CN110369908A - 低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条 - Google Patents
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Abstract
低温冲击韧性优良的SA‑508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,它涉及焊接材料技术领域。它解决了SA‑508Gr.4N钢用低氢型焊条存在低温冲击韧性差以及不适合全位置焊接的问题。焊条:它包括焊芯和药皮;焊芯组成为C、Si、Mn、S、P和余量的Fe;药皮包括粉料和粘结剂;粉料组成为大理石,萤石,碳酸锶,钛白粉,石英,钇基硅铁,钛铁,电解锰,中碳锰铁,镍粉,纯碱和海藻酸钾。本发明的焊条具有优良的全位置焊接工艺性能,特别是立焊和仰焊时,电弧稳定、飞溅小、套筒适中,药皮熔化均匀,焊道成型美观,焊工可操作性好,具有理想的力学性能。本发明的焊条适用于SA‑508Gr.4N钢的全位置焊接。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域。
背景技术
随着反应堆压力容器向大型化和一体化方向发展,第三代SA-508Gr.3钢难以保证特厚截面上的组织均匀性和性能稳定性,鉴于此,具有更高的淬透性、强度及塑韧性的新一代材料SA-508Gr.4N钢已受到工程上的广泛关注。
SA-508Gr.4N钢的成分通过在SA-508Gr.3钢的基础上提高Ni、Cr含量,降低C、Mn含量,达到更佳的机械特性。Mn含量的降低可以减少材料的偏析,降低回火脆性敏感性;Ni、Cr含量的提高可以增加材料的淬透性,同时Ni含量的提高还可以有效地提高强度和低温韧性。工程应用对SA-508Gr.4N钢的力学性能有一定的要求,抗拉强度725~895MPa,断后伸长率≥16%,-30℃冲击吸收能量平均值≥48J。
反应堆压力容器焊接工艺主要采用窄间隙埋弧焊和焊条电弧焊。在设计与SA-508Gr.4N钢配套用焊条时,一方面通过添加多种碳酸盐,控制碳酸盐与氟化物的比值,改善焊条的全位置工艺性。另一方面,熔敷金属化学成分尽量与母材接近,以保证与母材强度等级相匹配;通过添加重稀土元素改善第二相质点的尺寸及分布,提高焊缝金属的低温冲击韧性,同时改变熔池液态金属的表面性质,降低焊缝金属的扩散氢含量,降低焊接接头冷裂纹敏感性。
申请号为201810555476.X的专利《核电AG728钢焊条及制备方法》中公开了一种核电AG728钢配套焊条,其适合立向上焊,595~620℃×12h30min热处理后焊条熔敷金属力学性能优良,室温抗拉强度≥655MPa、-30℃冲击≥54J。专利号ZL201310528893.2的专利《一种核电碳钢焊接用碳钢焊条及制备方法》中公开了一种用于第三代核电技术焊接用碳钢焊条及制备方法,全位置操作性能好,595~625℃×1h、16h、40h热处理后焊条熔敷金属力学性能优良,室温抗拉强度为510~630MPa、-30℃冲击≥40J。申请号为201010121440.4的专利《与AP1000型压水堆安全壳用钢板配套的核电专用电焊条》中公开了一种与AP1000型压水堆安全壳用SA-738Grade B钢板配套的核电专用电焊条,该焊条可以进行全位置焊接。目前尚没有低温冲击韧性优良,适合全位置焊接的SA-508Gr.4N钢配套焊条的公开报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前SA-508Gr.4N钢用低氢型焊条存在低温冲击韧性差以及不适合全位置焊接的问题,而提供低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条。
低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,它包括焊芯和药皮;所述焊芯按照重量百分比组成为C≤0.04%、Si≤0.015%、Mn≤0.50%、S≤0.004%、P≤0.008%和余量的Fe;所述药皮包括粉料和粘结剂;所述粉料按照重量百分比组成为30%~42%的大理石,20%~30%的萤石,4%~10%的碳酸锶,3%~8%的钛白粉,2%~7%的石英,1%~3%的钇基硅铁,4%~8%的钛铁,3%~7%的电解锰,3%~6%的中碳锰铁,3%~10%的镍粉,0.5%~1%的纯碱和0.5%~1%的海藻酸钾;
