CN104096986A - 核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条及其制备方法，该焊条包括焊芯和药皮，该药皮由以下成分制成：大理石：250～350重量份；硅微粉：10～50重量份；萤石：200～250重量份；铁粉：250～400重量份；纯碱：4.5～7.0重量份；CMC:5～10重量份；石墨：1～5重量份；锆英砂：15～30重量份；和锰合金、镍合金、钼合金混合物：9-12份。与现有的相比，本发明保护的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。

Description

核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种核级焊接材料，特别涉及一种核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条及其制备方法。

背景技术

核电作为目前经济有效且被真正实现商业化利用的新型替代能源，其发展潜力毋容置疑。

总结核电在中国30余年正反经验，2003年根据全国能源电力平衡和改善能源结构的需要，国家计委提出加快发展核电的设想，立即得到国务院的肯定及相关部门的支持。

2007年11月，国务院常务会议正式批准我国首部《核电中长期发展规划》。此后，依照能源发展需求，原定2020年核电装机占电力总容量的4％，将调整为5～6％。

2008年政府机构改革中，正式将核电管理职能由国防科工委划归国家能源局，从体制上确立了核电的能源属性，改善了我国和平利用核能的环境和外交形象。

中国核电发展方针为：以我为主，中外合作，采用世界先进技术，统一技术路线，积极推进核电建设。

统一核电技术路线为：通过引进世界先进技术，消化、吸收、再创新，形成具有中国自主知识产权、与国际接轨的核电技术及标准体系。

明确三代核电“三步走”战略目标

第一步：外方为主，我方全面参与。建成自主化依托项目──首批4台AP1000核电机组。

第二步：以我为主，外方支持。完成AP1000自主化标准设计，建设首批内核电站，全面实现AP1000技术的吸收和消化过程。

第三步：全面完成自主设计创新，开发具有中国自主知识产权的大型先进压水堆核电技术，并在2017年建成示范机组。

第三代核电技术吸取了世界上二代核电技术一万余堆年的运行经验，充分使用几十年来的科技进步成果，按照新的安全法规设计，把严重事故作为设计基准，考虑了安全壳对严重事故的负载，系统已经过严格验证和审评。

在核电技术迅速发展的今日，安全壳的密闭焊接就显得尤为重要，急需一种核级非强辐照区低合金钢的焊条。

发明内容

本发明的目的之一就在于提供一种核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，该核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。

技术方案是：一种核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，该核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条包括：

该焊条包括焊芯和药皮，该药皮由以下成分制成：

大理石：250～350重量份；

硅微粉：10～50重量份；

萤石：200～250重量份；

铁粉：250～400重量份；

纯碱：4.5～7.0重量份；

CMC:5～10重量份；

石墨：1～5重量份；

锆英砂：15～30重量份；和

锰合金、镍合金、钼合金混合物：9-12份。

作为优选，所述大理石为CaCO₃≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％。

作为优选，所述萤石为CaF₂≥96％、SiO₂1.0～2.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-40目：100％、-170目：≥70％。

作为优选，所述铁粉为Fe≥99％、C≤0.05％、S≤0.02％、P≤0.02％、O≤0.7％，粒度要求为：-40目：100％、-170目：≤10％。

作为优选，所述纯碱为Na₂CO₃≥99％、NaCl≤0.70％。

作为优选，所述CMC为NaCl≥7％、H₂O≤2％。

作为优选，所述石墨为C≥90％、H₂O≤2％、S≤0.03％，颗粒度要求为：-40目：100％、-160目：≤50％。

作为优选，所述锆英砂为ZrO₂≥60％、SiO₂25～30％、S≤0.02％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-40目：100％、-170目：≥30％。

作为优选，该焊条熔敷金属化学成分为：该焊条的熔敷金属化学成分为：C≤0.12wt％、Mn0.6-1.95wt％、Si≤0.80wt％、S≤0.03wt％、P≤0.03wt％、Ni0.80～1.80wt％、Mo≤0.50wt％、Cu≤0.05％、V≤0.05％、Cr≤0.20wt％，余量为铁及杂质。

