CN105772984A

CN105772984A - 一种具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝

Info

Publication number: CN105772984A
Application number: CN201610171041.6A
Authority: CN
Inventors: 袁向阳; 刘亮; 苏东东; 邱执中
Original assignee: PowerChina SPEM Co Ltd
Current assignee: PowerChina SPEM Co Ltd
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2016-07-20

Abstract

本发明涉及一种具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝，所述低合金钢钨极氩弧焊丝含有以下质量百分含量的成分：C：0～0.10％，Mn：1.00％～1.70％，Si：0～0.50％，Cr：0.10％～0.35％，Ni：0.60％～1.20％，Mo：0.10％～0.40％，Cu：0～0.20％，S：0～0.010％，P：0～0.015％；其余成分为铁及不可避免的杂质。本发明的低合金钢钨极氩弧焊丝在焊接过程中具有良好的焊接工艺性能，且焊缝具有良好的强度、冲击韧性，可广泛用于电站350℃以下的给水管道及相应等级强度的压力容器钢。

Description

一种具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，更具体的说，涉及一种具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝。

背景技术

随着我国电力工业的高速发展，核电站因其高效、经济、清洁等优点成为电力发展的重要部分。但核电建设用的钢材及焊接材料长期以来一直依赖进口，严重制约了我国核电工业的发展。为此，岭澳二期核电站常规岛设计时，提出钢材国产化的课题。目前适用于核电常规岛主蒸汽、主给水管的钢材已基本国产化(牌号为WB36CN1)。

由于WB36CN1钢主要使用于核电站350℃以下的给水管道、集箱等结构的焊接。比较核电用钢管与火电用钢管的差异。可以了解到，核电用钢管在核电站运行过程中承受的压力和温度比火电站低，但其管道内介质(饱和蒸汽或微过热蒸汽)的流速、流量比火电站大(约1.5倍左右)。产生因输送蒸汽和水的流动速度较高而导致的“FAC”(流动加速的腐蚀)，造成管道内表面具有保护功能的氧化膜在大量的、高速流动的汽水冲刷下变薄或脱落，使钢基体的耐蚀性变差。

为了提高核电用钢管抗“FAC”的能力，国内外这方面的专家通过研究，认为钢中加入一定量的“Cr”可以提高抗“FAC”的能力。FAC可以分成两个连续的过程：氧化物/水界面可溶性铁离子的产生过程和铁离子穿过扩散边界层的扩散过程。由于FAC的发生跟部件表面的保护性氧化膜的溶解有关，当部件表面的氧化膜足够致密，以至于物质传输过程无法进行时，FAC也就不会发生，而相同情况下，氧化铬的致密度要大于氧化铁。

由于WB36CN1钢是在WB36钢的基础上加以控“Cr”而形成的新型钢种，控“Cr”的目的是为了提高钢材抗汽水冲蚀能力，即抗“FAC”的能力。因此，作为WB36CN1钢配套的焊丝在合金系统的选择上应尽可能与WB36CN1钢化学成分相接近。所选择合金元素必须满足焊缝金相组织的需要及焊接冶金的特点。同时在抗“FAC”能力方面与WB36CN1钢相匹配。即实行控“Cr”的要求。

本发明针对WB36CN1钢的化学成分、力学性能等技术要求进行试验、研究，研制一种与WB36CN1钢性能达到良好匹配的低合金钢钨极氩弧焊丝。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝，该焊丝在焊接过程中具有良好的焊接工艺性能，且焊缝有良好的强度、冲击韧性。

为了实现上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝，其特征是化学成分质量百分含量如下：

其余成分为铁及不可避免的杂质。

所述铜的含量包含镀在焊丝表面上的铜。

优选地，所述钨极氩弧焊丝在焊接时采用纯氩气体保护，所述气体体积Ar≥99.99％。

本发明的焊丝设计依据如下：

成分C

C在γ-Fe中的最大溶解度为1.7％,在α-Fe中为0.035％。属于扩大γ区元素。起固溶强化的作用。过多的C在焊缝金属中将以碳化物的形式存在。形成析出强化，在提高焊缝强度、硬度的同时，也增加了焊缝金属的裂纹敏感性。所以必须采用低碳微合金化的机理，这样，既可以满足焊缝金属的强度又可以降低焊缝金属的裂纹敏感性。拟将C含量控制在0.10％以下。

成分Mn

Mn在γ-Fe中的最大溶解度为100％,在α-Fe中为3％。属于扩大γ区元素。Mn在低合金钢焊缝金属中含量较低时，一般以固溶强化的形式存在。在提高铁素体强度的同时还可改善韧性。考虑到Mn/Si对焊缝金属冲击韧性的影响，在满足焊缝金属强度的前提下将Mn含量控制在1.0～1.7％范围内。

成分Si

Si在γ-Fe中的最大溶解度为2％,在α-Fe中为18.5％。属于扩大α区元素。Si在低合金钢焊缝中含量较低时，一般以固溶强化的形式存在，提高铁素体的强度。过多的Si含量将形成金属间化合物，降低焊缝金属的冲击韧性。考虑到Mn/Si对焊缝金属冲击韧性的影响，在满足焊缝金属强度的前提下将Si含量控制在≤0.50％的范围内。

