CN103008913A

CN103008913A - 核电用耐腐蚀不锈钢电焊条及其生产方法

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Publication number: CN103008913A
Application number: CN2012105475188A
Authority: CN
Inventors: 王若蒙; 李典钊
Original assignee: SICHUAN ATLANTIC CHINA WELDING CONSUMABLES Inc
Current assignee: SICHUAN ATLANTIC CHINA WELDING CONSUMABLES Inc
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: CN103008913B

Abstract

本发明公开了一种核电用耐腐蚀不锈钢电焊条及其生产方法，涉及一种核电用品，由铬镍合金焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，铬镍合金焊芯包括以下成分：C≤0.01wt%；Mn1.00-2.50wt%；Si≤0.030wt%；Cr19.6-21.0wt%；Ni9.6-10.6wt%；Mo≤0.20wt%；Co≤0.10wt%；Cu≤0.10wt%；V≤0.10wt%；N≤0.035wt%；S≤0.015wt%；P≤0.012wt%；余量为Fe及杂质。与现有的相比，本发明保护的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条在焊接时熔渣流动性好、电弧稳定、电弧吹力大、熔渣覆盖均匀、飞溅小、脱渣性优良、焊接烟尘小；焊缝光亮、成型美观，焊道高度适中；全位置操作性能好。

Description

核电用耐腐蚀不锈钢电焊条及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种电焊条，特别涉及一种满足RCC-M标准和ASME标准中E308L-16要求的主要用于焊接耐腐蚀、耐高温持久强度要求较高的不锈钢核电领域关键部位的电焊条，以及其生产方法。

背景技术

能源安全是国家经济安全的重要保证，国家核电是一项涉及国家经济安全的战略性清洁能源项目。随着国家经济的不断发展，能源需求越来越大。截止 2006 年，国内核电建造用钢板和焊接材料一直全部依赖国外进口，且被少数公司垄断，价格持续上涨，供货期得不到保障，严重制约国家核电建设计划的实施。因此，开展核电用钢板和配套焊接材料国产化开发和推广工作显得尤为重要。核电焊接材料的国产化，一方面打破了国外对该领域的垄断和遏制，对加快实施国家能源战略，维护国家经济安全，促进产业配套能力，提升民族焊接材料行业的技术水平具有重要的作用。

新型材料是国家重点支撑发展的战略性新兴产业之一，新型焊接材料是新型钢铁材料产业化的基础材料，焊接技术作为基础制造技术之一，也是国家发展核电等高端装备制造业新兴战略产业的重要内容。因此，发展新型核电焊接材料替代核电建造进口产品，实现国产化独立研究开发新型核电焊接材料产品是国家产业政策引导发展的重要方向。

随着核电工业的不断发展，不锈钢核电焊接材料的应用越来越广泛。产品在二、三代核电站安全壳、交换器、卸压箱、硼注箱、安注箱等核设备，以及压力容器、石油、化工、水工、火电焊接等领域有着广泛的应用前景。

焊接材料是在进行焊接时，用电弧等热源而熔化，形成具有所需性能的焊接金属，使金属达到联接的目的的材料。为此，焊接材料必须焊接工艺性好，焊缝成形平整美观，焊后处理容易，缺陷少，和获得具有所需性能（如力学性能）焊接金属。鉴于核电设备的重要性，国内外焊接材料制造厂家的核电焊接材料产品普遍存在重视焊接接头力学性能的健全性，而牺牲了一些工艺性能。国外厂家同类核电焊条不足之处主要体现在平焊焊接工艺方面，电弧柔和，电弧吹力较小，焊接过程中药皮发红严重，焊缝成型粗糙，脱渣性不良；立焊时存在脱渣不干净、残渣不易清理，焊缝成型不平整等弊病；国内其他厂家同类焊条施焊时不同程度存在电弧稳定性差，电弧吹力小，焊接飞溅大，焊道窄，焊缝成形较差，脱渣性能不好等弊病。

发明内容

针对上述不足之处，本发明的目的之一就在于提供一种核电用耐腐蚀不锈钢电焊条，该核电用耐腐蚀不锈钢电焊条在焊接时熔渣流动性好、电弧稳定、电弧吹力大、熔渣覆盖均匀、飞溅小、脱渣性优良、焊接烟尘小；焊缝光亮、成型美观，焊道高度适中；全位置操作性能好。

技术方案是：一种核电用耐腐蚀不锈钢电焊条，由铬镍合金焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，所述铬镍合金焊芯包括以下成分：

C≤0.01 wt%；

Mn 1.00-2.50 wt%；

Si≤0.030 wt%；

Cr 19.6-21.0 wt%；

Ni 9.6-10.6 wt%；

Mo≤0.20 wt%；

Co≤0.10 wt%；

Cu≤0.10 wt%；

V≤0.10 wt%；

N≤0.035 wt%；

S≤0.015 wt%；

P≤0.012 wt%；

余量为Fe及杂质。

作为优选，所述药皮重量为铬镍合金焊芯重量的30-45 %，所述药皮成分重量比为：

大理石：2.5-5.0；

萤石：1.2-2.0；

长石粉：4.0-5.0；

天然金红石：12.0-18.0；

煅烧云母：1.5-3.5；

微碳铬铁：7.8-8.5；

镍粉：0.2-0.5；

电解锰：1.0-1.5；

海藻酸钠：0.3-0.5；

氧化铁红：0.15-0.25；

所述大理石中CaCO₃含量≥96%，萤石中CaF₂含量≥96%，长石粉中SiO₂≥63%、Al₂O₃≥16%、K₂O+Na₂O≥12%，天然金红石中TiO₂≥95.5%，煅烧云母中：SiO₂≥45%、Al₂O₃≥25%、K₂O+Na₂O≥7%，微碳铬铁中Cr. 65-70%，镍粉中Ni≥99.5%，电解锰中Mn≥99.5%，海藻酸钠中：Na₂O 9.5-13.0%。

作为优选，所述药皮成分为：

含CaCO₃ 98.50%的大理石3.0kg；

含CaF₂ 97.50%的萤石1.5kg；

含SiO₂63.7%、Al₂O₃17.2%、K₂O+Na₂O16.2%的长石粉4.5kg；

含TiO₂96.7%的金红石15.0kg；

含SiO₂48.9%、Al₂O₃29.9%、K₂O+Na₂O10.5%的煅烧云母3.5kg；

含Cr66.7%的微碳铬铁7.8kg；

含Ni99.8%的镍粉0.2kg；

含Mn99.95%的电解锰1.2kg；

含Na₂O12.67%的海藻酸钠0.4kg；

氧化铁红0.2 kg。

作为优选，所述所述药皮成分为：

含CaCO₃ 98.50%的大理石5.0kg；

含CaF₂97.50%的萤石2.0kg；

含SiO₂63.7%、Al₂O₃17.2%、K₂O+Na₂O16.2%的长石粉5.0kg；

含TiO₂96.7%的金红石13.0kg；

含SiO₂48.9%、Al₂O₃29.9%、K₂O+Na₂O10.5%的煅烧云母2.5kg；

含Cr66.7%的微碳铬铁8.0kg；

含Ni99.8%的镍粉0.3kg；

含Mn99.95%的电解锰1.0kg；

含Na₂O12.67%的海藻酸钠0.45kg；

氧化铁红0.22 kg。

作为优选，所述药皮成分为：

含CaCO₃98.50%的大理石2.5kg；

含CaF₂ 97.50%的萤石1.2kg；

含SiO₂63.7%、Al₂O₃17.2%、K₂O+Na₂O16.2%的长石粉4.0kg；

含TiO₂96.7%的金红石18.0kg；

含SiO₂48.9%、Al₂O₃29.9%、K₂O+Na₂O10.5%的煅烧云母1.5kg；

含Cr66.7%的微碳铬铁8.2kg；

含Ni99.8%的镍粉0.4kg；

含Mn99.95%的电解锰1.2kg；

含Na₂O12.67%的海藻酸钠0.35kg；

氧化铁红0.18kg。

本发明的目的之二在于提供一种上述核电用耐腐蚀不锈钢电焊条的生产方法。

技术方案是：一种制造上述核电用耐腐蚀不锈钢电焊条的生产方法，所采用的步骤为：将所述药皮粉料拌混合均匀后，加入重量为药皮重量15-20%的粘结剂混合均匀，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经低温和高温烘焙。

作为优选，所述粘结剂为浓度为40°～45钾钠水玻璃，所述低温烘焙的温度为80-120℃；高温烘焙的温度为360-380℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明保护的电焊条焊接熔敷金属化学成分分析、射线检测、拉伸试验、冲击试验、晶间腐蚀均满足核电的特殊要求，符合RCC-M标准和ASME标准中E308L-16要求；焊接熔敷金属在焊态及热处理状态下，常温下的抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0.2)、延伸率(A)、冲击(KV2)优良；高温360℃条件下具有优良屈服强度(Rp0.2)及很强的耐蚀性能；达到国外同类电焊条先进水平。

本发明保护的电焊条具有焊接时熔渣流动性好、电弧稳定、电弧吹力大、熔渣覆盖均匀、飞溅小、脱渣性优良、焊接烟尘小；焊缝光亮、成型美观，焊道高度适中；全位置操作性能好。采用本发明按核电要求焊接，其焊接熔敷金属化学成分分析、射线检测、拉伸试验、冲击试验、晶间腐蚀均满足核电的特殊要求，符合RCC-M标准和ASME标准中E308L-16要求。

本发明药皮原料中各成分的主要作用如下：

大理石：在电弧热的作用下分解成CaO和CO₂，是焊条制造中及常用的造渣、造气材料，能够提高熔渣的碱度，稳定电弧、细化熔滴，增大熔渣与金属界面张力，改善脱渣，并有较好的脱硫能力。

萤石：一定量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高熔渣的流动性，降低焊缝气孔敏感性，改善熔渣的物理性能，对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中扩散氢的主要材料，但因焊接过程中萤石分解，会造成电弧不稳定，同时产生有害气体—氟化氢。

长石粉：主要作用是造渣、稳定电弧，并提高电焊条再引弧性能。焊接时提高电弧电压，细化熔滴，提高焊条熔化速度。

天然金红石：天然金红石的作用主要是稳定电弧、造渣，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅；在本发明中加入焊芯重量8.0-8.5%金红石，对焊缝成形、电弧稳定性起关键作用。

煅烧云母：在焊条中的作用是造渣，改善焊条的压涂性能，提高药皮的透气性，利于焊条药皮中水分的排出，能防止药皮开裂。

微碳铬铁：可以向焊缝过渡（渗入）铬元素，提高焊缝金属的强度和屈服点，抗腐蚀性能。

镍粉：合金剂，向焊缝过渡（渗入）镍元素。

电解锰：加入可起到脱硫、脱氧的作用，还可以向焊缝过渡（渗入）锰元素、提高焊缝强度。

海藻酸钠：建渣、造气的材料，能够调整熔渣物理性能改善脱渣性的作用。

氧化铁红：在焊条中的主要作用是细化熔滴，同时也是着色剂。

本发明保护的电焊条可用于耐腐蚀、耐高温持久强度要求较高的不锈钢核电领域关键部位的焊接。以及焊接超低碳022Cr19Ni10不锈钢结构件，06Cr18Ni11Ti工作温度低于300℃的耐腐蚀的不锈钢结构件，如压力容器、合成纤维、化肥、石油等设备和相应结构的焊接。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

取焊芯成分为（wt%）：C：0.0065%、Mn：1.91%、Si：0.028%、Cr：20.30%、Ni： 10.10%、Mo：0.01%、Co：0.0015%、Cu：0.001%、V：0.0155%、N：0.008%、S：0.0045%、P：0.0055%、余量为Fe及杂质的铬镍合金焊芯100kg。

取药皮，药皮中各成分重量如下：含CaCO₃ 98.50%的大理石3.0kg，含CaF₂ 97.50%的萤石1.5kg，含SiO₂63.7%、Al₂O₃17.2%、K₂O+Na₂O16.2%的长石粉4.5kg，含TiO₂96.7%的金红石15.0kg，含SiO₂48.9%、Al₂O₃29.9%、K₂O+Na₂O10.5%的煅烧云母3.5kg，含Cr66.7%的微碳铬铁7.8kg，含Ni99.8%的镍粉0.2kg，含Mn99.95%的电解锰1.2kg，含Na₂O12.67%的海藻酸钠0.4kg，氧化铁红0.2 kg。

将上述粉料拌混合均匀后，加入浓度为40°～45°的钾钠水玻璃5.8kg混合均匀，然后送入压条机内将其包于焊芯上，再经100℃低温烘焙3小时、370℃高温烘焙1.5小时，即得核电用耐腐蚀不锈钢电焊条。

将所得的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条进行超低碳022Cr19Ni10不锈钢焊接实验，电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，全位置焊接性能优良，焊缝成型美观，焊道高度适中；其熔敷金属成分：Cr.19.63 %、Ni.9.78%、Mo.0.028%、C.0.019%、Mn.0.78%、Si.0.70%、V.0.054%、Cu.0.012%、Nb.0.019%、CO.0.015%、S.0.010%、P.0.015%，余量为不可避免的杂质。

熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm=590MPa、Rp0.2=410MPa、A=48.5%，常温下冲击功KV2值分别为：89J、84J、82J；高温360℃力学性能： Rm=420MPa、Rp0.2=310MPa；金相试验分析焊缝组织为奥氏体加δ铁素体，焊缝组织正常；熔敷金属无晶间腐蚀倾向，射线检测合格。

实施例2

本实施例除药皮中各成分重量不同外，其余与实施例1均相同。

本实施例中药皮中各成分重量如下：含CaCO₃98.50%的大理石5.0kg，含CaF₂97.50%的萤石2.0kg，含SiO₂63.7%、Al₂O₃17.2%、K₂O+Na₂O16.2%的长石粉5.0kg，含TiO₂96.7%的金红石13.0kg，含SiO₂48.9%、Al₂O₃29.9%、K₂O+Na₂O10.5%的煅烧云母2.5kg，含Cr66.7%的微碳铬铁8.0kg，含Ni99.8%的镍粉0.3kg，含Mn99.95%的电解锰1.0kg，含Na₂O12.67%的海藻酸钠0.45kg，氧化铁红0.22 kg。

将所得的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条进行超低碳022Cr19Ni10不锈钢焊接实验，其熔敷金属成分：Cr.19.75 %、Ni.9.82%、Mo.0.031%、C.0.017%、Mn.0.78%、Si.0.63%、V.0.046%、Cu.0.015%、Nb.0.019%、CO.0.014%、S.0.009%、P.0.016%。余量为不可避免的杂质。

熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm=582MPa、Rp0.2=411MPa、A=44.5%，常温下冲击功KV2值分别为：84J、85J、83J；高温360℃力学性能： Rm=410MPa、Rp0.2=2950MPa；金相试验分析焊缝组织为奥氏体加δ铁素体，焊缝组织正常；熔敷金属无晶间腐蚀倾向，射线检测合格。

实施例3

本实施例中药皮中各成分重量如下：含CaCO₃ 98.50%的大理石2.5kg，含CaF₂ 97.50%的萤石1.2kg，含SiO₂63.7%、Al₂O₃17.2%、K₂O+Na₂O16.2%的长石粉4.0kg，含TiO₂96.7%的金红石18.0kg，含SiO₂48.9%、Al₂O₃29.9%、K₂O+Na₂O10.5%的煅烧云母1.5kg，含Cr66.7%的微碳铬铁8.2kg，含Ni99.8%的镍粉0.4kg，含Mn99.95%的电解锰1.2kg，含Na₂O12.67%的海藻酸钠0.35kg，氧化铁红0.18kg。

将所得的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条进行超低碳022Cr19Ni10不锈钢焊接实验，其熔敷金属成分：Cr.20.20 %、Ni.9.94%、Mo.0.030%、C.0.018%、Mn.0.82%、Si.0.68%、V.0.057%、Cu.0.016%、Nb.0.017%、CO.0.013%、S.0.010%、P.0.018%。余量为不可避免的杂质。

熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm=564MPa、Rp0.2=403MPa、A=44%，常温下冲击功KV2值分别为：84J、85J、87J；高温360℃力学性能： Rm=415MPa、Rp0.2=302MPa；金相试验分析焊缝组织为奥氏体加δ铁素体，焊缝组织正常；熔敷金属无晶间腐蚀倾向，射线检测合格。

熔敷金属在610℃×40h热处理态常温下的力学性能：Rm=593MPa、Rp0.2=390MPa、A=46%，常温下冲击功KV2值分别为：80J、82J、78J；高温360℃力学性能： Rm=412MPa、Rp0.2=291MPa；熔敷金属无晶间腐蚀倾向，射线检测合格。

Claims

1.一种核电用耐腐蚀不锈钢电焊条，由铬镍合金焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，其特征在于所述铬镍合金焊芯包括以下成分：

