[发明专利]一种包壳管焊接用含铌端塞材料及其制造方法

说明书

本发明属于冶金材料技术领域，涉及一种包壳管焊接用含铌端塞材料及其制造方法。所述的含铌端塞材料按重量百分比的组成为：C：0.030‑0.090％，Si≤0.08％，P≤0.010％，S≤0.0015％，Mn：0.40‑1.00％，Ni：14.00‑16.50％，Cr：15.5‑18.0％，Mo：2.40‑3.20％，Nb：0.30‑0.90％，B：0.002‑0.005％，Ti≤0.05％，Cu≤0.03％，Al≤0.05％，Co≤0.02％，O≤0.0015％，N≤0.0050％，Mg≤0.005％，Pb≤0.001％，As≤0.003％，Sn≤0.001％，Bi≤0.001％，Hg≤0.001％，Zn≤0.001％，La≤0.001％，Ce≤0.001％，其余为Fe。利用本发明的包壳管焊接用含铌端塞材料及其制造方法，能够使制造的含铌端塞材料针对奥氏体不锈钢焊接中容易出现的热裂纹问题，使奥氏体不锈钢材质包壳管具备良好的焊接性能。

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，涉及一种包壳管焊接用含铌端塞材料及其制造方法。

背景技术

钠冷快中子反应堆(以下简称快堆)作为第四代反应堆，其堆芯组件，特别是燃料组件相比于压水堆运行温度和燃耗更高。燃料棒承受高温(358-700℃)、高辐照损伤(80dpa以上)、裂变产物和金属钠的腐蚀，在寿期末仍需要保持完整性和气密性，这对作为燃料棒的第一道屏障的包壳管及与其焊接的端塞材料性能提出了严格的要求。因此，对快堆堆芯组件包壳管和端塞材料而言，主要的性能要求包括：良好的抗辐照性能，特别是良好的抗辐照肿胀性能；良好的高温力学性能；与燃料及冷却剂良好的相容性；良好的焊接性能。

奥氏体不锈钢以其优异的高温力学性能、良好的抗辐照肿胀性能、良好的钠相容性被广泛选为钠冷快堆的包壳材料。国产快堆包壳管使用含钛奥氏体不锈钢(代号CN-1515)，其严格要求合金中有害元素O、S的含量(均＜15ppm)，同时对锻造棒材和管坯的组织均匀性要求也很严格，不得出现明显条带状碳化物和细晶带组织。包壳管的两端需要焊接上、下端塞，以保证燃料棒的结构和功能，但焊接接头易产生热裂纹是困扰奥氏体不锈钢焊接性的主要问题之一。

焊接热裂纹多产生于焊缝区和靠近焊缝区，其产生的主要原因是由于焊缝金属结晶期间存在较大拉应力、较小导热率和较大线膨胀系数；由于焊接过程中材料的塑性储备量不足和冷却速度不同而导致焊接接头处产生较大的拉应力。

此外，奥氏体不锈钢形成一定方向的粗大柱状晶组织，为杂质的偏析和低熔点液态薄膜的形成提供了有利条件，在冷却时液态薄膜收缩形成微裂纹，随着熔池的凝固，薄膜受力扩展从而产生热裂纹。

奥氏体不锈钢中含有的S、P、Sn等杂质以及向焊缝中所添加的各种合金元素都可能在焊接过程中发生偏析，沿晶界析出，增大热裂纹倾向。

包壳管与上、下端塞焊接处的焊缝质量要求很高，而焊缝质量对燃料棒在堆内使用的经济性和安全性具有至关重要的作用。目前，还没有与CN-1515包壳管材料焊接相匹配的成熟端塞材料。因此，针对奥氏体不锈钢焊接中容易出现的热裂纹问题，开发一种和CN-1515包壳管具备良好焊接性能的端塞材料及其制造方法意义重大。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种包壳管焊接用含铌端塞材料，以能够针对奥氏体不锈钢焊接中容易出现的热裂纹问题，使奥氏体不锈钢材质包壳管具备良好的焊接性能。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种包壳管焊接用含铌端塞材料，所述的含铌端塞材料按重量百分比的组成为：