CN102649203A - 一种低成本的用于核电安全壳的气体保护焊丝及盘条 - Google Patents

Abstract

一种低成本的用于核电安全壳的气体保护焊丝及盘条，属于低合金焊接材料、金属材料领域，其化学成分为（wt%）：C 0.03~0.12，Si 0.30~0.80，Mn 1.0~1.8，S≤0.015，P≤0.020，Ni 0.1~0.6，Mo 0.21~0.60，Cu≤0.30，Ti0.03~0.2，O≤0.0060，N≤0.0070，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明盘条、焊丝所得熔敷金属及焊接接头在焊态和SR态下，均具有良好的综合力学性能，尤其是良好的低温韧性，屈服强度：≥540MPa；抗拉强度：≥620MPa；伸长率：≥20%；-30℃时Akv≥100J，-45℃时Akv≥54J。

Description

一种低成本的用于核电安全壳的气体保护焊丝及盘条

技术领域

本发明属于低合金焊接材料、金属材料领域，具体地，涉及气体保护焊接材料领域。

背景技术

核电设备由于其服役条件的特殊性，对制作设备的原材料要求严格。安全壳的类型由核电站设计决定。到目前为止我国所建造的核电站安全壳均为钢混结构，即外层是混凝土壳体，里面附一层钢板。基于对于核电安全性的高要求，核电用的焊材具有比普通焊材更高的技术壁垒。美国牌号为SA738B高强度调质钢板，属于Mn-Ni-Mo低合金高强度调质厚板，为了提高核电安全壳的生产效率和质量，需要开发SA738B配套的气体保护焊丝及焊丝盘条。

发明内容

本发明提供一种低成本的气体保护焊丝及盘条，采用低合金钢体系，其熔敷金属在焊态和SR态两种情况下的综合力学性能可达到如下指标：屈服强度≥540MPa，抗拉强度≥620MPa，伸长率A≥20%，-30℃Akv≥100J，-45℃Akv≥54J。

本发明采用低碳低合金的设计体系，利用C、Mn、Ni等元素，可以在一定程度上降低铁素体的开始转变温度，同时利用Mo的固溶强化效果，使所形的铁素体组织在焊态和SR态两种情况下均具有较高的强度。另一方面，采用一定量的Ti元素，通过起到细化焊缝金属一次结晶组织与二次组织的作用，保证熔敷金属的强度和塑韧性。

本发明的特点是：在焊态与SR态下保证焊丝熔敷金属的强度与低温韧性可以满足要求的前提下，采用较低的Ni含量与适量的Mo的含量，并使二者较贵重元素的含量之和的比重较低，从而达到降低焊丝钢成本的目的。

本发明的气体保护焊丝及盘条的化学成分为（wt%）：C 0.03~0.12，Si0.30~0.80，Mn 1.0~1.8，S≤0.015，P≤0.020，Ni 0.1~0.6，Mo 0.21~0.60，Cu≤0.30，Ti 0.03~0.2，O≤0.0060，N≤0.0070，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

下面就本发明对成分的选择原因和作用机理进行如下陈述：

C：对提高强度有很大贡献，是最廉价的合金强化元素。但碳含量太高，会增加焊丝的冷裂倾向。本发明C的选择的范围是0.03～0.12%。

Si：为脱氧元素，会通过固溶强化提高强度，但含量太高，会降低熔敷金属的冲击韧性。本发明Si的合理的范围是0.30～0.80%。

Mn：为脱氧元素，是提高钢的淬透性的有效元素，也是强化焊缝金属强度的主要元素，但含量太高时，在提高焊缝金属强度的同时，也会使塑韧性变差。本发明Mn的合理的范围是1.0～1.80%。

Ni：可促进奥氏体向针状铁素体转变,同时降低奥氏体向铁素体的相变温度,抑制共析铁素体的形成；随着焊缝金属中Ni含量的提高,焊缝金属的低温韧性y良好，且趋于稳定；但由于Ni是一种比较昂贵的合金元素，为降低钢的合金成本，本发明Ni的合理的范围是0.1～0.6%。

Mo：可有效增加钢的淬透性和淬硬性，使钢淬火后得到均匀细小的马氏体、板条贝氏体组织，可显著提高钢的强度和韧性。同时通过增加一定量的Mo来替代Ni元素，来保证总体成本最低的情况下，熔敷金属在焊态和SR热处理状态下的力学性能可以完全达标。本发明Mo的合理的范围是0.21～0.6%。

Ti：主要起到脱氧、脱氮作用；Ti在熔池内与O₂结合生成TiO,在固态相变时为AF提供形核基础；同时作为强碳氮化合物形成元素，它们的细小析出相可细化组织，提高焊缝金属的强韧性与塑性；一定量的Ti可以明显改善焊丝的焊接工艺性，减小飞溅；但较多的Ti会大幅提高焊缝金属的强度，并降低其延伸率，所以其含量限定在0.03-0.2%。

