СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ КОРПУСОВ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ И ДРУГИХ СОСУДОВ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ КОРПУСОВ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ И ДРУГИХ СОСУДОВ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ


RU (11) 2217284 (13) C1

(51) 7 B23K35/30, C22C38/60 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2002125842/02 
(22) Дата подачи заявки: 2002.09.27 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.09.27 
(45) Опубликовано: 2003.11.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2000122009 A1, 27.08.2002. SU 859087, 30.08.1981. SU 528161, 06.10.1976. RU 2188109 C1, 27.08.2002. US 3973950, 10.09.1976. ЕР 0179432 А1, 30.04.1986. 
(71) Заявитель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" 
(72) Автор(ы): Карзов Г.П.; Галяткин С.Н.; Михалева Э.И.; Цуканов В.В.; Яковлева Г.П.; Грекова И.И.; Ворона Р.А. 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" 

(54) СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ КОРПУСОВ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ И ДРУГИХ СОСУДОВ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ 

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. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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/157210-2

Но 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/1510210-2

На 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= 1l020 нейтр/см2; Т=290oС, установлена следующая эмпирическая зависимость:

F=(Ni+Mn+1,5Cu)(P+0,25Sb+0,25Sn)9710-4

Таким 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=7210-210210-2,

(Ni+Mn+1,5Cu) (P+0,25Sb+0,25Sn)9710-4.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru