CN105458549A - 一种用于反应堆支承结构钢的埋弧焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种用于反应堆支承结构钢的埋弧焊丝。所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分比为：C？0.01～0.08，Si+Mn？0.5～2.0，Ni？0.2～1.2，Mo？0.1～0.4，Cr≤0.20，Al？0.003～0.01，Ti？0.01～0.1，P≤0.015，S≤0.01，余量为Fe和杂质。本发明的用于反应堆支承结构钢的埋弧焊丝适用390MPa级反应堆支承结构板的焊接，焊缝金属在焊态和经消除应力热处理后低温韧性优良，且具有良好的抗辐照性能。本发明的埋弧焊丝同样适用于强度级别在400MPa以上的低合金高强钢埋弧焊接。

Description

一种用于反应堆支承结构钢的埋弧焊丝
技术领域
本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种用于反应堆支承结构钢的埋弧焊丝。
背景技术
随着核电事业的不断发展，反应堆支承结构承受的重量载荷显著增大，钢板的厚度不断增加。目前在用的钢板最大板厚已经不能满足新型反应堆支承结构的要求。
反应堆支承结构本身就是焊接结构件，不同部位的工作环境不同。根据所涉及的相关材料和结构的要求，有些部位需要进行焊后热处理。此外，整个结构需要承受一定剂量的中子辐射。焊缝金属既要在焊态和热处理态下同时满足各项技术指标的要求，又要具有良好的抗辐照性能。
支承结构所要求的焊后热处理是一种消除焊接应力的热处理方法，这种热处理不同于调整材料性能的热处理方法，对焊缝性能的影响很大，通常不含Cu的焊接材料，消除应力热处理后都会引起强度降低、低温韧性大幅度下降的现象，低温韧性下降幅度通常为50％～90％。可见，反应堆支承结构焊接施工条件非常复杂，对焊缝金属性能的要求也较高。
目前，国内还没有适用于390MPa级的反应堆支承结构用厚钢板的埋弧焊丝。因此，亟待开发出一种满足反应堆支承结构钢特殊性能要求的埋弧焊丝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于反应堆支承结构钢的埋弧焊丝，该埋弧焊丝的焊缝金属在焊态和热处理态均具有良好的低温韧性，且辐照试验后力学性能优良。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于反应堆支承结构的埋弧焊丝，所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分比为：C0.01～0.08，Si+Mn0.5～2.0，Ni0.2～1.2，Mo0.1～0.4，Cr≤0.20，Al0.003～0.01，Ti0.01～0.1，P≤0.015，S≤0.01，余量为Fe和杂质。
所述埋弧焊丝的焊缝金属具有细小针状铁素体组织。
所述埋弧焊丝适用于强度级别为400MPa以上低合金高强钢的埋弧焊接。
所述埋弧焊丝适用于390MPa级反应堆支承结构钢的焊接。
所述埋弧焊丝的焊态焊缝金属-20℃冲击吸收功Akv95.3～148.3J，-40℃冲击吸收功Akv65～91.7J，热处理态焊缝金属-20℃冲击吸收功Akv88.9～142J，-40℃冲击吸收功Akv56.7～97.3J，辐照后焊缝金属-20℃冲击吸收功Akv80.3～140J，-40℃冲击吸收功Akv55.4～85.7J。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的用于反应堆支承结构钢的埋弧焊丝适用390MPa级反应堆支承结构板的焊接，焊缝金属在焊态和经消除应力热处理后低温韧性优良，且具有良好的抗辐照性能。本发明的埋弧焊丝同样适用于强度级别在400MPa以上的低合金高强钢埋弧焊焊接。
2)本发明焊丝具有优良的焊接工艺性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
对于焊接而言，由于焊接结构无法利用变形加工和热处理手段来提高焊缝金属的强韧性，焊缝金属无法避免晶粒粗大、组织疏松等不利因素，其性能主要依靠合金化来实现，但考虑辐照性能的要求，许多常用的强化元素、韧化元素含量需要严格限制，因此焊丝成分设计必须考虑诸多方面的苛刻条件。
本发明的用于反应堆支承结构的埋弧焊丝，其化学成分按质量百分比为：C0.01～0.08，Si+Mn0.5～2.0，Ni0.2～1.2，Mo0.1～0.4，Cr≤0.20，Al0.003～0.01，Ti0.01～0.1，P≤0.015，S≤0.01，余量为Fe和杂质。
本发明的用于反应堆支承结构的埋弧焊丝的化学成分的设计思路如下：
C：为了保证焊丝的强度，必须加入一定量的C，但C含量较高将会对韧性和耐腐蚀性能产生不利影响，故本发明的埋弧焊丝C含量范围选择0.01～0.08％。
Ni：采用Ni提高焊缝金属的低温冲击韧性，降低韧脆转变温度。Ni是辐照脆化敏感性元素，当Ni含量大于1.2％时，辐照敏感性将明显增加，因此Ni含量应在确保低温韧性的前提下尽可能少，故本发明的埋弧焊丝Ni含量范围选择0.2～1.2％。
Mo：加入Mo能够稳定焊缝金属的高温拉伸强度，减轻去应力热处理对强度和韧性的损失。故本发明的埋弧焊丝Mo含量范围选择0.1～0.4％。
P、S：尽量降低P、S等对辐照脆化敏感的元素含量。本发明的埋弧焊丝P、S含量范围选择分别为P不大于0.015％和S不大于0.01％。
采用Mn+Si复合脱氧，Mn+Si在合适的范围内可以满足焊接抗气孔性能，并且获得较高的焊缝金属强韧性。故本发明的埋弧焊丝Mn+Si总量范围选择为0.5～2.0％。
Al：Al是强氧化物形成元素，具有很强的脱氧和细化晶粒的作用，因此在焊接过程中Al能够减少其他合金元素的烧损。有关研究表明焊缝金属中加入适量的铝含量会使针状铁素体含量增加，从而改善焊缝金属韧性。故本发明的埋弧焊丝Al含量范围选择0.01～0.05％。
Ti：Ti为有效脱氧的元素，同时Ti可以促进针状铁素体的形成，进而提高焊缝金属的韧性。但是Ti含量过高会降低焊缝金属的低温韧性。因此，故本发明的埋弧焊丝Ti含量范围选择0.01～0.1％。
通过合金元素的合理搭配，使焊缝金属获得细小针状铁素体组织，满足对焊缝金属的综合性能要求。
根据表1的焊丝的化学成分进行控制冶炼，对冶炼好的钢锭轧制成盘条，再进行热处理、拉拔，最终获得Ф4.0mm的焊丝(实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5)。
表1埋弧焊焊丝化学成分(质量百分数，％)
C Si+Mn S P Ni Cr Mo Ti Al
实施例1 0.05 1.45 0.005 0.007 0.75 0.02 0.4 0.01 0.005
实施例2 0.07 0.90 0.002 0.008 0.94 0.15 0.25 0.06 0.003
实施例3 0.06 1.03 0.003 0.009 0.20 0.10 0.27 0.10 0.004
实施例4 0.08 0.50 0.004 0.005 0.85 0.01 0.28 0.04 0.010
实施例5 0.01 2.0 0.009 0.009 1.2 0.20 0.10 0.08 0.007
采用上述5种焊丝(实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5)进行了埋弧焊焊接，焊剂为碱性烧结焊剂CHF105A，焊接热输入27～32kJ/cm，层温120～150℃，此时为焊态焊缝金属。焊后进行620±10℃×29h消应处理，此时为热处理态焊缝金属。对焊缝金属进行快中子注量辐照试验，试验温度45～55℃，此时为辐照后焊缝金属。
实施例1～5的焊缝金属力学性能结果见表2。
表2采用本发明实施例1～5埋弧焊丝的焊缝金属力学性能
从表2可以看出，本发明的用于反应堆支承结构的埋弧焊丝焊缝金属在焊态和经消除应力的热处理态低温韧性优良，且辐照后力学性能优良。其中，焊态焊缝金属-20℃冲击吸收功Akv95.3～148.3J，-40℃冲击吸收功Akv65～91.7J，热处理态焊缝金属-20℃冲击吸收功Akv88.9～142J，-40℃冲击吸收功Akv56.7～97.3J，辐照后焊缝金属-20℃冲击吸收功Akv80.3～140J，-40℃冲击吸收功Akv55.4～85.7J。
本发明的用于反应堆支承结构的埋弧焊丝适用于强度级别为400MPa以上低合金高强钢的埋弧焊接，特别适用于390MPa级反应堆支承结构钢的焊接。

