CN105537798A

CN105537798A - Cap1400主设备核级双相不锈钢焊条

Info

Publication number: CN105537798A
Application number: CN201510939796.1A
Authority: CN
Inventors: 王卫华; 陈元建
Original assignee: SHANGHAI ATLANTIC WELDING CONSUMABLES CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI ATLANTIC WELDING CONSUMABLES CO Ltd
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2035-12-15
Also published as: CN105537798B

Abstract

本发明公开了一种用于焊接核电站CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条，包括低碳低硫磷焊芯和低氢钠系药皮，低碳低硫磷焊芯中各组分的重量百分比为：C：0～0.015％、Mn：1.20～2.00％、Si：0～0.10％、Cr：22.5～23.5％、Ni：8.50～9.50％、Co：0～0.015％、S：0～0.010％、P：0～0.015％，余量为Fe及杂质；低氢钠系药皮中各组分的重量百分比为：钠冰晶石粉10～20％、大理石粉10～25％、萤石粉35～55％、钛铁粉0～1％、海藻酸盐0.5～1.5％、钛白粉1.0～3.0％、纯碱0.3～0.8％、电解锰0～2％、金红石8～20％、硅铁3～7％、钼铁0.5～1％以及钠水玻璃粘结剂；本发明电弧稳定、焊缝成型美观、操作容易、脱渣及全位置焊接效果好；熔敷金属具有良好的拉伸性能和低温冲击性能。

Description

CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体是一种符合GB/T983-2012中对E2209-15以及AWSA5.4-2006对E2209-15要求的专用于焊接核电站CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条。

背景技术

按国家核电发展规划，到2020年我国将需要建造30台左右百万千瓦核电机组，即便如此，我国的核能发电占比也仅有8％，远低于发达国家水平，而目前国内核电关键设备制造及安装中用到的焊接材料以进口为主，主要有伯乐、曼彻特、伊萨、林肯等；国内焊接材料生产商普遍在核电焊接材料研发起步晚，技术储备不足，因此高质量的核电焊接材料种类严重匮乏，适用于CAP1400非能动压水堆核电反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、堆芯补水箱等核设备中特种核级双相不锈钢焊材主要依赖进口；目前，国内外双相不锈钢电焊条按照药皮类型大致分为大理石萤石型、钛钙型和钛酸型，其中，大理石萤石型药皮焊条力学性能优异，但工艺性能较差，飞溅大，电弧不稳定；钛酸型药皮焊条焊接工艺优异，飞溅小，电弧稳定，但是气孔敏感性高；钛钙型虽然工艺性能较好，但力学性能特别是韧性不高，且全位置焊接性能较差；公开号为CN101323058，专利名为：一种酸性药皮超级双相不锈钢焊条的中国专利以及公开号为CN101817123A，专利名为：一种双相不锈钢电焊条的中国专利所公开的药皮组成中Ti0₂(金红石，钛白粉)和硅酸盐(钾长石，云母)占据主体，药皮类型为钛酸型；公开号为CN101367161，专利名为：一种低氢型超级双相不锈钢焊条的中国专利所公开的药皮组成中碱性化合物(大理石，萤石)占据主体，药皮类型为大理石萤石碱性药皮；公开号为CN102019518A，专利名为：一种双相不锈钢电焊条的中国专利公开的药皮组成中碱性氧化物(氧化钙，氟化钙)占据主体，也为大理石萤石型药皮；由上所述，需要对国内的不锈钢焊条制备工艺和技术进行改进，以改变目前CAP1400非能动压水堆核电反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、堆芯补水箱等核设备中特种核级双相不锈钢焊材依赖进口的尴尬局面。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术存在的缺陷，提供一种焊接核电站CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条，既有效提高焊缝熔敷金属力学性能，满足CAP1400主设备核级双相钢焊材的技术要求，同时又具有良好的工艺性能，实现焊接时电弧稳定、熔渣覆盖均匀、飞溅小、脱渣性优良，焊缝光亮、成型美观以及全方位操作性能好等目的。

双相不锈钢约含50％的铁素体，因此强度高，但低温韧性较差；采用普通钛钙型或钛酸型渣系药皮的焊条往往力学性能，特别是韧性较差；而碱性渣系药皮配方试制的焊条往往出现电弧稳定性不好，渣壳坚硬，脱渣难，残渣清理不干净；焊缝成型不平整、表面光亮度不好等缺点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

