一种防止焊接裂纹的核电用镍基合金焊丝的成分设计方法、核电用镍基合金焊丝技术

本发明专利技术提供了一种防止焊接裂纹的核电用镍基合金焊丝的成分设计方法、核电用镍基合金焊丝，涉及焊接材料技术领域。本发明专利技术通过控制显微组织Laves相的体积百分比防止结晶裂纹，比通过控制化学成分防止结晶裂纹更直接、更有效。采用本发明专利技术提供的设计方法能够同时防止结晶裂纹和抗高温失塑裂纹，解决三代核电主设备镍基合金焊接裂纹问题。

【技术实现步骤摘要】
一种防止焊接裂纹的核电用镍基合金焊丝的成分设计方法、核电用镍基合金焊丝
本专利技术涉及焊接材料
，具体涉及一种防止焊接裂纹的核电用镍基合金焊丝的成分设计方法、核电用镍基合金焊丝。
技术介绍
镍基合金裂纹敏感性高，容易产生焊接裂纹，特别是高温失塑裂纹和结晶裂纹。防止裂纹一直是三代核电装备制造用镍基合金焊接材料研制的重点，也是技术难点。三代核电装备制造用镍基合金焊接材料主要是690合金焊接材料，其高温失塑裂纹敏感性较高。高温失塑裂纹是尺寸较小的内部缺陷，现行无损检测技术难以发现，给核电装备的制造质量和安全运行带来了隐患。国内外核电装备在制造、运行阶段曾多次发现过690合金高温失塑裂纹，对核电主设备的质量和安全运行产生了重大影响，在工程中防止690镍基合金高温失塑裂纹至今仍是核电行业关注的重点。核电工程最先使用的690合金焊丝为ASMESFA-5.14ERNiCrFe-7焊丝，其化学成分(质量含量)为：C≤0.04％，Mn≤1.0％，Fe：7.0-11.0％，P≤0.02％，S≤0.015％，Si≤0.50％，Cu≤0.30％，Al≤1.1％，Ti≤1.0％，Cr：28.0-31.5％，Nb+Ta≤0.10％，Mo≤0.50％，Al+Ti≤1.5％，其它≤0.50％。因其具有较高的高温失塑裂纹敏感性，目前的应用数量很小。ASMESFA-5.14ERNiCrFe-7A焊丝是目前国内外核电装备制造大规模应用的唯一690合金焊丝，其化学成分(质量含量)为：C≤0.04％，Mn≤1.0％，Fe：7.0-11.0％，P≤0.02％，S≤0.015％，Si≤0.50％，Cu≤0.30％，Co≤0.12％，Al≤1.1％，Ti≤1.0％，Cr：28.0-31.5％，Nb+Ta：0.5-1.0％，Mo≤0.50％，Al+Ti≤1.5％，B≤0.005％，Zr≤0.02％，其它≤0.50％。与ERNiCrFe-7焊丝相比，ERNiCrFe-7A焊丝主要有两个特点，其一，通过添加一定数量的Nb，增加了晶界析出物的数量，提高了抗高温失塑裂纹能力；其二，添加一定数量的B、Zr改善晶界强度，提高抗高温失塑裂纹能力。三代核电装备对镍基合金焊接技术提出了更高的要求，其特点是核电主设备的结构厚度增大，焊接接头拘束增加，产生焊接裂纹的几率提高。在有些条件下，ERNiCrFe-7A焊丝存在抗高温失塑裂纹能力不足的问题，增加了装备制造的难度和质量稳定性。作为防止高温失塑裂纹的现有技术，中国专利CN101144130A提出了一种堆焊件和对应的焊接材料，堆焊焊缝化学成分(质量含量)为：Cr：28.5-31.0％，Fe：7.0-10.5％，Mn＜1.0％，Nb+Ta：2.1-4.0％，Mo：3.0-5.0％，Si＜0.50％，Ti：0.01-0.35％，Al≤0.25％，Cu＜0.20％，W＜1.0％，Co＜0.12％，Zr＜0.10％，S＜0.01％，B＜0.01％，C＜0.03％，P＜0.02％，Mg+Ca：0.002-0.015％，余量Ni和附带的杂质。这项专利解决了ERNiCrFe-7A焊丝“在不利的焊缝形状和非常高的热输入下，发现的偶见高温失塑裂纹”问题。这项专利通过大幅提高Nb+Ta含量，添加较多数量的Mo，提高晶界强度、增加析出物数量，形成弯曲晶界，进一步改善了焊缝抗高温失塑裂纹的能力。专利提供的STF试验结果说明了实施例对防止高温失塑裂纹的有效性。但是，STF试验只是高温失塑裂纹敏感性试验，其结果不能用于评价结晶裂纹敏感性，且该专利也没有说明实施例的结晶裂纹敏感性大小。事实上，由于这项专利提高了Laves相形成元素的含量，增加了结晶裂纹敏感性，在核电装备焊接的条件下可能产生结晶裂纹，没有真正解决核电工程用镍基合金焊接裂纹(结晶裂纹)问题。为了满足我国核电装备自主创新的发展需求，需要研制不仅能够防止高温失塑裂纹，也能够防止结晶裂纹的核电用镍基合金焊丝。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种防止焊接裂纹的核电用镍基合金焊丝的成分设计方法、核电用镍基合金焊丝，采用本专利技术提供的设计方法能够同时防止结晶裂纹和抗高温失塑裂纹，解决三代核电主设备镍基合金焊接裂纹问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种防止焊接裂纹的核电用镍基合金焊丝的成分设计方法，包括以下步骤：(1)按照Laves相体积百分比≤1.0％的原则，确定焊丝的化学成分设计值；(2)按照所述焊丝的化学成分设计值制备铸锭，得到所述铸锭的化学成分；(3)根据所述铸锭的化学成分，采用软件计算得到铸锭的Laves相体积百分比；(4)若所述铸锭的Laves相体积百分比≤1.0％，则以所述铸锭的化学成分为核电用镍基合金焊丝的化学成分。优选地，步骤(3)所述软件为JMatPro软件。优选地，若所述铸锭的Laves相体积百分比＞1.0％，则调整步骤(1)焊丝的化学成分设计值，重复进行步骤(2)～(3)，直到铸锭的Laves相体积百分比≤1.0％。优选地，所述Laves相体积百分比为0～0.03％。本专利技术提供了采用上述技术方案所述的成分设计方法得到的核电用镍基合金焊丝，以质量百分含量计，化学成分包括：C：0.015～0.035％、Si≤0.30％、Mn：0.20～1.00％、Cr：29.0～31.5％、Fe：8～12％、Ta：1.5～4.0％、Nb≤1.4％、Ti≤0.5％、Al≤0.5％、Mo：3.0～5.0％和余量的Ni。优选地，以质量百分含量计，化学成分包括：C：0.025～0.033％、Si：0.08～0.12％、Mn：0.78～0.82％、Cr：29.89～31.33％、Fe：8.12～11.53％、Ta：1.60～3.51％、Nb≤0.98％、Ti：0.18～0.19％、Al：0.19～0.32％、Mo；3.40～3.60％和余量的Ni。优选地，以质量百分含量计，化学成分还包括：Cu≤0.1％、Co≤0.10％、S≤0.0020％、P≤0.0020％、B≤0.001％、Zr≤0.002％。优选地，所述核电用镍基合金焊丝的直径为1.2mm。本专利技术提供了一种防止焊接裂纹的核电用镍基合金焊丝的成分设计方法，包括以下步骤：(1)按照Laves相体积百分比≤1.0％的原则，确定焊丝的化学成分设计值；(2)按照所述焊丝的化学成分设计值制备铸锭，得到所述铸锭的化学成分；(3)根据所述铸锭的化学成分，采用软件计算得到铸锭的Laves相体积百分比；(4)若所述铸锭的Laves相体积百分比≤1.0％，则以所述铸锭的化学成分为核电用镍基合金焊丝的化学成分。本专利技术通过控制显微组织Laves相的体积百分比防止结晶裂纹，比通过控制化学成分防止结晶裂纹更直接、更有效；本专利技术将焊丝的数值模拟技术与抗裂性试验结果相结合，发现了影响结晶裂纹的重要因素，提出了防止结晶裂纹的判据，在焊丝成分设计时，使用该判据能够预测得到焊丝成分设计点及波动范围内的抗裂性结果，提高成品率；本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防止焊接裂纹的核电用镍基合金焊丝的成分设计方法，包括以下步骤：/n(1)按照Laves相体积百分比≤1.0％的原则，确定焊丝的化学成分设计值；/n(2)按照所述焊丝的化学成分设计值制备铸锭，得到所述铸锭的化学成分；/n(3)根据所述铸锭的化学成分，采用软件计算得到铸锭的Laves相体积百分比；/n(4)若所述铸锭的Laves相体积百分比≤1.0％，则以所述铸锭的化学成分为核电用镍基合金焊丝的化学成分。/n