Claims (5)

1.一种用于反应堆支承结构的埋弧焊丝，其特征在于：
所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分比为：C0.01～0.08，Si+Mn0.5～2.0，Ni0.2～1.2，Mo0.1～0.4，Cr≤0.20，Al0.003～0.01，Ti0.01～0.1，P≤0.015，S≤0.01，余量为Fe和杂质。
2.如权利要求1所述的用于反应堆支承结构的埋弧焊丝，其特征在于：
所述埋弧焊丝的焊缝金属具有细小针状铁素体组织。
3.如权利要求1所述的用于反应堆支承结构的埋弧焊丝，其特征在于：
所述埋弧焊丝适用于强度级别为400MPa以上低合金高强钢的埋弧焊接。
4.如权利要求1所述的用于反应堆支承结构的埋弧焊丝，其特征在于：
所述埋弧焊丝适用于390MPa级反应堆支承结构钢的焊接。
5.如权利要求1所述的用于反应堆支承结构的埋弧焊丝，其特征在于：
所述埋弧焊丝的焊态焊缝金属-20℃冲击吸收功Akv95.3～148.3J，-40℃冲击吸收功Akv65～91.7J，热处理态焊缝金属-20℃冲击吸收功Akv88.9～142J，-40℃冲击吸收功Akv56.7～97.3J，辐照后焊缝金属-20℃冲击吸收功Akv80.3～140J，-40℃冲击吸收功Akv55.4～85.7J。
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