CN108015450A - 一种用于反应堆支撑结构钢用气保焊丝 - Google Patents
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Abstract
一种用于反应堆支撑结构钢用气保焊丝，属于结构钢焊接技术领域。其化学成分按质量百分比为：C 0.01～0.08，Si+Mn 1.5～2.5，Ni 0.5～2.0，Mo 0.1～0.8，Cr≤0.10，Al 0.005～0.03，Ti 0.01～0.1，V≤0.02，P≤0.015，S≤0.01，Cu≤0.035，余量为Fe和杂质。优点在于，该焊丝焊缝金属焊态、热处理态及辐照试验后低温韧性优良。焊缝金属焊态‑30℃冲击吸收功KV275‑202J；焊缝金属经消除应力热处理后‑30℃冲击吸收功KV267‑188J；辐照试验后，焊缝金属‑30℃冲击吸收功KV260‑167J。本焊丝可用于反应堆支撑结构用厚钢板的焊接，以及强度级别在460MPa以上的低合金高强钢的焊接。
Description
技术领域
本发明属于结构钢焊接技术领域，尤其涉及一种用于反应堆支撑结构钢用气保焊丝。
背景技术
随着核电事业的不断发展，对反应堆支撑结构材料提出了更高载荷的要求，现有支承材料强度级别最高的是屈服强度为390MPa钢，其在板材厚度、焊接接头强度、韧性储备和高温力学性能方面都不能满足高承载要求。必须使强度级别达到屈服强度460MPa，抗拉强度大于600MPa。目前国内已经开展了屈服强度460MPa钢板的研制，但仍缺乏匹配的焊接材料。因此，迫切需要尽快开展屈服强度460MPa反应堆支承结构用钢板配套焊接材料的研制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于反应堆支撑结构钢用气保焊丝，焊缝金属在焊态和热处理态均具有良好的低温韧性，且辐照试验后力学性能优良。
反应堆支撑结构缝金属性能的要求较高，其焊缝金属既要满足焊态和焊后消除应力热处理状态下同时满足各项技术指标的要求，又要求具有良好的抗辐照性能。焊缝金属性能主要依靠合金化来实现，但考虑辐照性能的要求，许多常用的强化元素、韧化元素含量被严格限制，因此焊丝成分设计必须考虑诸多方面的苛刻条件。
本发明的气保焊丝，其化学成分按质量百分比为：C 0.01～0.08，Si+Mn 1.5～2.5，Ni 0.5～2.0，Mo 0.1～0.8，Cr≤0.10，Al 0.005～0.03，Ti 0.01～0.1，V≤0.02，P≤0.015，S≤0.01，Cu≤0.035，余量为Fe和不可避免的杂质。
用本发明焊丝进行气保焊焊接，焊接热输入12～20kJ/cm，保护气体为Ar+5％CO2，层温100～150℃。焊后进行580±10℃×29h消应处理。快中子注量辐照试验温度45～55℃；焊缝金属力学性能优良。焊缝金属在焊态和经消除应力热处理后低温韧性优良，且辐照试验后力学性能优良。
本发明的埋弧焊丝，适用于强度级别为460MPa以上低合金高强钢的埋弧焊接，特别适用于460MPa级反应堆支承结构钢的焊接。
本发明含四个元素的作用如下：
为了保证焊丝的强度，必须加入一定量的碳，但碳含量较高将会对韧性和耐腐蚀性能产生不利影响，故本焊丝碳含量范围选择0.01～0.08％。
采用Ni提高焊缝的低温冲击韧性，降低韧脆转变温度。Ni是辐照脆化敏感性元素，当Ni含量大于1.2％时，辐照敏感性将明显增加，因此Ni含量应在确保低温韧性的前提下尽可能少，本发明Ni含量为0.5～1.2％。
加入Mo稳定焊缝的高温拉伸强度，减轻去应力热处理对强度和韧性的损失。本发明Mo含量0.1～0.8％。
尽量降低P、S、Cu等对辐照脆化敏感的元素含量。本发明本发明P、S、Cu含量选择分别为不大于0.015％、不大于0.01％和不大于0.035％。
