[发明专利]一种用于核电安全壳的气体保护焊丝及盘条

说明书

技术领域

本发明属于低合金焊接材料、金属材料领域，具体地，涉及气体保护焊接材料领域。

背景技术

核电设备由于其服役条件的特殊性，对制作设备的原材料要求严格。安全壳的类型由核电站设计决定。到目前为止我国所建造的核电站安全壳均为钢混结构，即外层是混凝土壳体，里面附一层钢板。基于对于核电安全性的高要求，核电用的焊材具有比普通焊材更高的技术壁垒。美国牌号为SA738B高强度调质钢板，属于Mn-Ni-Mo低合金高强度调质厚板，为了提高核电安全壳的生产效率和质量，需要开发SA738B配套的气体保护焊丝及焊丝盘条。

发明内容

本发明提供一种用于核电安全壳的气体保护焊丝及盘条，采用低合金钢体系，其熔敷金属在焊态和SR态两种情况下的综合力学性能可达到如下指标：屈服强度≥540MPa，抗拉强度≥620MPa，伸长率A≥20%，-30℃Akv≥100J，-45℃Akv≥80J，-60℃Akv≥54J。

本发明利用C、Mn、Mo等元素对熔池凝固后形成的焊缝金属奥氏体点A_C1的影响，降低铁素体的开始转变温度，确保形成铁素体组织达到所需的强度。同时再利用Ni元素的两方面作用（细化奥氏体晶粒与阻止先共析铁素体形成）来达到焊缝金属在焊态下具有合适的强度及优良的低温韧性。其中C、Mn、Mo保证所形成的组织在经SR（焊后消应力状态）后，利用其固溶强化作用，使焊缝金属的强度下降幅度控制在15MPa-50MPa范围内，同时使焊缝金属的低温韧性在SR后仍不发生明显变化。本发明的特点是较高的Ni元素匹配较低的Mo元素，二者匹配的结果，是保证焊缝金属在焊态和SR态下，均具有较优的低温韧性。

本发明的气体保护焊丝及盘条的化学成分为（wt%）：C 0.03~0.12，Si0.10~0.70，Mn 1.0~1.8，S≤0.015，P≤0.020，Ni 0.8~1.5，Mo 0.05~0.20，Cu≤0.30，Ti 0.03~0.2，O≤0.0060，N≤0.0070，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

下面就本发明对成分的选择原因和作用机理进行如下陈述：

本发明的气保焊丝要保证焊态与焊后SR态两种条件下，焊丝熔敷金属均具有优异的综合力学性能，为此，在合金系统设计中，一是要尽可能采用与母材SA738B一致的主合金系统，以求得焊接接头与母材尽可能的同质化。同时采用洁净钢冶炼技术，钢水的纯净化是熔敷金属获得高韧性前提。

C：对提高强度有很大贡献，是最廉价的合金强化元素。但碳含量太高，会增加焊丝的冷裂倾向。本发明C的选择的范围是0.03～0.12%。

Si：为脱氧元素，会通过固溶强化提高强度，但含量太高，会降低熔敷金属的冲击韧性。本发明Si的合理的范围是0.10～0.70%。

Mn：为脱氧元素，是提高钢的淬透性的有效元素，也是强化焊缝金属强度的主要元素，但含量太高时，在提高焊缝金属强度的同时，也会使塑韧性变差。本发明Mn的合理的范围是1.0～1.80%。

Ni：可促进奥氏体向针状铁素体转变,同时降低奥氏体向铁素体的相变温度,抑制共析铁素体的形成；随着焊缝金属中Ni含量的提高,焊缝金属的低温韧性y良好，且趋于稳定；但由于Ni是一种比较昂贵的合金元素，为降低钢的合金成本，本发明Ni的合理的范围是0.8～1.5%。

Mo：可有效增加钢的淬透性和淬硬性，使钢淬火后得到均匀细小的马氏体、板条贝氏体组织，可显著提高钢的强度和韧性。同时为保证与母材SA738B尽可能的同质化，避免焊缝与母材过大的成分差异，而引起的其它技术隐患，焊丝中含有一定量的Mo含量。本发明Mo的合理的范围是0.05～0.2%。

Ti：主要起到脱氧、脱氮作用；Ti在熔池内与O₂结合生成TiO,在固态相变时为AF提供形核基础；同时作为强碳氮化合物形成元素，它们的细小析出相可细化组织，提高焊缝金属的强韧性与塑性；一定量的Ti可以明显改善焊丝的焊接工艺性，减小飞溅；但较多的Ti会大幅提高焊缝金属的强度，并降低其延伸率，所以其含量限定在0.03-0.2%。

Cu：在焊丝生产过程中，存在一个镀铜工艺，不可避免会使焊丝中含有一定量的铜。焊丝表面镀铜的主要目的是增加焊丝的导电性与提高焊丝的防腐能力。另外，在焊丝冶炼过程中，在一定程度上也存在一定量的铜。但焊丝中铜含量过高，会影响焊丝熔敷金属的韧性。本发明Cu的含量控制在限定≤0.3%。