Cu：在焊丝生产过程中，存在一个镀铜工艺，不可避免会使焊丝中含有一定量的铜。焊丝表面镀铜的主要目的是增加焊丝的导电性与提高焊丝的防腐能力。另外，在焊丝冶炼过程中，在一定程度上也存在一定量的铜。但焊丝中铜含量过高，会影响焊丝熔敷金属的韧性。本发明Cu的含量控制在限定≤0.3%。

P、S：杂质元素含量越低，钢质就越纯净，韧性会越好。本发明P、S分别控制在P≤0.020%，S≤0.015%。

本发明还提供了高强气体保护焊丝盘条的生产方法及其工艺路线：电炉加LF和VOD精炼（或转炉加LF和RH炉精炼）模铸

钢锭轧制成钢坯

钢坯加热粗轧、中轧、预精轧、精轧、减定径

吐丝

斯太尔摩线控冷

集卷

检验

包装。焊丝的生产工艺流程为：盘条的入厂检验粗拉预处理（酸洗）

粗拉丝

精拉丝

脱脂化学镀铜

精密层绕

包装。

本发明盘条、焊丝与现有技术相比，具有如下优点：

1．本发明盘条、焊丝所得熔敷金属及焊接接头在焊态和SR态下，均具有良好的综合力学性能，尤其是良好的低温韧性，屈服强度：≥540MPa；抗拉强度：≥620MPa；伸长率：≥20%；-30℃时Akv≥100J，-45℃时Akv≥54J。

2．本发明的盘条和焊丝，具有优良的焊接工艺性能，焊接时电弧稳定，飞溅少，焊缝成形美观，焊缝金属气孔敏感性小，适用于全位置焊接。

具体实施方式

本发明的气保焊丝可以用于与SA738B配套的焊接，在选材时尽可能采用与母材SA738B一致的主合金系统，以求得焊接接头与母材尽可能的同质化。同时采用洁净钢冶炼技术，钢水的纯净化是熔敷金属获得高韧性前提。

根据本发明焊丝的化学成分范围，采用18t电炉冶炼加精炼、模铸后，热连轧成

的盘条，盘条经检验后如化学成分合格，表面质量合格，盘条表面光滑，未有裂纹、折叠、结疤、耳子等对拉拔有害的缺陷。焊丝盘条

经过粗拉预处理（酸洗）去掉表面氧化皮，粗拉丝成

再精拉丝成

然后脱脂后经过化学镀铜工艺，最终生产出

的焊丝，再层绕包装为盘状焊丝。焊丝的化学成分列于表1。

焊接试板采用AP1000压力壳钢板，牌号为S738B，板厚20mm，坡口形式为60°单面V型对接，底面间隙12mm。采用富氩气体保护焊方式，气体比例：Ar80％＋CO₂20％。焊前不预热，层间温度控制在150℃左右，焊接热输入在18kJ/cm左右，焊接两付试板。然后对其中一块试板进行605℃保温600分钟的焊后SR热处理。最后，对焊态和SR态两种条件下的熔敷金属焊接试板，进行拉伸试样和冲击试验性能测试，结果列于表2。

表1实施例焊丝的成品化学成分(wt%)

编号	C	Si	Mn	Ni	Mo	Ti	Cu	S	P	O	N
												1	0.09	0.30	1.0	0.10	0.60	0.20	0.06	0.003	0.011	0.0055	0.0038
2	0.03	0.80	1.8	0.25	0.40	0.16	0.10	0.002	0.013	0.0037	0.0070
												3	0.12	0.35	1.4	0.51	0.53	0.03	0.03	0.005	0.005	0.0060	0.0053
4	0.05	0.53	1.2	0.38	0.34	0.12	0.30	0.010	0.015	0.0048	0.0042
												5	0.07	0.66	1.6	0.60	0.21	0.08	0.22	0.015	0.020	0.0025	0.0060

表2实施例焊丝熔敷金属的力学性能

注：A_kv ^*是五个熔敷试样CVN（charpy V-notch impact test夏比V型缺口冲击试验）试验的冲击数值平均值；

本发明的焊丝适合抗拉强度600MPa以上的低合金结构钢的焊接，同时要求其具有优异的低温冲击性能和较高的安全裕度的钢结构制作。主要应用领域有：第三代核电站AP1000压力壳、压力容器、工程机械、水电机械、矿山机械等重要结构的焊接生产与制造。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种低成本的用于核电安全壳的气体保护焊丝及盘条，其特征在于化学成分为（wt%）：C 0.03~0.12，Si 0.30~0.80，Mn 1.0~1.8，S≤0.015，P≤0.020，Ni 0.1~0.6，Mo 0.21~0.60，Cu≤0.30，Ti 0.03~0.2，O≤0.0060，N≤0.0070，余量为Fe及不可避免的杂质元素。