CN106271205B

CN106271205B - 一种合金焊丝

Info

Publication number: CN106271205B
Application number: CN201610796998.XA
Authority: CN
Inventors: 丛相州; 金秋亚; 盛慧; 彭先宽; 安锦平
Original assignee: Beijing Guodian Futong Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Guodian Futong Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2019-10-22
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: CN106271205A

Abstract

本发明公开了一种合金焊丝。所述合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C 0.05～0.10％，Cu 0.40～0.60％，Cr 0.15～0.35％，Si 0.25～0.50％，Mn1.00～1.50％，Ni 1.00～1.50％，Mo 0.20～0.50％，Nb 0.010～0.40％，Re0.005～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。所述合金焊丝以Ni、Cu、Cr、Mo、Mn和Nb等为主组分，再辅以其它组分，提高了其与待焊钢材成分的相近程度，有效提高了熔敷金属的综合力学性能。该合金焊丝适于焊接1.15Ni‑0.65Cu‑Mo‑Cb材料及相近钢种，特别是核电WB36CN1钢。

Description

一种合金焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种用于核电或火电用钢的合金焊丝。

背景技术

作为一个多煤国家，中国火电行业的发展具有得天独厚的优势，火电技术成熟，建造成本低，是中国电力发展的主力军，火电的发展会对环境造成污染，在可持续发展的当代，受到诸多的限制，但仍是中国不可或缺的能源方式，而核电作为一种清洁能源，对于满足中国电力需求、优化能源结构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要战略意义，受到诸多关注。

自日本福岛核泄漏发生后，核电安全更加得到关注。因为核电厂的输送管内介质流速高、流量大，导致出现“流体加速腐蚀(FAC)”现象，即碳钢管内表面在大量高速流动的汽水冲刷下，导致内壁上具有保护功能的氧化膜脱落、变薄，最终导致钢基体变差、年腐蚀率增加。针对上述现象，除了提高核电厂所用输送管的抗FAC性能外，还需对已腐蚀的管线进行焊接，并保证焊丝成分与待焊接母材成分一致、焊丝具有好的抗FAC性能和抗氧化性，以及低温冲击韧性。

中国专利文献CN 102528318 A公开了一种核电用气保焊丝。其包括按质量百分比计的如下组分组成：C 0.06～0.12％，Mn 1.60～2.10％，Si 0.50～0.80％，Ni 1.40～1.80％，Ti 0.10～0.30％，S≤0.025％，P≤0.025％，Mo 0.15～0.50％，B 0.001-0.006％，余量为Fe及其它不可避免的杂质。通过上述核电用气保焊丝进行焊接时，焊接飞溅小，低温冲击韧性好且焊接工艺性能良好，适用核电结构用的气保焊丝。通过对上述技术进行分析，发现其存在如下缺陷：1)核电用气保焊丝成分与本焊丝主要成分中的Ni、Mn、Cr、Cu、Nb含量差别大；2)核电用气保焊丝的低温冲击韧性低，-29℃下的低温冲击功小于100J。鉴于此，开发一种焊丝成分与待焊接母材成分一致且低温冲击韧性好的合金焊丝，是本领域亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中合金焊丝与核电或火电用钢成分一致性差、以及合金焊丝的低温冲击韧性低的缺陷，进而提供了一种合金焊丝与核电或火电用钢成分一致性好，且低温冲击韧性优异的用于核电或火电用钢的合金焊丝及其制备方法。

为此，本发明采用的技术方案为，

一种合金焊丝，包括如下重量百分比的组分：C 0.05～0.10％，Cu 0.40～0.60％，Cr 0.15～0.35％，Si 0.25～0.50％，Mn 1.00～1.50％，Ni 1.00～1.50％，Mo 0.20～0.50％，Nb 0.010～0.40％，Re 0.005～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，所述合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C 0.05～0.10％，Cu 0.40～0.60％，Cr 0.25～0.35％，Si 0.25～0.50％，Mn 1.00～1.50％，Ni 1.00～1.50％，Mo0.20～0.50％，Nb 0.010～0.40％，Re 0.005～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，所述合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C 0.05～0.10％，Cu 0.40～0.60％，Cr 0.15～0.35％，Si 0.25～0.30％，Mn 1.00～1.20％，Ni 1.00～1.50％，Mo0.20～0.50％，Nb 0.010～0.40％，Re 0.005～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，所述合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C 0.05～0.10％，Cu 0.40～0.60％，Cr 0.15～0.35％，Si 0.25～0.50％，Mn 1.25～1.50％，Ni 1.00～1.50％，Mo0.20～0.50％，Nb 0.010～0.40％，Re 0.005～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，所述合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C 0.05～0.10％，Cu 0.40～0.60％，Cr 0.15～0.35％，Si 0.25～0.30％，Mn 1.00～1.20％，Ni 1.30～1.50％，Mo0.20～0.50％，Nb 0.010～0.40％，Re 0.005～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，所述合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C 0.05～0.10％，Cu 0.40～0.60％，Cr 0.25～0.35％，Si 0.25～0.30％，Mn 1.25～1.50％，Ni 1.30～1.50％，Mo0.20～0.50％，Nb 0.010～0.40％，Re 0.005～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，以所述合金焊丝的重量计，所述不可避免的杂质为：S≤0.006％，P≤0.01％，[O]≤50ppm，[H]≤3ppm，N≤0.01％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤200ppm。

