Патент на изобретение №2217284
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ КОРПУСОВ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ И ДРУГИХ СОСУДОВ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ
(57) Реферат: Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой сосудов высокого давления в энергетическом машиностроении. Сварочная проволока содержит элементы в следующем соотношении, мас. %: углерод 0,08-0,14, кремний 0,15-0,40, марганец 0,2-0,8, хром 2,5-3,5, никель 0,3-0,7, молибден 0,4-1,2, натрий 0,001-0,005, ванадий 0,05-0,25, медь 0,01-0,06, сера 0,001-0,006, фосфор 0,001-0,006, мышьяк 0,001-0,010, сурьма 0,001-0,008, кобальт 0,005-0,02, олово 0,0001-0,0100, азот 0,003-0,012, алюминий 0,005-0,050, титан 0,01-0,15, кальций 0,005-0,030, кислород 0,001-0,005, свинец 0,001-0,010, железо остальное. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность и ресурс изделий при обеспечении повышенной безопасности. 3 табл. Изобретение относится к области производства сварочной проволоки для изготовления современных корпусов атомных реакторов и других сосудов высокого давления для энергетического машиностроения и нефтехимии. Для обеспечения надежности и долговечности основного оборудования АЭС сварочные материалы должны обеспечивать определенный комплекс служебных свойств металла шва: требуемые прочность, пластичность, низкую температуру хрупко-вязкого перехода (Тк0), отсутствие существенной деградации свойств металла шва под воздействием повышенной температуры и нейтронного облучения. В настоящее время для корпусов атомных реакторов ВВЭР-1000 с ресурсом работы до 40 лет, изготовленных из стали 15Х2НМФА, 15Х2НМФАА и 15Х2НМФА класс 1 (ТУ 108.765-98) применяются сварочные проволоки Св-09ХГНМТАА-ВИ по ТУ 14-1-3675-83 и Св-12Х2Н2МА по ТУ 14-1-2502-78. Недостатком данных проволок является повышенное содержание в них никеля 1,0-1,3%, который приводит к повышенному охрупчиванию металла под воздействием нейтронного облучения. Указанный недостаток не позволяет использовать данную сварочную проволоку для сварки корпусов перспективных реакторов нового поколения с ресурсом не менее 60 лет. Наиболее близким к заявляемому является состав сварочной проволоки по заявке RU 2000122009/А1, 27.08.2000 г., взятый в качестве прототипа, имеющий компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод – 0,07-0,12 Кремний – 0,15-0,40 Марганец – 0,3-1,2 Хром – 1,5-2,5 Никель – 0,01-0,20 Молибден – 0,4-1,2 Медь – 0,01-0,06 Ванадий – 0,05-0,25 Фосфор – 0,001-0,006 Сера – 0,001-0,006 Мышьяк – 0,001-0,010 Сурьма – 0,001-0,008 Кобальт – 0,005-0,020 Олово – 0,0001-0,0100 Азот – 0,003-0,012 Алюминий – 0,005-0,050 Титан – 0,01-0,15 Свинец – 0,001-0,010 Кислород – 0,001-0,005 Железо – Остальное Указанный состав обладает достаточно высокой стойкостью к радиационному охрупчиванию, однако после высокого отпуска, проведенного согласно технологической схеме изготовления корпуса реактора типа ВВЭР, не позволяет обеспечить предел текучести 420 МПа при температуре +350oС и критическую температуру хрупкости Тк0  -15oС металла шва.
Задачей настоящего изобретения является создание сварочной проволоки, при применении которой обеспечивается категория прочности КП-40 сварных соединений (предел текучести при рабочих температурах более 420 МПа, предел прочности более 490 МПа) и критическая температура хрупкости Тк0-15oС после термообработки в сочетании с высокой стойкостью металла сварных швов к тепловому и радиационному охрупчиванию.
Поставленная в заявке задача достигается изменением соотношения легирующих элементов, введением дополнительно в состав заявляемой сварочной проволоки кальция, натрия, увеличением содержание хрома, никеля, углерода, снижением содержания марганца.
