CN108857141A - 一种620MPa级可消应力处理的气保焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种620MPa级可消应力处理的气保焊丝。钢中按质量百分比计含有C：0.04％～0.07％；Si：0.2％～0.5％；Mn：1.0％～1.5％；Ni：1.5％～2.1％；Mo：0.16％～0.30％；Ti：0.02％～0.06％；B：0.0005％～0.0020％；S：0.0030％～0.0150％；P≤0.018％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足‑65≤a≤‑20，其中，a＝‑203C‑15.2Ni+44.7Si+31.5Mo‑30Mn+700P+400Ti。生产焊丝的熔敷金属抗拉强度≥620MPa，焊态和消应力态(600℃×10h)的熔敷金属‑45℃冲击韧性≥70J，焊丝熔敷金属的强韧匹配良好，适用于需要进行长时间焊后消应力处理的高品质用钢及关键部件的焊接。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料领域，尤其涉及一种具有优良焊接工艺性的620MPa级可消应力的气保焊丝。
背景技术
我国的核电发展要从1958年筹建石墨气冷堆开始计算，经过了36年，我国的第一座核电站———秦山核电站才开始投产发电。1994年以来，秦山一期与大亚湾核电分别引进了两台90万kW的压水堆机组，在之后又陆续建造了秦山二期、秦山三期、岭澳一期、岭澳二期、田湾核电站、宁德核电站等核电站，这表明我国已能自主建设百万千瓦级的核电机组。我国目前商业运行机组21台，装机容量22.3MW，我国核电总发电量仅占总电量的2.7％，远远低于世界17％的平均水平。当今世界上不仅仅只有法国、德国、美国、日本等发达国家大力发展核电，巴西、印度、阿根廷等发展中国家也将核电作为能源战略的选择。我国核电虽然与世界差距较大，但发展空间巨大，发展前景一片光明。通过多年的发展我国完全可以自主建设二代及二代加核电站，并已经初步掌握三代技术。随着我国核电建设的发展，对于核电建设用焊接材料的需求也会越来越多，核电钢安全壳作为核电站最后一道安全屏障，对高性能焊接材料有大量的需求，尤其是对可消应力处理的高性能焊丝有迫切的要求，常见的焊材长时间的消应力处理(600℃×10h)后强度和韧性都有不同程度的下降，而核电安全壳焊接时要求消应力处理后的焊缝抗拉强度不低于620MPa，焊缝的-45℃冲击功平均值不低于54J，单个试样的冲击功不低于47J。目前国内主要是采用焊条的方式进行焊接，效率比较慢，而气保焊丝的开发可明显提高焊接效率。目前应用于核电钢安全壳的气保焊丝种类还比较少，国内一些焊材厂都进行过一些试验，但效果不是很理想，主要的问题是经过600℃×10h的焊后热处理之后的-45℃焊缝冲击功较低，且波动较大，难于满足实际工程要求。
专利CN107009047A公开了一种高强钢气体保护电弧焊用实心焊丝、CN104741822A公开了一种气保焊丝、CN101628366公开了一种高等级石油管线钢用气保焊焊丝及其制备方法、CN101116930公开了高强韧气保焊丝材料、CN101112737公开了一种高强CO2气体保护焊丝，虽然焊态的熔敷金属性能也比较优异，但未有消应力处理600℃×10h后的性能数据；
专利CN102689104A公开了一种用于核电安全壳的气体保护焊丝及盘条、CN102649203A公开了一种低成本的用于核电安全壳的气体保护焊丝及盘条、CN102528318A公开了一种核电用气保焊丝，所采用的技术方案冲击韧性稍差，冲击功余量较小。
针对需要进行长时间消应力处理的焊接用气保焊丝进行了文献检索。张熹、刘宏、郭占山等人在《焊接技术》2016.Vol.45(10)发表的“核电安全壳用钢SA738焊接接头性能保障技术研究”中主要涉及的是埋弧焊和焊条电弧焊的方式，对气保焊丝未提及；
张效宁、景益、余燕等人在《热加工工艺》2014.Vol.43(1)发表的“核电用SA738Gr.B钢手工电弧焊焊接材料及工艺研究”中主要涉及的是一种手工电弧焊的焊材；刘非在《焊接》2017.No.9发表的“GMAW-P自动焊工艺在核电站钢制安全壳中的应用”中并未对相应的气保焊丝成分和性能有所提及。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良焊接工艺性的620MPa级的气保焊丝。该焊丝适用于需要进行长时间焊后消应力处理的高品质用钢及关键部件的焊接，比如核电钢安全壳等。
具体的技术方案是：
一种620MPa级可消应力高强气保焊丝，其所含化学成分按质量百分比为：C：0.04％～0.07％；Si：0.2％～0.5％；Mn：1.0％～1.5％；Ni：1.5％～2.1％；Mo：0.16％～0.30％；Ti：0.02％～0.06％；B：0.0005％～0.0020％；S：0.0030％～0.0150％；P≤0.018％，并且各合金元素的质量百分数要符合：-65≤a≤-20的要求，其中，a＝-203C-15.2Ni+44.7Si+31.5Mo-30Mn+700P+400Ti，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明所述的可消应力处理的高强气保焊丝成分设计原理如下：