进一步地，以所述合金焊丝的重量计，还包括≤0.01％的V。

进一步地，以所述合金焊丝的重量计，还包括≤0.05％的Ti。

进一步地，以所述合金焊丝的重量计，还包括≤0.05％的Altot。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)本发明实施例所提供的合金焊丝，以Ni、Cu、Cr、Mo、Mn和Nb等为主组分，再辅以其它组分，通过合理选择各组分并调控各组分含量，使各组分之间，特别是各主要组分之间产生协同促进作用，有效提高了合金焊丝的低温冲击韧性，同时提高了合金焊丝成分和适用的核电或火电用钢成分之间的相近程度，提高了合金焊丝熔敷金属的综合力学性能。经试验验证，合金焊丝焊接接头在-40℃下冲击功达到160J以上，合金焊丝熔敷金属的抗拉强度(Rm)在720MPa-780MPa之间。

2)本发明实施例所提供的合金焊丝，通过控制Ni与Cu的比例，在增大奥氏体的过冷度，以便细化组织的同时，保持合金焊丝的强度和耐腐蚀性能，最终提高其低温冲击韧性和合金焊丝熔敷金属的抗拉强度；再通过限定Ni和Cr的比例，提高焊缝金属的耐蚀能力，避免使焊缝出现热裂纹倾向，增强焊缝的强度和硬度；再通过限定Si和Mn之间的比例，使Si和Mn之间相互作用，减少焊接焊缝金属熔渣多，提高焊缝的低温冲击韧性和抗拉强度，同时，Si和Mn也能起到联合脱氧效果，避免表面焊缝中产生气孔。

3)本发明实施例所提供的合金焊丝，通过限定合金焊丝中Cr的含量，提高了合金焊丝的抗氧化性和耐腐蚀性能，同时也保证了合金焊丝的焊接性能，避免含量过大或过小不利于与Ni配合提高焊缝的低温冲击韧性。

4)本发明实施例所提供的合金焊丝，通过控制杂质含量：S≤0.006％，P≤0.01％，[O]≤50ppm，[H]≤3ppm，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤200ppm，防止焊缝出现裂纹，避免了杂质对焊缝的低温冲击韧性和抗拉强度的影响；通过加入Nb和V微合金元素，可细化焊缝晶粒组织，提高焊缝的低温冲击韧性；通过加入适量的Mo保证了焊缝熔敷金属的抗拉强度；通过加入适量的Ti细化焊缝晶粒和组织的同时，改善焊丝焊接工艺性和焊缝组织以及提高材料低温韧性，提高焊缝金属抗氮气孔的能力；通过加入适量的Re改善焊缝中硫化物等夹杂物的大小和形态，并且能够减少夹杂物的数量和净化焊缝组织，提高焊缝的低温冲击韧性。

5)本发明实施例所提供的合金焊丝，其成分与适用的核电或火电用钢成分接近，且具有焊接工艺优良，多道焊组织均匀，力学性能优异的特点，合金焊丝可采用埋弧焊、氩弧焊、混合气体保护焊、等离子焊等方法焊接，该合金焊丝适用于焊接火电15NiCuMoNb5、EN10216-2 15NiCuMoNb5-6-4、ASTM A213T36、ASTM A335P36、GB 531015Ni1MnMoNbCu钢及核电459/2WB36S1、GB24512.2 HD15Ni1MnMoNbCu、WB36CN1钢，特别是核电WB36CN1钢。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明做进一步描述。本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。

下述各实施例和对比例中Cu元素可通过在焊丝冶炼时加入铜进行添加；亦可对焊丝进行镀铜，通过镀层的厚度来控制Cu元素的添加量，对不镀铜的焊丝只能采用冶炼时添加铜粉的方式来控制铜元素的含量。