为保证焊缝良好的力学性能和工艺性能，本发明采用低氢钠系药皮，对药皮中各组分的比例进行合理化调整。

本发明采用低碳低硫磷焊芯，焊芯的各化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C(碳)0～0.015％、Mn(锰)1.20～2.00％、Si(硅)0～0.10％、Cr(铬)22.5～23.5％、Ni(镍)8.50～9.50％、Co(钴)0～0.015％、S(硫)0～0.010％、P(磷)0～0.015％、余量为Fe(铁)及杂质；药皮中各组分的重量百分比分别为：钠冰晶石粉10～20％、大理石粉10～25％、萤石粉35～55％、钛铁粉0～1％、海藻酸盐0.5～1.5％、钛白粉1.0～3％、纯碱0.3～0.8％、电解锰0～2％、金红石8～20％、硅铁3～7％、钼铁0.5～1％及粘结剂；各成分的总量为100％。

所述药皮的制备方法为：将药皮中各组份按比例混合均匀，加入占总重量22～28％的钠水玻璃粘结剂，波美浓度为41Be'～43Be'，搅拌混合均匀；混合物送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上，经低温烘焙和高温烘焙制得成品不锈钢焊条。

作为本发明进一步的方案：本发明不锈钢焊条中药皮的重量为焊芯重量的30～45％。

作为本发明再进一步的方案：本发明中金红石粉中TiO₂≥91％；大理石粉中CaCO₃≥96％；钛铁粉中Ti含量为25～35％；TiO₂≤46％；钠冰晶石粉中Na≥95％；钛白粉中TiO₂≥99％；纯碱中Na₂CO₃≥98.5％；所述钠水玻璃粘结剂的波美浓度为41Be'～43Be'。

作为本发明再进一步的方案：所述低温烘焙的温度为80～120℃，高温烘焙的温度为300～350℃。

本发明公开的CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条，焊接后熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为：C≤0.04％；Mn0.5～2.0％；Si≤0.9％；S≤0.03％；P≤0.04％；Ni8.5～10.5％；Cr21.5～23.5％；Cu≤0.75％；Mo2.5-3.5％；N0.08-0.20％；Co≤0.05％及杂质。

本发明药皮原料中各成分的主要作用如下：

1.金红石：金红石的主要作用是稳定电弧、造渣；调整熔渣的表面张力、粘度、流动性等物理性能，改善并提高脱渣性能，改善焊缝成型、减少飞溅；但是太多的金红石易恶化熔敷金属机械性能及抗裂性，因此金红石在药皮中的含量不多，仅为8～20％。

2.钠冰晶石：钠冰晶石的主要作用是造渣、调整熔渣表面张力、粘度、流动性、改善并提高脱渣性能；但加入量太多易导致飞溅增多、电弧稳定性变差，因此加入量控制在10～20％。

3.大理石：大理石主要作用是造渣、造气、稳定电弧，提高熔渣碱度、改善并提高脱渣性能，并有较好的脱硫能力和间接脱磷效果，分解CO₂保护焊缝不被氧化、氮化，减少焊缝金属中的氢含量；大理石在药皮中的含量为10～25％。

4.钛铁粉：钛铁粉的主要作用是脱氧剂，其脱氧效果要强于硅铁，两者配合保证焊接过程的氧化还原反应充分进行，钛铁粉在本发明中的最适含量为0～1％。

5.钛白粉：钛白粉主要作用是作为增塑剂，改善焊条的涂压性，保证焊条的外观质量，因涂压需要和成本较高，不宜太多，钛白粉用量在1.5～3.0％。

6.萤石：适量的萤石粉可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，使得焊缝成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量，萤石粉在本发明中的最适含量为35～55％。

7.纯碱：纯碱作为润滑剂，在焊条中加入纯碱可以增加焊条的压涂性，同时也有稳弧作用；纯碱在药皮中的含量为0.3～0.8％，加入量过多则导致药皮容易吸潮。

8.电解锰：电解锰的加入主要是向焊缝中过度锰元素，提高焊缝金属的强度和塑性，同时可以起到脱氧脱硫、加快焊接反应速度的作用；电解锰在药皮中的含量为0～2％。

9.硅铁：硅铁的加入主要起到脱氧的作用，其脱氧产物也参与造渣。

10.海藻酸盐：海藻酸盐的主要作用是作为粘结剂和造气剂，起到改善焊条涂压性能的作用，过多容易使药皮强度降低，因此控制在0.5～1.5％.

