[發明專利]一種用于核電安全殼的氣體保護焊絲及盤條

有效

• 申請號: 201210165340.0
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102689104A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 屈朝霞;許磊;王海濤
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所 31228
• 代理人: 楊丹莉

技術領域

本發明屬于低合金焊接材料、金屬材料領域，具體地，涉及氣體保護焊接材料領域。

背景技術

核電設備由于其服役條件的特殊性，對制作設備的原材料要求嚴格。安全殼的類型由核電站設計決定。到目前為止我國所建造的核電站安全殼均為鋼混結構，即外層是混凝土殼體，里面附一層鋼板。基于對于核電安全性的高要求，核電用的焊材具有比普通焊材更高的技術壁壘。美國牌號為SA738B高強度調質鋼板，屬于Mn-Ni-Mo低合金高強度調質厚板，為了提高核電安全殼的生產效率和質量，需要開發SA738B配套的氣體保護焊絲及焊絲盤條。

發明內容

本發明提供一種用于核電安全殼的氣體保護焊絲及盤條，采用低合金鋼體系，其熔敷金屬在焊態和SR態兩種情況下的綜合力學性能可達到如下指標：屈服強度≥540MPa，抗拉強度≥620MPa，伸長率A≥20%，-30℃Akv≥100J，-45℃Akv≥80J，-60℃Akv≥54J。

本發明利用C、Mn、Mo等元素對熔池凝固后形成的焊縫金屬奧氏體點A_C1的影響，降低鐵素體的開始轉變溫度，確保形成鐵素體組織達到所需的強度。同時再利用Ni元素的兩方面作用（細化奧氏體晶粒與阻止先共析鐵素體形成）來達到焊縫金屬在焊態下具有合適的強度及優良的低溫韌性。其中C、Mn、Mo保證所形成的組織在經SR（焊后消應力狀態）后，利用其固溶強化作用，使焊縫金屬的強度下降幅度控制在15MPa-50MPa范圍內，同時使焊縫金屬的低溫韌性在SR后仍不發生明顯變化。本發明的特點是較高的Ni元素匹配較低的Mo元素，二者匹配的結果，是保證焊縫金屬在焊態和SR態下，均具有較優的低溫韌性。

本發明的氣體保護焊絲及盤條的化學成分為（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，余量為Fe及不可避免的雜質元素。

下面就本發明對成分的選擇原因和作用機理進行如下陳述：

本發明的氣保焊絲要保證焊態與焊后SR態兩種條件下，焊絲熔敷金屬均具有優異的綜合力學性能，為此，在合金系統設計中，一是要盡可能采用與母材SA738B一致的主合金系統，以求得焊接接頭與母材盡可能的同質化。同時采用潔凈鋼冶煉技術，鋼水的純凈化是熔敷金屬獲得高韌性前提。

C：對提高強度有很大貢獻，是最廉價的合金強化元素。但碳含量太高，會增加焊絲的冷裂傾向。本發明C的選擇的范圍是0.03～0.12%。

Si：為脫氧元素，會通過固溶強化提高強度，但含量太高，會降低熔敷金屬的沖擊韌性。本發明Si的合理的范圍是0.10～0.70%。

Mn：為脫氧元素，是提高鋼的淬透性的有效元素，也是強化焊縫金屬強度的主要元素，但含量太高時，在提高焊縫金屬強度的同時，也會使塑韌性變差。本發明Mn的合理的范圍是1.0～1.80%。

Ni：可促進奧氏體向針狀鐵素體轉變,同時降低奧氏體向鐵素體的相變溫度,抑制共析鐵素體的形成；隨著焊縫金屬中Ni含量的提高,焊縫金屬的低溫韌性y良好，且趨于穩定；但由于Ni是一種比較昂貴的合金元素，為降低鋼的合金成本，本發明Ni的合理的范圍是0.8～1.5%。

Mo：可有效增加鋼的淬透性和淬硬性，使鋼淬火后得到均勻細小的馬氏體、板條貝氏體組織，可顯著提高鋼的強度和韌性。同時為保證與母材SA738B盡可能的同質化，避免焊縫與母材過大的成分差異，而引起的其它技術隱患，焊絲中含有一定量的Mo含量。本發明Mo的合理的范圍是0.05～0.2%。

Ti：主要起到脫氧、脫氮作用；Ti在熔池內與O₂結合生成TiO,在固態相變時為AF提供形核基礎；同時作為強碳氮化合物形成元素，它們的細小析出相可細化組織，提高焊縫金屬的強韌性與塑性；一定量的Ti可以明顯改善焊絲的焊接工藝性，減小飛濺；但較多的Ti會大幅提高焊縫金屬的強度，并降低其延伸率，所以其含量限定在0.03-0.2%。

Cu：在焊絲生產過程中，存在一個鍍銅工藝，不可避免會使焊絲中含有一定量的銅。焊絲表面鍍銅的主要目的是增加焊絲的導電性與提高焊絲的防腐能力。另外，在焊絲冶煉過程中，在一定程度上也存在一定量的銅。但焊絲中銅含量過高，會影響焊絲熔敷金屬的韌性。本發明Cu的含量控制在限定≤0.3%。