实施例1

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.10％，Cu 0.40％，Cr 0.15％，Si 0.50％，Mn 1.30％，Ni 1.50％，Mo 0.50％，Nb0.020％，Re 0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

1)采用0.5t洁净钢冶炼炉，选用低S、P原料进行合金焊丝进行冶炼以及精炼，冶炼过程中控制O、N、H等气体含量，以及一些杂质金属含量，最终保证得到的合金焊丝中S≤0.006％，P≤0.01％，[O]≤50ppm，[H]≤3ppm，N≤0.01，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤200ppm；

2)将精炼后的钢水经铸造、热连轧成直径为4.5mm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，粗拉丝成直径为2.5mm，然后精拉丝成直径为1.2mm的合金焊丝，最后层绕包装为盘状焊丝。

实施例2

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.05％，Cu 0.60％，Cr 0.15％，Si 0.50％，Mn 1.50％，Ni 1.00％，Mo 0.20％，Nb0.020％，Re 0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

2)将精炼后的钢水经铸造、热连轧成直径为5mm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，粗拉丝成直径为3mm，然后精拉丝成直径为1.2mm的合金焊丝，最后层绕包装为盘状焊丝。

实施例3

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.07％，Cu 0.50％，Cr 0.25％，Si 0.50％，Mn 1.30％，Ni 1.50％，Mo 0.20％，Nb0.020％，Re 0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

2)将精炼后的钢水经铸造、热连轧成直径为3mm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，粗拉丝成直径为2.5mm，然后精拉丝成直径为1.6mm的合金焊丝，最后层绕包装为盘状焊丝。

实施例4

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.07％，Cu 0.50％，Cr 0.15％，Si 0.25％，Mn 1.00％，Ni 1.40％，Mo 0.20％，Nb0.020％，Re 0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

2)将精炼后的钢水经铸造、热连轧成直径为4.5mm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，粗拉丝成直径为3.5mm，然后精拉丝成直径为2.5mm的合金焊丝，并切割成1米的直条。

实施例5

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.09％，Cu 0.55％，Cr 0.15％，Si 0.40％，Mn 1.45％，Ni 1.40％，Mo 0.20％，Nb0.020％，Re 0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

2)将精炼后的钢水经铸造、热连轧成直径为5mm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，粗拉丝成直径为4mm，然后精拉丝成直径为3.2mm的合金焊丝，最后层绕包装为盘状焊丝。

实施例6

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.05％，Cu 0.45％，Cr 0.15％，Si 0.42％，Mn 1.00％，Ni 1.38％，Mo 0.40％，Nb0.020％，Re 0.03％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

2)将精炼后的钢水经铸造、热连轧成直径为5mm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，粗拉丝成直径为4.5mm，然后精拉丝成直径为4mm的合金焊丝，最后层绕包装为盘状焊丝。

实施例7

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.10％，Cu 0.40％，Cr 0.25％，Si 0.25％，Mn 1.45％，Ni 1.35％，Mo 0.30％，Nb0.020％，Re 0.01％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

2)将精炼后的钢水经铸造、热连轧成直径为6mm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，粗拉丝成直径为4mm，然后精拉丝成直径为1.6mm的合金焊丝，最后层绕包装为盘状焊丝。

实施例8

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.10％，Cu 0.40％，Cr 0.25％，Si 0.25％，Mn 1.45％，Ni 1.35％，Mo 0.30％，Re 0.01％，V0.01％，Nb 0.02％，Ti 0.05％，Altot 0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

实施例9

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.07％，Cu 0.45％，Cr 0.35％，Si 0.3％，Mn 1.5％，Ni 1.32％，Mo 0.40％，Re 0.005％，V0.05％，Nb 0.040％，Ti 0.03％，Altot 0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

1)采用0.5t洁净钢冶炼炉，选用低S、P原料进行合金焊丝进行冶炼以及精炼，冶炼过程中控制O、N、H等气体含量，以及一些杂质金属含量，最终保证得到的合金焊丝中S≤0.006％，P≤0.01％，O≤50ppm，H≤3ppm，N≤0.01，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤200ppm；

实施例10

本实施例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.10％，Cu 0.45％，Cr 0.20％，Si 0.50％，Mn 1.4％，Ni 1.30％，Mo 0.30％，Re 0.005％，V 0.01％，Nb 0.040％，Ti 0.05％，Altot 0.01％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

