈，范圍為10%?35%;當鐵素體含量控制在12?18FN時，熱處理態斷后伸長率幾乎為零，大部分δ鐵素體發生了分解，鐵素體含量越高分解出越多的σ相。
[0018]本發明的有益效果為:通過對E309L焊條熔敷金屬鐵素體含量的精確控制，有效地提高熱處理態力學性能，按核電技術要求為焊條選擇相應合適的鐵素體含量，避免出現力學性能不穩定的現象。為核島主設備異種鋼過渡層的堆焊焊接材料的合理選擇提供必要的技術支撐。
【附圖說明】
[0019]圖1為鐵素體含量為1FN的焊態顯微組織圖片。
[0020]圖2為鐵素體含量為1FN的熱處理態顯微組織圖片。
[0021]圖3為鐵素體含量為8FN的焊態顯微組織圖片。
[0022]圖4為鐵素體含量為8FN的熱處理態顯微組織圖片。
[0023]圖5為鐵素體含量為11FN的焊態顯微組織圖片。
[0024]圖6為鐵素體含量為11FN的熱處理態顯微組織圖片。
[0025]圖7為鐵素體含量為11FN的熱處理態顯微組織圖片。
[0026]圖8為鐵素體含量為17FN的熱處理態顯微組織圖片。
[0027]圖9為鐵素體含量為17FN的熱處理態顯微組織圖片。
[0028]圖10a-圖10d為鐵素體含量為17FN的熱處理態顯微組織透射電鏡分析圖片。
【具體實施方式】
[0029]下面舉例對本發明作進一步的說明。
[0030]實施例1
[0031]將焊條熔敷金屬含量控制為，C:0.03%, Cr:22.10%、N1:13.9%、Μη:1.50%、N:0.11%;焊接電流為140A，焊接速度為220mm/min ;按照標準GB/T1954-2008，進行鐵素體含量試樣的制備，采用磁性法進行鐵素體含量的測定；此時實測鐵素體含量為1FN時，E309L焊條熔敷金屬熱處理態斷后伸長率為37%，此時δ鐵素體幾乎不發生分解，如圖1、圖2所不ο
[0032]實施例2
[0033]將焊條熔敷金屬含量控制為，C:0.021%, Cr:23.50%、N1:13.50%、Μη:1.52%、N:0.10% ;焊接電流為140A，焊接速度為220mm/min ;按照標準GB/T1954-2008，進行鐵素體含量試樣的制備，采用磁性法進行鐵素體含量的測定；此時實測鐵素體含量為8FN時，E309L焊條熔敷金屬熱處理態斷后伸長率為25%，此時δ鐵素體發生輕微的分解，如圖3、圖4所示。
[0034]對比例1
[0035]將焊條熔敷金屬含量控制為，C:0.020%, Cr:23.80%、N1:13.10%, Μη:1.70%,Ν:0.09% ;焊接電流為140Α，焊接速度為220mm/min ;按照標準GB/T1954-2008，進行鐵素體含量試樣的制備，采用磁性法進行鐵素體含量的測定；此時實測鐵素體含量為11FN時，同種狀態下E309L焊條熔敷金屬熱處理態斷后伸長率發生了較大波動，顯微組織如圖5、圖6、圖7所示。圖6對應試樣的斷后伸長率為10%、圖7對應試樣的斷后伸長率為35%。圖6對應試樣的δ鐵素體分解很不均勻，有些區域δ鐵素體分解徹底，有些區域未見明顯分解。圖7對應試樣的δ鐵素體，分解程度較輕微。
[0036]對比例2
[0037]將焊條熔敷金屬含量控制為，C:0.024%, Cr:24.50%, Ni:12.50%, Μη:1.84%,N:0.08% ;焊接電流為140A，焊接速度為220mm/min ;按照標準GB/T1954-2008，進行鐵素體含量試樣的制備，采用磁性法進行鐵素體含量的測定；此時實測鐵素體含量為17FN時，E309L焊條熔敷金屬力學性能變差，拉伸試樣發生脆斷，斷后伸長率為0%，大部分δ鐵素體發生了分解，如圖8、圖9所示。進一步對試樣作了透射電鏡分析，如圖10所示，熱處理態下S鐵素體發生了分解，分解成σ相+ 二次奧氏體。
【主權項】
1.核電用不銹鋼焊條鐵素體含量控制方法，其特征是，控制焊條熔敷金屬中下列元素的重量比含量為:C 彡 0.03%、Cr 22.00 ?23.50%、Ni 13.5 ?14%、Mn 1.00 ?1.52%、N 0.10?0.15%，控制焊接工藝參數為:焊接電流120?140A，焊接速度彡150mm/min。2.根據權利要求1所述的核電用不銹鋼焊條鐵素體含量控制方法，其特征是，控制焊條熔敷金屬中下列元素的重量比含量為:C 0.03%, Cr 22.10%, Ν?13.9%, Μη 1.50%, Ν0.11%ο3.根據權利要求1所述的核電用不銹鋼焊條鐵素體含量控制方法，其特征是，控制焊條熔敷金屬中下列元素的重量比含量為:C 0.021%, Cr 23.50%,Nil3.5%, Μη 1.52%, Ν0.10%ο4.根據權利要求1至3任何一項所述的核電用不銹鋼焊條鐵素體含量控制方法，其特征是，焊接工藝參數為:焊接電流140Α，焊接速度為220mm/min。
【專利摘要】本發明提供的是一種核電用不銹鋼焊條鐵素體含量控制方法。控制焊條熔敷金屬中下列元素的重量比含量為：C≤0.03％、Cr？22.00～23.50％、Ni？13.5～14％、Mn？1.00～1.52％、N？0.10～0.15％，控制焊接工藝參數為：焊接電流120～140A，焊接速度≥150mm/min。通過對E309L焊條熔敷金屬鐵素體含量的精確控制，有效地提高熱處理態力學性能，按核電技術要求為焊條選擇相應合適的鐵素體含量，避免出現力學性能不穩定的現象。為核島主設備異種鋼過渡層的堆焊焊接材料的合理選擇提供必要的技術支撐。
【IPC分類】B23K35/30
【公開號】CN105364338
【申請號】CN201510607805
【發明人】徐鍇, 黃逸峰, 陳燕, 景益, 張學剛, 余燕, 孫婷婷, 左波, 王慶江, 胡鵬亮
【申請人】機械科學研究院哈爾濱焊接研究所, 上海核工程研究設計院, 哈爾濱威爾焊接有限責任公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年9月22日