[发明专利]用于焊覆的焊接材料

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序的奥氏体不锈钢焊接材料。本发明也涉及根据权利要求8的前序的焊接的制品。本发明还涉及根据权利要求14的用于制造焊接的制品的方法。

背景技术

诸如核反应器容器的大型部件通常以低合金化或非合金化碳钢制造且为了保护部件不受腐蚀而设置有不锈钢层。通过所谓的焊覆(weld cladding)或堆焊(overlay welding)从而将不锈钢层施加至容器。在表面的焊覆期间，通过在熔化焊剂(flux)层下的电弧，不锈钢带形式的焊接材料在要涂布的表面上熔融。熔化的焊接材料在部件的表面上固化且形成焊缝覆层(weld clad)。用于焊覆的代表性方法包括埋弧焊(SAW)和电渣焊(ESW)。

在反应器技术的最新发展中，使覆层(cladding)成为反应器容器的结构设计的一部分，且因此通过焊接将另外的部件如燃料棒束(fuel bundle)的附件直接连接在反应器容器的不锈钢覆层上。与此相关的一个问题是，在反应器容器中使用的常规焊覆材料不具有承受来自辅助部件的负荷的足够强度。

为了提高焊接覆层(welding cladding)的强度已经进行了各种尝试，例如通过增加焊接材料中碳的量。然而，高的碳量降低焊覆层(weld cladding)的腐蚀性能。

其它工作已经涉及解决焊接材料的制造问题。例如，US3537846公开了其中已经用氮取代了碳成分的不锈钢焊覆带。所得的焊接材料具有良好的可热加工性能，这使得可以容易地制造焊带。然而，由US3537846中所述的钢材制造的焊覆层不具有用于现今的现代核容器的足够强度。

WO2007037447显示用于如下焊缝的焊接材料，所述焊缝接合锌涂布的钢板。该焊接材料含有24重量％～30重量％的大量的铬，且进行优化以防止熔化的锌涂层污染焊珠和引起液态金属脆化。

JP59159295显示如下的焊接材料，对所述焊接材料进行优化而用于制造具有30体积％～75体积％铁素体含量的焊珠。

因此，本发明的一个目的是解决至少一个上述问题。特别地，本发明的一个目的是获得一种奥氏体-铁素体不锈钢焊接材料，由其能够制造具有高强度和良好耐腐蚀性能的焊覆层。本发明的另一个目的是获得一种焊接的部件，其包含具有高强度和良好耐腐蚀性能的焊缝金属。本发明的又一个目的是获得能够以低成本进行制造的焊接材料。本发明的再一个目的是获得具有高强度、良好的耐腐蚀性且适合用于核容器的焊接材料。

发明内容

根据本发明，通过用于制造焊缝金属的奥氏体-铁素体不锈钢焊接材料实现这些目的中的至少一个，所述奥氏体-铁素体不锈钢焊接材料按重量％计包含：

C：≤0.02

Si：≤0.45

Mn：1.60～2.0

P：≤0.03

S：≤0.03

Cr：18.5～25

Ni：8.5～10.5

Mo：≤0.75

Co：≤0.2

Cu：≤0.75

N：0.12～0.3

余量为Fe和附带的(incidental)杂质。

本发明的奥氏体铁素体钢焊接材料制造强度高和腐蚀性能良好的焊缝金属，即焊接接头或焊覆层。试验结果已经出人意料地显示，在通过本发明的焊接材料制造的焊覆层中获得了563MPa～575MPa的抗张强度。这使得本发明的焊接材料作为现代核反应器中的容器中的覆层材料是非常有用的。

将本发明的焊接材料与氮合金化，氮填隙式地(interstitially)硬化了焊缝金属的奥氏体相，从而增加焊缝金属的强度。然而，氮是强的奥氏体促进元素，其高的量导致在本发明的焊缝金属中主要为奥氏体结构。重要的是本发明的焊缝金属具有奥氏体结构，因为奥氏体具有非常好的腐蚀性能。由于奥氏体钢与铁素体钢相比对辐射诱发的应力腐蚀没那么敏感，所以在核应用中使用奥氏体钢是更加有利的。然而，在奥氏体钢的固化期间，硫和磷倾向于集中到液相且在固化的材料中造成富有硫和磷的条纹。在焊接期间，这一机理会在焊缝金属中导致热裂纹(hot crack)的形成。因此，本发明的焊缝金属应该包含预定量的铁素体。铁素体相具有对磷和硫的高溶解性。因此在焊缝金属的固化期间，磷和硫被均匀地溶解在铁素体中且避免了热裂纹。

根据本发明，通过对焊接材料即焊带中的镍的量和铬的量进行平衡(balance)而在焊缝金属中获得足够量的铁素体，镍是奥氏体稳定化元素，铬促进铁素体的形成。这在焊缝金属中产生对热裂纹的非常好的抗性。