对比例1

本对比例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.10％，Si 0.50％，Mn 1.60％，Ni 1.50％，Mo 0.50％，B 0.006％，Ti 0.2％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

对比例2

本对比例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.10％，Cu 0.25％，Cr 0.20％，Si 0.50％，Mn 1.4％，Ni 1.30％，Mo 0.30％，V 0.01％，Ti0.06％，B 0.002％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

对比例3

本对比例提供了一种合金焊丝。该合金焊丝包括如下重量百分比的组分：C0.05％，Cu 0.30％，Cr 0.15％，Si 0.50％，Mn 1.50％，Ni 1.00％，Mo 0.20％，Nb0.020％，Re 0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金焊丝的制备方法包括如下步骤：

实验例

对上述各实施例和对比例所制得的合金焊丝进行熔敷金属性能试验，试验条件如下：试板母材为WB36CN1钢，厚度为20mm，坡口形式为60°单面V型对接，底面间隙为10mm，对于规格为1.2、1.6和2.5的焊丝，采用纯氩气体保护焊，对规格为3.2和4.0的焊丝，采用埋弧焊剂保护，具体的焊接规范为：对规格为1.2、1.6和2.5的焊丝，焊接电流80-150A，电弧电压10-14V，层温为150℃以下。对规格为3.2的埋弧焊丝，焊接电流为400-500A，电压为24-28V，对规格为4.0的埋弧焊丝，焊接电流为450-550A，电压为24-28V，层温均控制在150℃以下，焊后均需要热处理，热处理温度为600±20℃，保温时间低于6h，取热处理后的熔敷金属进行室温和400℃拉伸试验、-40℃冲击试验、相应的测试结果如下表1所示：

表1

从上表1可得知：本发明所制得的合金焊丝在抗拉强度、低温冲击韧性和屈服强度方面具有优异的性能，经试验验证，低温冲击韧性测试表明合金焊丝熔敷金属在-40℃下冲击值达到160J以上，合金焊丝熔敷金属的抗拉强度(Rm)在标准规定的范围内。经分析，原因在于：通过控制Ni与Cu的比例，在增大奥氏体的过冷度，以便细化组织的同时，保持合金焊丝的强度和耐腐蚀性能，最终提高其低温冲击韧性；再通过限定Ni和Cr的比例，提高焊缝金属的耐蚀能力，避免使焊缝出现热裂纹倾向，增强焊缝的强度和硬度；再通过限定Si和Mn之间的比例，使Si和Mn之间相互作用，减少焊接焊缝金属熔渣多，提高焊缝的低温冲击韧性和抗拉强度，同时，Si和Mn也能起到联合脱氧效果，避免表面焊缝中产生气孔。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种合金焊丝，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：C0.05～0.10％，Cu 0.40～0.60％，Cr 0.25～0.35％，Si 0.25～0.50％，Mn1.00～1.50％，Ni 1.00～1.50％，Mo0.40～0.50％，Nb 0.010～0.40％，Re0.005～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质；

以所述合金焊丝的重量计，所述不可避免的杂质为：S≤0.006％，P≤0.01％，[O]≤50ppm，[H]≤3ppm，N≤0.01％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤200ppm；

以所述合金焊丝的重量计，还包括≤0.01％的V；

以所述合金焊丝的重量计，还包括≤0.05％的Ti；

以所述合金焊丝的重量计，还包括≤0.05％的Altot；

上述合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

1)采用0.5t洁净钢冶炼炉，选用低S、P原料进行合金焊丝进行冶炼以及精炼，冶炼过程中控制O、N、H气体含量，以及一些杂质金属含量，最终保证得到的合金焊丝中S≤0.006％，P≤0.01％，[O]≤50ppm，[H]≤3ppm，N≤0.01％，As+Pb+Sn+Sb+Bi≤200ppm；

2)将精炼后的钢水经铸造、热连轧成直径为3mm、4.5mm、5mm、6mm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、耳子对拉拔有害的缺陷，焊丝盘条经过粗拉预处理去掉表面氧化皮，粗拉丝成直径为2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm，然后精拉丝成直径为1.2mm、1.6mm、2.5mm、3.2mm、4mm的合金焊丝，最后层绕包装为盘状焊丝。

2.根据权利要求1所述的合金焊丝，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：C 0.05～0.10％，Cu 0.40～0.60％，Cr 0.25～0.35％，Si 0.25～0.30％，Mn 1.20～1.50％，Ni1.32～1.38％，Mo 0.40～0.50％，Nb 0.010～0.40％，Re0.005～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。