采用Mn-Si复合脱氧，Mn-Si在合适的范围内可以满足焊接抗气孔性能，并且获得焊缝强韧性的最佳匹配。本发明Mn+Si总量为1.5～2.5％。
Al是强氧化物形成元素，具有很强的脱氧和细化晶粒的作用，因此在焊接过程中Al能够减少其他合金元素的烧损。有关研究表明焊缝中加入适量的铝含量会使针状铁素体含量增加，从而改善焊缝韧性。本发明Al含量选择0.005～0.03％。
Ti为有效脱氧的元素，同时Ti可以促进针状铁素体的形成，进而提高焊缝金属的韧性。但是Ti含量过高会降低焊缝的低温韧性。因此，本发明Ti含量为0.01～0.1。
通过合金元素的合理搭配，使焊缝获得细小针状铁素体组织，满足对焊缝的综合性能要求。本焊丝焊缝金属焊态、热处理态及辐照试验后低温韧性优良。焊缝金属焊态-30℃冲击吸收功KV275-202J；焊缝金属经消除应力热处理后-30℃冲击吸收功KV267-188J；辐照试验后，焊缝金属-30℃冲击吸收功KV260-167J。本焊丝可用于反应堆支撑结构用厚钢板的焊接，以及强度级别在460MPa以上的低合金高强钢的焊接。
本发明的有益效果在于：
1)本发明焊丝适用460MPa级反应堆支撑结构用厚钢板的焊接，焊缝金属在焊态和经消除应力热处理后低温韧性优良，且具有良好的抗辐照性能。本发明焊丝同样适用于强度级别在460MPa以上的低合金高强钢气保焊焊接。
2)本发明焊丝具有优良的焊接工艺性能。
具体实施方式：
下面结合实施例。对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明的反应堆支承结构用埋弧焊丝，其化学成分按质量百分比为：C 0.01～0.08，Si+Mn 1.5～2.5，Ni 0.5～2.0，Mo 0.1～0.8，Cr≤0.10，Al 0.005～0.03，Ti 0.01～0.1，V≤0.02，P≤0.015，S≤0.01，Cu≤0.035，余量为Fe和杂质。
根据表1的焊丝的化学成分进行控制冶炼，对冶炼好的钢锭轧制成盘条，再进行热处理、拉拔，最终获得Ф1.2mm的焊丝(实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5)。
表1埋弧焊焊丝化学成分(质量百分数)余量Fe
采用上述5种焊丝(实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5)进行了气保焊焊接，焊接热输入12～20kJ/cm，保护气体为Ar+5％CO2，层温100～150℃。焊后进行580±10℃×29h消应处理。快中子注量辐照试验温度45～55℃
焊缝金属力学性能结果见表2。
表2采用本发明实施例1～5气保焊焊丝的焊缝金属力学性能
Claims (2)
1.一种用于反应堆支撑结构钢用气保焊丝，其特征在于，化学成分按质量百分比为C0.01～0.08，Si+Mn 1.5～2.5，Ni 0.5～2.0，Mo 0.1～0.8，Cr≤0.10，Al 0.005～0.03，Ti0.01～0.1，V≤0.02，P≤0.015，S≤0.01，Cu≤0.035，余量为Fe和不可避免的杂质；
适用于屈服强度为460MPa级反应堆支撑结构用厚钢板的焊接；焊缝金属焊态-30℃冲击吸收功KV275-202J；焊缝金属经消除应力热处理后-30℃冲击吸收功KV267-188J；辐照试验后，焊缝金属-30℃冲击吸收功KV260-167J。
2.根据权利要求1所述的焊丝，其特征在于：该焊丝进行气保焊焊接，焊接热输入12～20kJ/cm，保护气体为Ar+5％CO2，层温100～150℃；焊后进行580±10℃×29h消应处理，快中子注量辐照试验温度45～55℃；焊缝金属力学性能优良。
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