【技术特征摘要】
1.一种防止焊接裂纹的核电用镍基合金焊丝的成分设计方法，包括以下步骤：
(1)按照Laves相体积百分比≤1.0％的原则，确定焊丝的化学成分设计值；
(2)按照所述焊丝的化学成分设计值制备铸锭，得到所述铸锭的化学成分；
(3)根据所述铸锭的化学成分，采用软件计算得到铸锭的Laves相体积百分比；
(4)若所述铸锭的Laves相体积百分比≤1.0％，则以所述铸锭的化学成分为核电用镍基合金焊丝的化学成分。


2.根据权利要求1所述的成分设计方法，其特征在于，步骤(3)所述软件为JMatPro软件。


3.根据权利要求1所述的成分设计方法，其特征在于，若所述铸锭的Laves相体积百分比＞1.0％，则调整步骤(1)焊丝的化学成分设计值，重复进行步骤(2)～(3)，直到铸锭的Laves相体积百分比≤1.0％。


4.根据权利要求1、2或3所述的成分设计方法，其特征在于，所述Laves相体积百分比为0～0.03％。


5.采用权利要求1～4任一项所述的成分设计方法得到的核电用镍基合金焊丝，以质量百分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佩寅，徐锴，郭枭，陈波，霍树斌，
申请(专利权)人：哈尔滨焊接研究院有限公司，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