[发明专利]一种核电用镍基合金焊带

说明书

本发明提供了一种核电用镍基合金焊带，涉及焊接材料技术领域。本发明提供的核电用镍基合金焊带，以质量百分含量计，化学成分包括C：0.01～0.03％，Si≤0.30％，Mn：0.10～1.00％，Cr：29.0～31.0％，Fe：3～9％，Nb：2.0～3.0％，Ta≤1.0％，Ti≤1.0％，Al≤0.5％，Mo：3.0～4.0％，余量为Ni；所述核电用镍基合金焊带的Laves相体积百分比≤1.2％。本发明通过增加焊带Mo、Nb、Ta含量，解决高温强度和抗高温失塑裂纹能力不足的问题；再通过控制Laves相数量，防止结晶裂纹，使用该焊带得到的带极堆焊金属具有较高的高温强度。

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种核电用镍基合金焊带。

背景技术

镍基合金裂纹敏感性高，容易产生焊接裂纹，特别是结晶裂纹及高温失塑裂纹。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关注的重点问题，也是技术难点。结晶裂纹产生在焊缝冷却过程中的液固共存阶段，此时大部分液体已经转化为固体，但晶界仍然存在少量液态的低熔点共晶物。随着温度的继续降低，如果这些液态的共晶物不能及时凝固，而是以液膜的形式存在，在足够大的拉应力作用下，这些液膜将被拉开，形成结晶裂纹。

CAP系列压水堆核电站是我国自主设计的三代核电机组，对690合金带极堆焊材料的性能提出了新的要求，现有的690合金焊接材料高温强度不足，增加了设备制造工艺的难度和复杂性。

国内外核电装备制造使用的690合金焊带为ASME SFA-5.14 EQNiCrFe-7A焊带，其化学成分(wt％)要求是：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。该焊带主要有两个特点，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，进而提高抗高温失塑裂纹能力。我国自主研制的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。在高拘束条件下，使用EQNiCrFe-7A焊带进行堆焊存在抗裂纹能力不足的问题，增加了装备制造的难度，质量稳定性存在隐患。

中国专利CN101144130A提出了一种焊接合金和对应的焊接材料，焊接合金的化学成分(wt％)范围为：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；焊接材料包括焊带、焊带、焊棒、焊条、预合金粉末或元素粉末。这项专利的目的是解决UNS N06054合金制造的堆焊用焊接材料“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，进一步提高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试验只能说明材料的高温失塑裂纹敏感性，不能说明材料的结晶裂纹敏感性。该专利既没有说明权利要求的焊接材料的结晶裂纹敏感性大小，也没有公开实施例焊缝的制作过程。由于这项专利大幅提高了Laves相形成元素的含量(和现有技术相比，主要增加了Mo、Nb+Ta)，增加了结晶裂纹敏感性，没有真正解决核电工程用镍基合金焊接裂纹问题。