本发明通过上述成分有机组配成药皮并与低碳低硫磷专用焊芯配合从而实现本发明的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)较为合理的配方比例，具有良好的焊接工艺性能：电弧稳定性好，熔渣渣壳覆盖均匀；脱渣好、焊缝成型美观，全位置焊接性能好，并具有良好强度和韧性组合的力学性能；

(2)本发明的不锈钢焊条采用低碳低硫磷专用焊芯，以及杂质含量更少的药皮粉料，使得本发明不锈钢焊条焊后熔敷金属的化学成分稳定、性能优越且稳定、质量易控制、完全符合GB/T983-2012国家标准和美国标准AWSA5.4-2006，更能满足核电站CAP1400主设备的核级双相不锈钢技术要求。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下实施例中选择直径为Φ3.2mm的低碳低硫磷焊芯，其具体化学成分见

表1所示：表1本发明中各实施例焊芯的具体化学成分对比(重量％)

组别	C	Mn	Si	S	P	Ni	Cr	Mo	N	Co
											1	0.009	1.70	0.10	0.007	0.010	9.5	23.2	3.1	0.13	0.02
2	0.012	1.65	0.12	0.005	0.012	9.2	22.9	3.0	0.14	0.02
											3	0.013	1.75	0.09	0.009	0.013	9.3	22.9	2.9	0.13	0.02

以下实施例中的低氢钠系药皮，其具体化学成分见表2所示：

表2本发明中各实施例药皮的具体化学成分对比(重量％)

表1与表2中各组别的焊芯与药皮各自对应制备成实施例1、实施例2及实施例3的不锈钢焊条，不锈钢焊条的制备在常规的油压型焊条压涂机上压制成型；不锈钢焊条经150℃低温烘干和350℃高温烘干后进行焊接试验，实施例1-3制备的不锈钢焊条的熔敷金属的化学成分如表3所示。

表3为本发明实施例中不锈钢焊条的熔敷金属化学成分(重量％)

	C	Mn	Si	S	P	Ni	Cr	Cu	Mo	N	Co
												实施例1	0.023	1.50	0.52	0.012	0.020	9.0	22.8	0.02	3.2	0.14	0.02
实施例2	0.026	1.60	0.65	0.014	0.022	8.9	22.7	0.02	3.1	0.145	0.02
												实施例3	0.026	1.55	0.60	0.013	0.020	9.0	22.65	0.02	3.2	0.14	0.02

本发明中，实施例1-3制备的不锈钢焊条熔敷金属的力学性能及晶间腐蚀性能如表4及表5所示。

表4为本发明实施例中不锈钢焊条熔敷金属的力学性能

表5为本发明实施例中不锈钢焊条熔敷金属的晶间腐蚀性能

组别	按ISO3651-2进行晶间点腐蚀试验
		实施例1	合格
实施例2	合格
		实施例3	合格

由以上各个实施例的试验结果表明，本发明的CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条焊后熔敷金属的化学成分稳定、性能优越且稳定、质量易控制；完全符合GB/T983-2012国家标准和美国标准AWSA5.4-2006，且完全能满足核电站CAP1400主设备的核级双相不锈钢技术要求。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条，包括低碳低硫磷焊芯和低氢钠系药皮，其特征在于：所述低碳低硫磷焊芯，由以下重量百分比的组分制备而成：

C：0～0.015％Mn：1.20～2.00％Si：0～0.10％

Cr：22.5～23.5％Ni：8.50～9.50％Co：0～0.015％

S：0～0.010％P：0～0.015％

余量为Fe及杂质；

所述低氢钠系药皮，由以下重量百分比的组分制备而成：

2.根据权利要求1所述的CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条，其特征在于，所述低氢钠系药皮的重量为低碳低硫磷焊芯重量的30～45％。

3.根据权利要求1所述的CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条，其特征在于，所述低氢钠系药皮中，金红石粉中TiO₂≥91％；大理石粉中CaCO₃≥96％；钛铁粉中Ti含量为25～35％；TiO₂≤46％；钠冰晶石粉中Na≥95％；钛白粉中TiO₂≥99％；纯碱中Na₂CO₃≥98.5％；所述钠水玻璃粘结剂的波美浓度为41Be'～43Be'。

4.根据权利要求1-3任一所述的CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)低碳低硫磷焊芯的制备：按常规方法配料、混合、挤压成型备用；

2)低氢钠系药皮的制备：按配方将各组分按比例混合均匀，加入钠水玻璃粘结剂，波美浓度为41Be'～43Be'，搅拌混合均匀备用；

3)将步骤2中制备的混合物送入压条机内按常规方法将其裹覆于步骤1中制备的低碳低硫磷焊芯上，经低温烘焙和高温烘焙制得成品不锈钢焊条。

5.根据权利要求4所述的CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，所述低温烘焙的温度为80～120℃，高温烘焙的温度为300～350℃。

6.根据权利要求1-3所述的CAP1400主设备核级双相不锈钢焊条，其特征在于，焊接后熔敷金属化学成分的重量百分比含量为：C：0～0.04％；Mn：0.5～2.0％；Si：0～0.9％；S：0～0.03％；P：0～0.04％；Ni～8.5～10.5％；Cr：21.5～23.5％；Cu：0～0.75％；Mo：2.5-3.5％；N：0.08-0.20％；Co：0～0.05％及杂质。