作为优选，所述焊缝熔敷金属在595℃-620℃，保温不少于10小时，焊态和热处理态熔敷金属性能：室温抗拉强度Rm(Mpa)：620-735，室温屈服强Rp0.2(MPa)：≥540，室温伸长率A(％)：≥20，200℃高温抗拉强度Rm(Mpa)：≥525，屈服强度Rp0.2(MPa)：≥,345，-45℃冲击功KV(J)：平均值≥54J、单值≥47J。

本发明的目的之二在于提供一种核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条的制备方法。

技术方案是：一种核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条的制备方法，包括以下步骤：

①将如权利要求1所述的药皮粉料混合均匀；

②加入浓度为43°的钾钠水玻璃，搅拌混合均匀，加入量为粉料总量的15-25wt％；

③送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，经低温80-100℃烘焙2-3小时、高温380-400℃烘焙1.5-2小时。

发明原理：

焊条中使用大理石，在电弧热的作用下分解成CaO和CO₂是焊条制造中及常用的建渣造气材料，提高熔渣碱度，稳定电弧增大熔渣与金属界面张力和表面张力，改善脱渣，并有较好的脱S能力。

萤石可以调整熔渣的熔点个粘度，增加溶者的流动性，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，但因氟的存在，会造成电弧不稳定，并产生有毒气体，应该合理控制比列。

纯碱、CMC的加入是为了改善焊条的压涂性能。

锰合金、镍合金、钼合金混合物中，锰合金：镍合金：钼合金重量份为1～99：1～99：1～99。

有益效果：

本发明焊条，性能优良，焊条表面光滑，成品率高，偏心稳定；直流反接焊接时电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，焊条操作性能优异，全位置焊接性能优良；焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。焊接时电弧稳定、飞溅小、脱渣好，成型好，全位置操作性能好。所提供的焊条主要用于核电工业，焊缝熔敷金属化学成分控制严格，特别是S、P、Cu、等有害杂质元素控制极低。

本发明焊条的成功发明对于第三代核电技术国产化项目具有重要意义，并且本项目也是大型先进压水堆核电站重大专项，满足“核电设备用焊接材料”低合金钢焊条的技术条件。

本发明主要用于三代核电安全壳低合金钢材料的焊接。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

取药皮各成分粉料：大理石250g、硅微粉25g、萤石200g、铁粉250g、纯碱5g、CMC5g、石墨1g、锆英砂15g和锰、镍、钼合金混合物9g。

将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃140g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时，即成。

采用160-170A电流，采用板厚20mm母材为Q345B的试板，试板坡口10°根部间隙16mm，平焊位置施焊。

将本实施例所得的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。

焊条的熔敷金属化学成分为：C：0.070wt％、Mn：1.20wt％、Si：0.27wt％、S：0.004wt％、P：0.009wt％、Ni：1.7wt％、Mo：0.30wt％、Cu：0.021％、V：0.002％、Cr：0.090wt％，余量为铁及杂质。

焊条熔敷金属力学性能为：焊缝熔敷金属在607℃，保温10小时，焊条熔敷金属力学性能如表1。

表1 焊条熔敷金属力学性能

实施例2

取药皮各成分粉料：大理石300g、硅微粉30g、萤石230g、铁粉300g、纯碱7g、CMC7g、石墨1.5g、锆英砂25g和锰、镍、钼合金混合物11g。

将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃140g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时，即成。

采用160-170A电流，采用板厚20mm母材为Q345B的试板，试板坡口10°根部间隙16mm，平焊位置施焊。

将本实施例所得的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。

焊条熔敷金属化学成分为：C：0.074wt％、Mn：1.19wt％、Si：0.28wt％、S：0.004wt％、P：0.011wt％、Ni：1.6wt％、Mo：0.36wt％、Cu：0.018％、V：0.007％、Cr：0.091wt％，余量为铁及杂质。

焊条熔敷金属力学性能为：焊缝熔敷金属在607℃，保温10小时，焊条熔敷金属力学性能如表1。

表1 焊条熔敷金属力学性能

实施例3

取药皮各成分粉料：大理石350g、硅微粉40g、萤石250g、铁粉350g、纯碱7g、CMC10g、石墨5g、锆英砂30g和锰、镍、钼合金混合物12g。

将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃140g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时，即成。