成分Cr

Cr在γ-Fe中的最大溶解度为12.8％,在α-Fe中为100％。属于扩大α区元素。Cr在低合金钢焊缝中含量较低时，一般起固溶强化的作用。与C在一起时形成碳化物。数量较多时降低焊缝金属的冲击韧性。适量的Cr在提高铁素体的强度同时还可改善焊缝金属的韧性。同时当Cr含量达到0.10％时，就能够显著降低单相流体的FAC速率。因此为了与WB36CN1钢在性能方面达到良好匹配，提高抗“FAC”的能力，确定Cr含量与钢材的控制范围一致，即0.10～0.35％范围内。

成分Ni

Ni在γ-Fe中的最大溶解度为100％,在α-Fe中为10％。属于扩大γ区元素。一般起固溶强化作用。适量的Ni可以提高铁素体基体的韧性和促进针状铁素体形成，有利于改善焊缝金属抗冷裂性能和提高低温冲击韧性。在满足焊缝金属强度的前提下将Ni含量控制在0.6～1.2％的范围内。

成分Mo

Mo在γ-Fe中的最大溶解度为3％,在α-Fe中为37.5％。属于扩大α区元素。一般起析出强化作用。与C共存时，形成Mo₂C，提高焊缝金属的高温强度。过量的Mo将损害焊缝金属的韧性，在满足焊缝金属高温强度的前提下将Mo含量控制在0.10～0.40％的范围内。

成分S

S是焊缝金属中的有害杂质，以FeS形式存在时最为有害。因为它与铁在液态时可无限互溶，而溶于固态铁却很少(溶解度仅为0.015～0.02％),因此在凝固时FeS析出,以低熔点共晶薄膜的形式分布于晶界,形成结晶裂纹，同时降低焊缝金属的冲击韧性。因此将S含量控制在≤0.010％的范围内。

成分P

P在绝大多数低合金钢焊缝金属中是有害杂质。以Fe₂P、Fe₃P的形式存在，它们与Fe、Ni形成低熔点共晶分布于晶界，由于它们本身硬而脆，在降低焊缝金属冲击韧性的同时使焊缝金属脆性转变温度也升高。因此确定将P含量控制在≤0.015％的范围内。

成分Nb

Nb在γ-Fe中的最大溶解度为2.2％,在α-Fe中为1.8％。属于扩大α区元素。一般起析出强化作用，且强化效果显著。但是Nb对低合金钢焊缝金属的韧性产生不利的影响。Nb的析出沉淀硬化将导致Mn-Si系焊缝金属韧性的大幅度下降。因此在本发明焊丝中不加入Nb。而以其它合金元素替代来满足焊缝金属的强度。

本发明的焊接工艺性能优良，焊接过程中电弧稳定、熔池清晰，焊缝成型美观；具有优异的熔敷金属强度、冲击韧性等性能。

具体实施方式

一种具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝，焊丝制备包括以下步骤：制定焊丝治炼成分范围，进行原材料治炼；原材料进行剥壳、酸洗前处理；将前处理后的材料按规定压缩比进行拉拔到规定规格半成品；半成品焊丝经过前处理后进行化学镀铜后压缩抛光；抛光后经过矫直机切成1000mm长直条焊丝；直条焊丝独立包装。

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

焊丝质量百分含量如下：

C：0.054％；

Mn：1.37％；

Si：0.32％；

Cr：0.27％；

Ni：1.08％；

Mo：0.26％；

Cu：0.02％；

S：0.003％；

P：0.005％；

其余成分为铁及不可避免的杂质。

铜的含量包含镀在焊丝表面上的铜。

将本实施例所得的焊丝采用纯氩(气体体积Ar≥99.99％)气体保护，采用直流正接进行焊接试验，电弧稳定，熔池流动性好，焊缝成形美观。

对焊丝的熔敷金属化学成分检测得：C:0.041％、Mn：1.38％、Si：0.36％、Cr：0.27％、Ni：0.97％、Mo：0.26％、Cu：0.05％、S:0.005％、P:0.007％。

常温力学性能R_m：635MPa，R_el：559MPa；-50℃冲击吸收功(KV₂)：241J。

实施例1所得焊丝焊接时电弧稳定，焊丝操作性能优异；焊缝成型美观，焊道高度适中。熔敷金属力学性能较高，具有流动性更优的特性，并且具有优异的低温韧性。

实施例2

焊丝质量百分含量如下：

C：0.061％；

Mn：1.38％；

Si：0.34％；

Cr：0.27％；

Ni：1.03％；

Mo：0.26％；

Cu：0.02％；

S：0.003％；

P：0.005％；

其余成分为铁及不可避免的杂质。

铜的含量包含镀在焊丝表面上的铜。

对焊丝的熔敷金属化学成分检测得：C:0.036％、Mn：1.34％、Si：0.34％、Cr：0.25％、Ni：0.94％、Mo：0.25％、Cu：0.08％、S:0.005％、P:0.007％。

常温力学性能R_m：609MPa，R_el：534MPa；-50℃冲击吸收功(KV₂)：298J。

实施例2所得焊丝焊接时电弧稳定，焊丝操作性能优异；焊缝成型美观，焊道高度适中。熔敷金属力学性能较高，具有流动性更优的特性，并且具有优异的低温韧性。

以上实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝，其特征是化学成分质量百分含量如下：

其余成分为铁及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝，其特征在于，所述铜的含量包含镀在焊丝表面上的铜。

3.根据权利要求1所述的具有优异低温韧性的控Cr低合金钢钨极氩弧焊丝，其特征在于，所述钨极氩弧焊丝在焊接时采用纯氩气体保护，所述气体体积Ar≥99.99％。