Предлагается состав сварочной проволоки, содержащий, мас.%:Углерод – 0,08-0,14 Кремний – 0,15-0,40 Марганец – 0,2-0,8 Хром – 2,5-3,5 Никель – 0,3-0,7 Молибден – 0,4-1,2 Натрий – 0,001-0,005 Ванадий – 0,05-0,25 Медь – 0,01-0,06 Сера – 0,001-0,006 Фосфор – 0,001-0,006 Мышьяк – 0,001-0,010 Сурьма – 0,001-0,008 Кобальт – 0,005-0,020 Олово – 0,0001-0,0100 Азот – 0,003-0,012 Алюминий – 0,005-0,050 Титан – 0,01-0,15 Кальций – 0,005-0,030 Кислород – 0,001-0,005 Свинец – 0,001-0,010 Железо – Остальное Легирование кальцием и натрием в указанных пределах способствует очищению границ зерен и повышению пластичности. Дальнейшее повышение содержания кальция и натрия приводит к увеличению неметаллических включений по границам зерен и, как следствие, снижению значений пластичности и ударной вязкости. Увеличение прочности металла шва, работающего при повышенных температурах, получают за счет повышения содержания в стали хрома, углерода (в процессе длительных технологических отпусков при изготовлении корпуса как за счет повышения прочности  -твердого раствора, так и за счет дисперсного выпадения упрочняющих фаз) и никеля (упрочняет -твердый раствор). Кроме того, повышенное содержание никеля позволяет добиться требуемого увеличения вязкости, пластичности стали и снижения ее температуры хрупко-вязкого перехода (Тк0). Однако совместное влияние никеля с марганцем приводит к резкому снижению стойкости стали к радиационному охрупчиванию. С целью уменьшения их негативного совместного влияния на радиационную стойкость стали было снижено содержание марганца до 0,8%.
Нормирование содержания легирующих элементов выполнено таким образом, чтобы металл сварного шва после соответствующих технологических отпусков обеспечивал требуемый уровень стабильности важнейших физико-механических свойств, определяющих работоспособность материала в условиях работы корпуса атомного реактора.
Кроме того, для достижения необходимых прочностных характеристик при температуре 350oС должно соблюдаться следующее условие:C+(Cr+V+Mo)/5+Ni/15  72 10-2Но поскольку с введением элементов-упрочнителей одновременно ухудшается свариваемость сталей, для обеспечения необходимой технологичности содержание указанных элементов в сварочной проволоке должно удовлетворять следующему условию: C+(Cr+V+Mo)/5+Ni/15 10210-2На основании экспериментальных исследований было установлено, что на радиационное охрупчивание металла сварного шва в наибольшей степени оказывают влияние такие элементы, как никель, марганец, медь, фосфор, сурьма и олово, поэтому было регламентировано их содержание и для условий облучения: F= 1 l020 нейтр/см2; Т=290oС, установлена следующая эмпирическая зависимость:F=(Ni+Mn+1,5Cu)(P+0,25Sb+0,25Sn) 9710-4Таким образом, задача создания нового состава сварочной проволоки заключается в оптимизации содержания легирующих элементов с целью обеспечения требуемых характеристик прочности и пластичности, с учетом технологичности, а также высокой стойкостью к охрупчиванию под воздействием нейтронного облучения и высокотемпературного воздействия на металл сварных швов. При легировании сварочной проволоки вне заданных пределов, в соответствии с заявленными, состав сварочной проволоки становится неоптимальным, что проявляется в усилении склонности к радиационному и тепловому охрупчиванию, снижению характеристик пластичности и вязкости. ФГУП ЦНИИ КМ “Прометей” совместно с ОАО “Ижорские заводы” проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по выплавке, пластической обработке и изготовлении опытной партии сварочной проволоки, изготовлены сварные пробы в натурном сечении и проведены их испытания. Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения необходимых механических и служебных свойств представлены в табл. 1-3. Термическая обработка (отпуск) была выполнена по стандартным режимам, соответствующим свариваемой стали и применительно к режимам отпуска элементов корпусов реакторов типа ВВЭР. Ожидаемый технико-экономический эффект от использования нового состава сварочной проволоки для изготовления корпусов реакторов АЭУ перспективных проектов выразится в повышении эксплуатационной надежности и ресурса изделий при обеспечении повышенной безопасности. Формула изобретения Сварочная проволока для сварки корпусов атомных реакторов и других сосудов давления для энергетического машиностроения, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, титан, железо, азот, алюминий, мышьяк, сурьму, кобальт, олово, фосфор, серу, свинец, медь и кислород, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальций и натрий при следующем содержании компонентов, мас.%: Углерод 0,08-0,14 Кремний 0,15-0,40 Марганец 0,2-0,8 Хром 2,5-3,5 Никель 0,3-0,7 Молибден 0,4-1,2 Натрий 0,001-0,005 Ванадий 0,05-0,25 Медь 0,01-0,06 Сера 0,001-0,006 Фосфор 0,001-0,006 Мышьяк 0,001-0,010 Сурьма 0,001-0,008 Кобальт 0,005-0,02 Олово 0,0001-0,0100 Азот 0,003-0,012 Алюминий 0,005-0,050 Титан 0,01-0,15 Кальций 0,005-0,030 Кислород 0,001-0,005 Свинец 0,001-0,010 Железо Остальное при следующих ограничениях по соотношению элементов в сварочной проволоке: C+(Cr+V+Mo)/5+Ni/15=72  10-2 10210-2,
(Ni+Mn+1,5Cu) (P+0,25Sb+0,25Sn)9710-4.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
