[发明专利]一种核废料再处理用不锈钢焊条及其应用

说明书

本发明提供了一种核废料再处理用不锈钢焊条，包括焊芯和裹覆在焊芯表面的药皮，所述药皮由干粉和粘接剂混合而成，所述药皮中干粉的成分及各成分占干粉总质量的百分比如下：天然金红石30～45％；云母6～10％；方解石5～8％；萤石7～10％；钛白粉3～5％；锆英砂2～5％；金属铬15～18％；金属镍2～5％；电解锰6～8％；纤维素0.5～0.7％；铌铁1.0～2.0％；锆铁0.5～1.5％；氮化铬铁1.0～2.0％；碳酸锶0.30～0.50％。该不锈钢焊条采用Cr‑Ni‑Nb‑Zr系专用焊芯，并通过控制合金含量及其比例、降低药皮中硅酸盐的含量控制焊缝金属中Si元素和杂质P元素，提高了焊条熔敷金属对高浓度硝酸的耐腐蚀性能和焊材熔敷金属的力学性能，解决了现有焊接材料对高浓度硝酸溶液耐腐蚀性能不足的问题。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种核废料再处理用不锈钢焊条，适用于25Cr-20Ni-Nb耐氧化性酸奥氏体不锈钢的焊接。

背景技术

核能已经成为人类的重要能源之一，在国际社会对温室气体排放、气候变暖等问题的关注越来越重视形势下，积极推进核电建设是我国能源建设的一项重要政策。截止2015年7月，全球共有391座核反应堆用于发电，中国共27座核反应堆用于并网发电，反应堆的平均年龄约为7年。在中国的能源结构中，核电比例仅为2％，远低于世界平均水平，与法国等核电强国相比，能源结构调整的空间巨大。2007年10月，国务院正式批准了《国家核电发展专题规划(2005-2020)》.根据规划，到2020年，我国将新投产核电装机容量2300万千瓦，相当于有23个百万千瓦级核电机组投入运营并联网发电，在今后的几年中，每年都将有几台新的核电机组开工建设。

我国核电的蓬勃发展也对核废料再处理提出了更高的要求。核电站使用后的核废料通常通过湿式再处理技术进行后处理，即采用高温、高浓度的硝酸对使用完的核燃料加以溶解，在溶液中产生了比硝酸的氧化还原电位更高的金属离子，形成了氧化性极强的腐蚀环境。因此，在上述溶液中，既存在由高温高浓度硝酸引起的晶间腐蚀等问题，也存在由钝化状态转向过钝化状态的全面腐蚀。在这一处理过程中由于涉及到具有腐蚀性的硝酸，因此大量使用不锈钢材料。

在硝酸成套设备或者核燃料后处理领域，对于高氧化环境下的过钝化腐蚀问题和晶间腐蚀问题，目前存在两种研究思路：第一种是采用低碳、高铬、添加Nb以及降低P、S和Si等高纯净化措施；第二种思路是采用高硅化思路，即将不锈钢中的Si含量提升至3％以上。由于采用第二种研发思路及高硅化思路会导致严重的焊接裂纹问题，而第一种研发思路采用高铬化提高抗腐蚀能力，同时采用低碳、添加Nb以及降低杂质元素S、P等措施，既提高了材料的耐全面腐蚀能力，又提高了在强氧化性酸中的耐晶间腐蚀能力。核废料再处理技术先进的国家如法国、日本等开发出了添加Nb的25Cr-20Ni-0.25Nb奥氏体不锈钢，用于制作核废料溶解槽、硝酸回收蒸发锅炉等关键设备。

目前，我国核废料再处理用25Cr-20Ni-0.25Nb奥氏体不锈钢对应的国产焊接材料为310Nb，目前市场上成熟的310Nb焊材存在以下几个问题：首先，焊缝金属中的C元素偏高，虽然添加了Nb元素来稳定C元素，但是当焊材中C元素偏高时，C元素将不可避免地与Cr形成Cr₂₃C₆型碳化物而消耗Cr元素，增加了发生晶间腐蚀的倾向。其次，焊材熔敷金属中Si元素和杂质元素P元素含量较高，降低了在硝酸中的耐腐蚀性能，难以将焊缝金属的腐蚀速率控制在0.1mm/a以下。由于上述不足之处限制了国产不锈钢焊材在核废料再处理中的应用，不能满足我国核电发展对相应焊接材料提出的越来越高的技术要求。

目前，有关耐硝酸腐蚀不锈钢及不锈钢焊材的专利如下：