所述粘结剂用量为粉料重量的25%;
所述粘结剂为钾钠水玻璃。
本发明的优点如下:
本发明中低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条具有优良的全位置焊接工艺性能,特别是立焊和仰焊时,电弧稳定、飞溅小、套筒适中,药皮熔化均匀,焊道成型美观,焊工可操作性好,适合SA-508Gr.4N钢的焊接。
本发明的焊条具有理想的力学性能,其中抗拉强度≥750MPa,与SA-508Gr.4N钢母材强度匹配;特别是-30℃冲击吸收能量平均值≥90J。
本发明的焊条为低氢型焊条,熔敷金属扩散氢含量3~5ml/100g。
本发明适用于SA-508Gr.4N钢的全位置焊接。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,它包括焊芯和药皮;所述焊芯按照重量百分比组成为C≤0.04%、Si≤0.015%、Mn≤0.50%、S≤0.004%、P≤0.008%和余量的Fe;所述药皮包括粉料和粘结剂;所述粉料按照重量百分比组成为30%~42%的大理石,20%~30%的萤石,4%~10%的碳酸锶,3%~8%的钛白粉,2%~7%的石英,1%~3%的钇基硅铁,4%~8%的钛铁,3%~7%的电解锰,3%~6%的中碳锰铁,3%~10%的镍粉,0.5%~1%的纯碱和0.5%~1%的海藻酸钾。
本实施方式粉料中各组分的重量百分比之和为100%。
本实施方式中低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条的制备:
1、按具体实施方式一中所述比例制备焊芯;
2、将药皮的粉料按具体实施方式一中所述比例配好,经过40目的筛子过筛后,混合均匀,然后加入钾钠水玻璃,湿混均匀,再压涂在焊芯上,最后进烘干炉经低温、高温阶段烘干。
本实施方式中在药皮的粉料中添加了大理石、碳酸锶两种碳酸盐,提高熔渣的碱度,增加熔渣表面张力。其中大理石的加入量为30%~42%,含量过高会导致脱渣困难,并且由于熔点升高,会使焊条药皮熔化不均匀,导致电弧不稳;含量过低,电弧吹力不够,保护不好,电弧不稳。碳酸锶的加入量为4%~10%,适当的加入量可以改善焊接时熔渣特性,提高焊条立焊和仰焊的工艺性;含量过低时熔渣流动性太好,导致立焊和仰焊时熔渣下淌;含量过高时则会导致焊接时电弧不稳。
本实施方式中在药皮的粉料中添加了20%~30%萤石,可以改善熔渣粘度及流动性,增加脱氢;含量过高熔渣太稀,覆盖变坏;含量过低时熔渣粘度太大,导致焊道成型恶化。
本实施方式在药皮的粉料中添加了1%~3%钇基硅铁,稀土钇是一种重稀土,可以改善第二相质点的尺寸及分布,细化晶粒,提高针状铁素体含量,提高焊缝金属的低温冲击韧性,同时稀土钇属于表面活性元素,可以改变熔池液态金属的表面性质,减少熔池液态金属表面对电弧空间氢原子的吸附,降低焊缝金属的扩散氢含量,从而降低焊接接头冷裂纹敏感性。
本实施方式在药皮的粉料中添加了0.5%~1%海藻酸钾,可以增加药皮塑性和光滑性,改善焊条的压涂性,同时海藻酸钾在焊接过程中能立即灰化,可以减少飞溅,增加电弧稳定性。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是,所述粘结剂用量为粉料重量的25%。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是,所述粘结剂为钾钠水玻璃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一不同的是,所述粉料按照重量百分比组成为41%的大理石,22%的萤石,5%的碳酸锶,4%的钛白粉,4%的石英,1.5%的钇基硅铁,5%的钛铁,5.5%的电解锰,4.8%的中碳锰铁,6%的镍粉,0.6%的纯碱和0.6%的海藻酸钾。