采用160-170A电流，采用板厚20mm母材为Q345B的试板，试板坡口10°根部间隙16mm，平焊位置施焊。

将本实施例所得的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。

焊条熔敷金属化学成分为：C：0.069wt％、Mn：1.13wt％、Si：0.248wt％、S：0.003wt％、P：0.009wt％、Ni：1.591wt％、Mo：0.334wt％、Cu：0.018％、V：0.002％、Cr：0.08wt％，余量为铁及杂质。

焊条熔敷金属力学性能为：焊缝熔敷金属在607℃，保温10小时，焊条熔敷金属力学性能如表1。

表1 焊条熔敷金属力学性能

上述实施例1-实施例3中，采用的大理石CaCO₃≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-40目：100％、-170目：≥50％；硅微粉SiO₂≥90％、Fe₂O₃≤0.2％、S≤0.01％、P≤0.01％，粒度要求为：-170目：100％、-270目：≥90％；萤石为CaF₂≥96％、SiO₂1.0～2.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-40目：100％、-170目：≥70％。铁粉为Fe≥99％、C≤0.05％、S≤0.02％、P≤0.02％、O≤0.7％，粒度要求为：-40目：100％、-170目：≤10％；纯碱为Na₂CO₃≥99％、NaCl≤0.70％。；所述CMC为NaCl≥7％、H₂O≤2％。；石墨为C≥90％、H₂O≤2％、S≤0.03％，颗粒度要求为：-40目：100％、-160目：≤50％。；锆英砂为ZrO₂≥60％、SiO₂25～30％、S≤0.02％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-40目：100％、-170目：≥30％。

Claims (10)

1.一种核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，该焊条包括焊芯和药皮，该药皮由以下成分制成：

大理石：250～350重量份；

硅微粉：10～50重量份；

萤石：200～250重量份；

铁粉：250～400重量份；

纯碱：4.5～7.0重量份；

CMC:5～10重量份；

石墨：1～5重量份；

锆英砂：15～30重量份；和

锰合金、镍合金、钼合金混合物：9-12份。

2.根据权利要求1所述的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，其特征在于：所述大理石为CaCO₃≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％。

3.根据权利要求1所述的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，其特征在于：所述萤石为CaF₂≥96％、SiO₂≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％。

4.根据权利要求1所述的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，其特征在于：所述硅微粉为SiO₂≥90％、Fe₂O₃≤0.2％、S≤0.01％、P≤0.01％，粒度要求为：-170目：100％、-270目：≥90％。

5.根据权利要求1所述的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，其特征在于：所述纯碱为Na₂CO₃≥99％、NaCl≤0.70％。

6.根据权利要求1所述的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，其特征在于：所述锆英砂为ZrO₂≥60％、SiO₂≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，颗粒度要求为：-40目：100％、-160目：≤50％。

7.根据权利要求1所述的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，其特征在于：所述铁粉为Fe≥99％、C≤0.05％、S≤0.02％、P≤0.02％、O≤0.7％，粒度要求为：-40目：100％、-170目：≤10％；所述CMC为NaCl≥7％、H₂O≤2％；所述石墨为C≥90％、H₂O≤2％、S≤0.03％，颗粒度要求为：-40目：100％、-160目：≤50％。

8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，其特征在于：该焊条熔敷金属化学成分为：C≤0.1wt％、Mn1.10-1.80wt％、Si≤0.8wt％、S≤0.010wt％、P≤0.010wt％、Ni≤0.8wt％、Cr≤0.10wt％、Mo0.25-0.50wt％，余量为铁及杂质。

9.根据权利要求8所述的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条，其特征在于：所述焊缝熔敷金属在595℃-620℃，保温10小时，室温抗拉强度Rm(Mpa)：620-735，室温屈服强Rp0.2(MPa)：≥540，室温伸长率A(％)：≥20，200℃屈服强度Rp0.2(MPa)：≥525，-45℃冲击功KV(J)：单值≥54J、平均值≥47J。

10.一种权利要求1至7任一权利要求所述的核一级用低温冲击性能良好的高强钢铁粉低氢型低合金钢焊条的制备方法，包括以下步骤：

①将如权利要求1所述的药皮粉料混合均匀；

②加入浓度为43°的钾钠水玻璃，搅拌混合均匀，加入量为粉料总量的15-25wt％；

③送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，经低温80-100℃烘焙2-3小时、高温380-400℃烘焙1.5-2小时。