[发明专利]一种新型的提高热处理后抗拉强度的不锈钢埋弧焊焊丝

说明书

技术领域

本发明提出了一种新型的提高热处理后抗拉强度的不锈钢埋弧焊焊丝，该焊丝属于焊接不锈钢材料领域，特别涉及一种核电机组材料经高温热处理后抗拉强度依然能满足核电产品技术要求的不锈钢埋弧焊焊丝。

背景技术

EPR型核电机组制造时对焊接技术提出了许多新要求，例如，核二级设备使用的不锈钢大型容器封头用Z2 CN 19-10抗氮不锈钢制造，因钢板尺寸不够，需要采用拼焊工艺，其焊接方法为埋弧焊。试验表明，这类钢材焊接接头最薄弱的部位是焊缝金属，即熔敷金属，因此本发明主要研究和观注的是熔敷金属。

设计要求拼焊封头热处理后的熔敷金属的力学性能为R_m 520-670Mpa、R_p0.2≥210Mpa、A₅≥30％。焊接材料为ER308L焊丝+配套焊剂，对应的标准分别是中国标准GB/T 17854中的H00Cr21Ni10焊丝、美国标准AWS 5.9中的ER308L焊丝和法国标准RCCM S2940中的ER308L焊丝。上述三种焊丝的化学成分基本一致，其共同特点是对氮元素含量不限制。还采用一种作为本发明焊丝对比例的一种焊丝，该对比例的不锈钢焊丝的化学成分及百分比含量与力学性均与上述三种焊丝大致一致，然而，不同的是该对比例焊丝标出了氮元素百分比含量。

该对比列焊丝焊接试验表明，其熔敷金属热处理后抗拉强度为480Mpa，不能满足上述EPR型核电机组对焊接提出的技术要求。

发明内容

为了克服背景技术中现有的不锈钢埋弧焊焊丝不能满足EPR核电机组抗拉强度的技术要求，本发明提出了一种新型的提高热处理后抗拉强度的不锈钢埋弧焊焊丝，该新型焊丝形成的熔敷金属经热处理后的各项指标，尤其是抗拉强度能满足EPR核电站机组的相关技术要求。

本发明的技术方案如下：

1、一种新型的提高热处理后抗拉强度的不锈钢埋弧焊焊丝，其特征在于，该焊丝的组化学成分及其质量百分比含量为：

C≤0.025、Si≤0.60、Mn 1.00-2.50、S≤0.02、P≤0.02、Cr：19.00-22.00、Ni：9.00-11.00、Mo≤0.50、Co≤0.20、N 0.07-0.20，其余为Fe。

2、上述的不锈钢埋弧焊焊丝氮元素质量百分比含量为0.07-0.20，含有这种范围的氮元素焊丝是热处理后熔敷金属抗拉强度提高的主要因素。

正如背景技术已指出的，原有三个标准的不锈钢焊丝，化学成分基本一致，其共同特点是对氮元素含量不限制。现有308L焊丝含氮量大多数小于0.05％，其焊后热处理后的抗拉强度不足520MPa，不能满足EPR核电机组的技术要求，而本发明的焊丝，由于其焊丝中含有较高的0.07-0.20％氮元素含量，因而其热处理后的熔敷金属的抗拉强度明显提高，可达550-575Mpa，能够满足核电机组的技术要求。

熔敷金属的抗拉强度的主要因素是本发明的焊丝中氮元素量明显提高，其百分比含量应当控制为0.07-0.20。当焊丝中的氮含量低于0.07％，例如对比例的焊丝氮含量是为0.03％，才造成熔敷金属的抗拉强度为490Mpa，小于技术要求的Am 620Mpa，而过高的含氮量，例如超过0.20，也不能达到要求的熔敷金属的抗拉强度，当焊丝中含氮量过高时，在焊接过程中气态氮来不及排出，易形成气孔或针状气孔等焊接缺陷，另外，氮含量过高还能造成铁素体含量不足而引起焊接热裂纹。

本发明的焊丝与背景技术中已有用于核电机组的焊丝相比，由于本发明的焊丝氮元素百分比含量明显增加，因此提高了其熔敷金属的抗拉强度，使得能够满足要求的各项指标。

具体实施方式

为了更好地说明本发明焊丝的优点，采用一个对比例和两个发明例做对比试验，该对比例焊丝的化学成分和机械性能与现有的用于核电机组的三种焊丝基本一致，而两个发明例的焊丝则能满足本发明规定的化学成分和相应的力学性能。

试验用3种焊丝的直径均为4mm，配套焊剂为SJ601H烧结焊剂。焊接工艺参数为：焊接电流550A，电弧电压30V，焊接速度580mm/min，层间温度≤110℃。分别测量了热处理后熔敷金属力学性能和耐腐蚀性能。热处理工艺为：加热温度1080℃、保温时间200分钟、水冷。腐蚀试验按照GB 4334的要求进行，3种熔敷金属均无晶间腐蚀倾向。按照Delong图法计算了3种熔敷金属的铁素体含量FN。

表1为三种焊丝的化学成分及其质量百分比含量，

表2为三种焊丝焊后热处理后熔敷金属的力学性能和铁素体含量