添加Mn和Nb的核电用NiCrFe合金堆焊焊带及焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种焊接材料，尤其是一种NiCrFe型镍基合金焊带。
【背景技术】
[0002] 随着国家将核电列为未来能源升级转型的重要方向以及世界核电技术的迅速发 展，以AP1000为代表的三代非能动核电技术开始占据主导地位，核电站核岛关键部件正逐 步向大型化发展，对反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器等压力容器要求越来越高，蒸汽 发生器作为核电站能量交换的枢纽，核岛一回路的边界，其管板一次侧要求堆焊镍基合金， 以实现抗腐蚀、耐高温等质量要求。对于大面积堆焊而言，手动电弧焊和丝极堆焊效率低， 堆焊层与基层母材结合处、堆焊层金属内部极易产生焊接缺陷，从而减少蒸汽发生器的寿 命，影响核电站的正常运行，甚至引发严重的核泄漏事故。
[0003] 蒸汽发生器管板堆焊的主要要求如下：
[0004] (1)优良的焊接工艺性，具体包括稳定的焊接过程，飞溅小，烟尘量小，光滑、美观 的焊道表面，均匀致密的波纹，良好的脱渣性，无气孔、夹渣、咬边、未熔合等焊接缺陷；
[0005] (2)具有较低的稀释率，以保证堆焊层的化学成分；
[0006] (3)堆焊层金属应具有优良的抗热裂纹能力，抗腐蚀能力；
[0007] (4)较高的焊接效率。
[0008] 镍基合金焊接主要的难点是镍基合金对热裂纹的敏感性较高，对高温失塑性裂 纹、结晶裂纹、应力腐蚀裂纹等微小裂纹难以控制，目前广泛应用于核电站蒸汽发生器管板 堆焊的是改进的NiCrFe型合金焊带，改进NiCrFe型合金是在传统NiCrFe型合金的基础上 发展出来，改进NiCrFe型合金显著提高了堆焊层抗高温失塑性裂纹的能力，但其仍然具有 较高的裂纹敏感性，不能充分满足蒸汽发生器管板的焊接要求。NiCrFe型合金焊带电渣堆 焊的拉伸强度较低，无法满足目前主流的技术指标要求。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种能大幅度提高堆焊金属抗高温失塑性裂纹的能力，可 以实现稳定的焊接，获得综合性能优良的焊层的添加 Mn和Nb的核电用NiCrFe合金堆焊焊 带。本发明的目的还在于提供一种添加 Mn和Nb的核电用NiCrFe合金堆焊焊带的焊接方 法。
[0010] 本发明的目的是这样实现的：
[0011] 本发明的添加 Mn和Nb的核电用NiCrFe合金堆焊焊带的重量百分比组成为 C ：<0. 04 % ；Si ：<0. 50 % ；Mn ：<5. 0 % ；S ：<0. 015 % ；P ：<0. 020 % ；Cr ：28. 0-31. 5 % ；Fe ： 7. 0-12. 0% ;Nb :〈2. 5% ;Cu :〈0· 30% ;A1 :〈0· 50% ;Ti :〈0· 50% ;余量为镍及其他不可避免 杂质。
[0012] 本发明的添加 Mn和Nb的核电用NiCrFe合金堆焊焊带还可以包括技术特征：
[0013] 1、Mn的重量百分比含量选择为2. 5-5. 0%。
[0014] 2、Nb的重量百分比含量选择为I. 0-2. 5%。
[0015] 3、Si的重量百分比含量选择为0-0· 20%。
[0016] 4、S的重量百分比含量选择为0-0· 005%。
[0017] 5、P的重量百分比含量选择为0-0. 005%。
[0018] 6、Ni的重量百分比含量选择为58-60%。
[0019] 本发明的添加 Mn和Nb的核电用NiCrFe合金堆焊焊带的焊接方法之一是：采用带 极埋弧堆焊焊接工艺，焊接电流800-850A，焊接电压29V，焊接速度160mm/min。
[0020] 焊带配合埋弧焊焊剂所得堆焊层金属中各成分相对于该堆焊金属的重量百分比 分别为：c :〈0· 04% ;Si :〈0· 50% ;Μη :〈5· 0% ;S :〈0· 015% ;P :〈0· 020% ;S+P :< 0· 010% ; Cr :28. 0-31. 5% ;Fe :7. 0-12. 0% ;Nb :〈2. 5% ;Cu :〈0· 30% ;A1 :〈0· 50% ;Ti :〈0· 50% ;余 量为镍及其他不可避免杂质。
[0021] 本发明的添加 Mn和Nb的核电用NiCrFe合金堆焊焊带的焊接方法的焊接方法之 二是：采用带极电渣堆焊焊接工艺，焊接电流1000-1050A，磁控电流2. 5A，焊接电压26V，焊 接速度 180mm/min。
[0022] 焊带配合电渣焊焊剂所得堆焊层金属中各成分相对于该堆焊金属的重量百分比 分别为：c :〈0· 04% ;Si :〈0· 50% ;Μη :〈5· 0% ;S :〈0· 015% ;P :〈0· 020% ;S+P :< 0· 010% ; Cr :28. 0-31. 5% ;Fe :7. 0-12. 0% ;Nb :〈2. 5% ;Cu :〈0· 30% ;A1 :〈0· 50% ;Ti :〈0· 50% ;余 量其他不可避免杂质。
[0023] 本发明提供了一种镍基合金焊带，通过控制焊带中Mn、Nb元素的含量，焊带中Mn、 Nb含量较高，在改进NiCrFe型合金的基础上大幅度提高了堆焊金属抗高温失塑性裂纹的 能力，还可以保证埋弧堆焊与电渣堆焊的强度满足技术指标要求，同时可以实现稳定的焊 接过程，获得焊接质量高，综合性能优良的堆焊层。
[0024] 提高堆焊层金属抵抗高温失塑性裂纹的能力，是保证蒸汽发生器管板堆焊质量的 关键，合适的堆焊层化学成分是保证较强的抗裂纹能力的主要原因，下面通过合金元素在 堆焊金属中的作用对本发明所提供的焊带的特点加以说明。
[0025] Cr :Cr影响影响苛性应力腐蚀的关键因素，对于xCr-60% Ni-Fe合金系，Cr含量 低于28%时，合金苛性应力腐蚀倾向增大，当其含量为30%时，苛性碱应力腐蚀倾向最小， 控制在28-31. 5% ;
[0026] Al :脱氧元素。
[0027] Ti :脱氧元素。
[0028] Mn :Mn元素作为有益的合金元素加入，由于Mn可以增加固液相的界面能，减小晶 界液膜的形成，降低结晶过程热裂纹的敏感性，从而减轻S、P杂质元素的有害影响。Mn的 加入还可以影响基体的固溶度，夹杂物的形成、数量，低熔点相的液化温度等，控制Mn在 2. 5-5. 0% 〇
[0029] Nb :Nb元素的加入一方面可以增强合金抗晶间腐蚀能力，因为相比于Cr，Nb与C 的结合力更强。另一方面，Nb的加入可以有效降低合金的DDC裂纹敏感性，Nb的碳化物在 晶界的析出，让晶界更加曲折蜿蜒，从而增加了晶界滑移的阻力。但Nb的加入会同时增加 合金的结晶区间，增大合金的结晶裂纹敏感性，因此控制Nb在1. 0-2. 5%。