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一不同的是,所述粉料按照重量百分比组成为36.5%的大理石,25%的萤石,6%的碳酸锶,5%的钛白粉,3%的石英,2%的钇基硅铁,6%的钛铁,6%的电解锰,4%的中碳锰铁,5%的镍粉,0.7%的纯碱和0.8%的海藻酸钾。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一不同的是,所述粉料按照重量百分比组成为32%的大理石,25%的萤石,9%的碳酸锶,5%的钛白粉,4%的石英,3%的钇基硅铁,4%的钛铁,5%的电解锰,3.5%的中碳锰铁,8%的镍粉,1%的纯碱,0.5%的海藻酸钾。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一不同的是,所述粉料按照重量百分比组成为35%的大理石,25%的萤石,6%的碳酸锶,5%的钛白粉,4%的石英,3%的钇基硅铁,5%的钛铁,4%的电解锰,5.5%的中碳锰铁,6%的镍粉,1%的纯碱,0.5%的海藻酸钾。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一不同的是,所述粉料按照重量百分比组成为38%的大理石,28%的萤石,4%的碳酸锶,3%的钛白粉,3%的石英,2%的钇基硅铁,6%的钛铁,3%的电解锰,4.5%的中碳锰铁,7%的镍粉,1%的纯碱,0.5%的海藻酸钾。其它与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例1:
低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,它包括焊芯和药皮;所述焊芯按照重量百分比组成为C≤0.04%、Si≤0.015%、Mn≤0.50%、S≤0.004%、P≤0.008%和余量的Fe;所述药皮包括粉料和粘结剂;所述粉料按照重量百分比组成为32%的大理石,25%的萤石,9%的碳酸锶,5%的钛白粉,4%的石英,3%的钇基硅铁,4%的钛铁,5%的电解锰,3.5%的中碳锰铁,8%的镍粉,1%的纯碱,0.5%的海藻酸钾;
所述粘结剂用量为粉料重量的25%;
所述粘结剂为钾钠水玻璃。
本实施例中低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条的制备:
1、按具体实施方式一中所述比例制备焊芯;
2、将药皮的粉料按具体实施方式一中所述比例配好,经过40目的筛子过筛后,混合均匀,然后加入钾钠水玻璃,湿混均匀,再压涂在焊芯上,最后进烘干炉经低温、高温阶段烘干。
本实施例中焊条的性能测试结果如表1所示;
表1 为焊条熔敷金属615℃×24h热处理态力学性能
水银法测得的熔敷金属扩散氢含量为4ml/100g。
实施例2:
低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,它包括焊芯和药皮;所述焊芯按照重量百分比组成为C≤0.04%、Si≤0.015%、Mn≤0.50%、S≤0.004%、P≤0.008%和余量的Fe;所述药皮包括粉料和粘结剂;所述粉料按照重量百分比组成为35%的大理石,25%的萤石,6%的碳酸锶,5%的钛白粉,4%的石英,3%的钇基硅铁,5%的钛铁,4%的电解锰,5.5%的中碳锰铁,6%的镍粉,1%的纯碱,0.5%的海藻酸钾;
所述粘结剂用量为粉料重量的25%;
所述粘结剂为钾钠水玻璃。
本实施例中低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条的制备:
1、按具体实施方式一中所述比例制备焊芯;
2、将药皮的粉料按具体实施方式一中所述比例配好,经过40目的筛子过筛后,混合均匀,然后加入钾钠水玻璃,湿混均匀,再压涂在焊芯上,最后进烘干炉经低温、高温阶段烘干。
本实施例中焊条的性能测试结果如表2所示;
表2 为焊条熔敷金属615℃×24h热处理态力学性能
水银法测得的熔敷金属扩散氢含量为3.6ml/100g。
实施例3:
低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,它包括焊芯和药皮;所述焊芯按照重量百分比组成为C≤0.04%、Si≤0.015%、Mn≤0.50%、S≤0.004%、P≤0.008%和余量的Fe;所述药皮包括粉料和粘结剂;所述粉料按照重量百分比组成为38%的大理石,28%的萤石,4%的碳酸锶,3%的钛白粉,3%的石英,2%的钇基硅铁,6%的钛铁,3%的电解锰,4.5%的中碳锰铁,7%的镍粉,1%的纯碱,0.5%的海藻酸钾;
所述粘结剂用量为粉料重量的25%;
所述粘结剂为钾钠水玻璃。
本实施例中低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条的制备:
1、按具体实施方式一中所述比例制备焊芯;
2、将药皮的粉料按具体实施方式一中所述比例配好,经过40目的筛子过筛后,混合均匀,然后加入钾钠水玻璃,湿混均匀,再压涂在焊芯上,最后进烘干炉经低温、高温阶段烘干。
本实施例中焊条的性能测试结果如表3所示;
表3 为焊条熔敷金属615℃×24h热处理态力学性能
水银法测得的熔敷金属扩散氢含量为3.2ml/100g。
Claims (8)
1.低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,其特征在于它包括焊芯和药皮;所述焊芯按照重量百分比组成为C≤0.04%、Si≤0.015%、Mn≤0.50%、S≤0.004%、P≤0.008%和余量的Fe;所述药皮包括粉料和粘结剂;所述粉料按照重量百分比组成为30%~42%的大理石,20%~30%的萤石,4%~10%的碳酸锶,3%~8%的钛白粉,2%~7%的石英,1%~3%的钇基硅铁,4%~8%的钛铁,3%~7%的电解锰,3%~6%的中碳锰铁,3%~10%的镍粉,0.5%~1%的纯碱和0.5%~1%的海藻酸钾。
2.根据权利要求1所述的低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,其特征在于所述粘结剂用量为粉料重量的25%。
3.根据权利要求1所述的低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,其特征在于所述粘结剂为钾钠水玻璃。
4.根据权利要求1所述的低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,其特征在于所述粉料按照重量百分比组成为41%的大理石,22%的萤石,5%的碳酸锶,4%的钛白粉,4%的石英,1.5%的钇基硅铁,5%的钛铁,5.5%的电解锰,4.8%的中碳锰铁,6%的镍粉,0.6%的纯碱和0.6%的海藻酸钾。
5.根据权利要求1所述的低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,其特征在于所述粉料按照重量百分比组成为36.5%的大理石,25%的萤石,6%的碳酸锶,5%的钛白粉,3%的石英,2%的钇基硅铁,6%的钛铁,6%的电解锰,4%的中碳锰铁,5%的镍粉,0.7%的纯碱和0.8%的海藻酸钾。
6.根据权利要求1所述的低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,其特征在于所述粉料按照重量百分比组成为32%的大理石,25%的萤石,9%的碳酸锶,5%的钛白粉,4%的石英,3%的钇基硅铁,4%的钛铁,5%的电解锰,3.5%的中碳锰铁,8%的镍粉,1%的纯碱,0.5%的海藻酸钾。
7.根据权利要求1所述的低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,其特征在于所述粉料按照重量百分比组成为35%的大理石,25%的萤石,6%的碳酸锶,5%的钛白粉,4%的石英,3%的钇基硅铁,5%的钛铁,4%的电解锰,5.5%的中碳锰铁,6%的镍粉,1%的纯碱,0.5%的海藻酸钾。
8.根据权利要求1所述的低温冲击韧性优良的SA-508Gr.4N钢用全位置焊低氢型焊条,其特征在于所述粉料按照重量百分比组成为38%的大理石,28%的萤石,4%的碳酸锶,3%的钛白粉,3%的石英,2%的钇基硅铁,6%的钛铁,3%的电解锰,4.5%的中碳锰铁,7%的镍粉,1%的纯碱,0.5%的海藻酸钾。
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