C≤0.01 wt%；

Mn 1.00-2.50 wt%；

Si≤0.030 wt%；

Cr 19.6-21.0 wt%；

Ni 9.6-10.6 wt%；

Mo≤0.20 wt%；

Co≤0.10 wt%；

Cu≤0.10 wt%；

V≤0.10 wt%；

N≤0.035 wt%；

S≤0.015 wt%；

P≤0.012 wt%；

余量为Fe及杂质。

2.根据权利要求1所述的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条，其特征在于所述药皮重量为铬镍合金焊芯重量的30-45 %，所述药皮成分重量比为：

大理石：2.5-5.0；

萤石：1.2-2.0；

长石粉：4.0-5.0；

天然金红石：12.0-18.0；

煅烧云母：1.5-3.5；

微碳铬铁：7.8-8.5；

镍粉：0.2-0.5；

电解锰：1.0-1.5；

海藻酸钠：0.3-0.5；

氧化铁红：0.15-0.25；

3.根据权利要求1或2所述的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条，其特征在于所述药皮成分为：

含CaCO₃98.50%的大理石3.0kg；

含CaF₂ 97.50%的萤石1.5kg；

含SiO₂63.7%、Al₂O₃17.2%、K₂O+Na₂O16.2%的长石粉4.5kg；

含TiO₂96.7%的金红石15.0kg；

含SiO₂48.9%、Al₂O₃29.9%、K₂O+Na₂O10.5%的煅烧云母3.5kg；

含Cr66.7%的微碳铬铁7.8kg；

含Ni99.8%的镍粉0.2kg；

含Mn99.95%的电解锰1.2kg；

含Na₂O12.67%的海藻酸钠0.4kg；

氧化铁红0.2 kg。

4.根据权利要求1或2所述的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条，其特征在于所述药皮成分为：

含CaCO₃98.50%的大理石5.0kg；

含CaF₂97.50%的萤石2.0kg；

含SiO₂63.7%、Al₂O₃17.2%、K₂O+Na₂O16.2%的长石粉5.0kg；

含TiO₂96.7%的金红石13.0kg；

含SiO₂48.9%、Al₂O₃29.9%、K₂O+Na₂O10.5%的煅烧云母2.5kg；

含Cr66.7%的微碳铬铁8.0kg；

含Ni99.8%的镍粉0.3kg；

含Mn99.95%的电解锰1.0kg；

含Na₂O12.67%的海藻酸钠0.45kg；

氧化铁红0.22 kg。

5.根据权利要求1或2所述的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条，其特征在于所述药皮成分为：

含CaCO₃ 98.50%的大理石2.5kg；

含CaF2 97.50%的萤石1.2kg；

含SiO₂63.7%、Al₂O₃17.2%、K₂O+Na₂O16.2%的长石粉4.0kg；

含TiO₂96.7%的金红石18.0kg；

含SiO₂48.9%、Al₂O₃29.9%、K₂O+Na₂O10.5%的煅烧云母1.5kg；

含Cr66.7%的微碳铬铁8.2kg；

含Ni99.8%的镍粉0.4kg；

含Mn99.95%的电解锰1.2kg；

含Na₂O12.67%的海藻酸钠0.35kg；

氧化铁红0.18kg。

6.一种制造上述权利要求1或2所述的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条的生产方法，其特征在于所采用的步骤为：将所述药皮粉料拌混合均匀后，加入重量为药皮重量15-20%的粘结剂混合均匀，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经低温和高温烘焙。

7.一种制造上述权利要求3所述的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条的生产方法，其特征在于所述药皮成分为：将所述药皮粉料拌混合均匀后，加入重量为药皮重量15-20%的粘结剂混合均匀，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经低温和高温烘焙。

8.一种制造上述权利要求4所述的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条的生产方法，其特征在于所述药皮成分为：将所述药皮粉料拌混合均匀后，加入重量为药皮重量15-20%的粘结剂混合均匀，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经低温和高温烘焙。

9.一种制造上述权利要求5所述的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条的生产方法，其特征在于所述药皮成分为：将所述药皮粉料拌混合均匀后，加入重量为药皮重量15-20%的粘结剂混合均匀，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经低温和高温烘焙。

10.根据权利要求1-9所述的核电用耐腐蚀不锈钢电焊条的生产方法，其特征在于所述粘结剂为浓度为40°～45钾钠水玻璃，所述低温烘焙的温度为80-120℃；高温烘焙的温度为360-380℃。