C：在焊缝中会间隙固溶于铁素体中；C元素含量对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响，其强化效果很明显，能够明显提高焊缝强度，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成；但它将大大降低冲击韧性及提高韧脆转变温度，从而使焊缝韧性大为降低。因此，本发明将C含量控制在0.04％～0.07％。
Si：有脱氧及强化焊缝基体强度的作用。可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成；但Si含量过高会使塑性和韧性下降。因此本发明将Si含量控制在0.2％～0.5％。
Mn：是焊缝强韧化的有效元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹的铁硫化物的形成；可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成。能提高钢的强度，消弱或消除硫的不良影响。为保证熔敷金属具有合适的淬透性将Mn含量控制在1.0％～1.5％。
Ni：是一种常用的获得优良低温韧性的元素。它可提高淬透性，促进针状铁素体的形成，能提高焊缝的强度和韧性，尤其中低温冲击韧性，降低韧脆转变温度。因此本发明将Ni含量控制在1.5％～2.1％。
Mo：是获得高强度焊缝金属的主要元素；它作为一种高熔点物质，有良好的细化晶粒作用，且在提高强度的同时对塑韧性损伤不大。可明显的提高钢的淬透性，防止回火脆性，但Mo含量太高时对冲击韧性损害较大。因此本发明将Mo含量控制在0.16％～0.30％。
Ti：是一种微合金强化元素；Ti与C、N亲合力较强，易于形成沉淀相而成为形核质点及晶界的钉扎质点达到细化钢的晶粒组织的效果，从而提高焊缝的强度和韧性。Ti还与S有较强亲合力，达到球化非金属夹杂及改善性能不均匀目的。但Ti含量较高时，会导致熔敷金属中析出物过多，影响消应力态的性能。因此本发明将Ti含量控制在0.02％～0.06％。
B：在焊缝中联合加入Ti、B可以抑制先共析铁素体的转变，而扩大针状铁素体转变的温度区间，进而在焊缝中可获得大量的针状铁素体，大大改善焊缝金属的强韧性匹配；当B含量过高时会导致熔敷金属淬透性过高，损害熔敷金属的低温韧性。因此本发明将B的含量控制在0.0005％～0.0020％。
S和P：为有害元素，控制其含量以提高焊缝纯净度和焊接性能。S和P极易偏析；易于在晶粒间形成非金属夹杂及第二相质点。能使钢的可塑性及韧性明显下降，在焊丝中应严格控制S、P的含量，但是通过试验发现焊丝中含有一定量的S时有助于改善焊缝成型，减小飞溅等作用，因此焊丝中将S的含量控制在0.0030％～0.0150％，P的含量控制在0.018％以下。
根据以上各合金元素的作用特点，形成了本发明中的技术方案，在本发明中不仅强调各合金元素应该在所规定的范围区间之内，并且根据公式a＝-203C-15.2Ni+44.7Si+31.5Mo-30Mn+700P+400Ti计算的结果应使a满足-65≤a≤-20，只有当-65≤a≤-20时，获得的焊缝的金相组织中针状铁素体比例能达到80％以上，极大程度上保证了焊缝的焊态性能和焊后消应力态的性能，当a的值超出上述范围时，焊缝中往往有较多的初生铁素体或者是较多的M-A组元等，焊缝的焊态性能和焊后消应力态的性能均有大幅下降。
有益效果：
本发明同现有技术相比，有益效果如下：
本发明中的技术方案主要采用Ti和B的微合金化技术，并通过调整其他元素成分并保证-65≤a≤-20，最终获得一种熔敷金属具有优良焊态性能和焊后消应力处理性能的气保焊丝，熔敷金属在经过600℃×10h的消应力处理以后抗拉强度不低于620MPa，-45℃的冲击功仍能达到65J以上。
具体实施方式
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
表1为各实施例的具体化学成分；表2为各实施例的熔敷金属焊态和焊后消应力(600℃×10h)态的力学性能；熔敷金属焊接试验保护气为80％Ar+20％CO2。
表1各实施例的成分 wt％
注：a＝-203C-15.2Ni+44.7Si+31.5Mo-30Mn+700P+400Ti
表2各实施例的熔敷金属性能
从以上实施例可知，按本发明中的技术方案可使得焊丝熔敷金属的屈服强度不低于530MPa，抗拉强度不低于620MPa，焊态和消应力态(600℃×10h)的熔敷金属-45℃冲击韧性不低于70J，焊丝熔敷金属的强韧匹配良好，适用于需要进行长时间焊后消应力处理的高品质用钢及关键部件的焊接。
Claims (2)
1.一种620MPa级可消应力处理的气保焊丝，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.04％～0.07％；Si：0.2％～0.5％；Mn：1.0％～1.5％；Ni：1.5％～2.1％；Mo：0.16％～0.30％；Ti：0.02％～0.06％；B：0.0005％～0.0020％；S：0.0030％～0.0150％；P≤0.018％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种620MPa级可消应力高强气保焊丝，其特征在于，所含化学成分的质量百分数符合-65≤a≤-20的要求，其中，a＝-203C-15.2Ni+44.7Si+31.5Mo-30Mn+700P+400Ti。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181123 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |