一种核级非强辐照区低合金钢焊条及其制造方法

摘要

本发明涉及一种核级焊接材料领域技术，尤其公开了一种核级非强辐照区低合金钢焊条，其焊条熔敷金属化学成分为（wt%）：C≤0.1wt%、Mn1.10-1.80wt%、Si0.15-0.45wt%、S≤0.010wt%、P≤0.010wt%、Ni0.80-1.20wt%、Cr≤0.30wt%、Mo0.25-0.65wt%、Fe.90-98wt%，余量为杂质，此焊条主要用于核电非强辐照区低合金钢材料的焊接。还公开了此种焊条的制作方法，按照本发明的技术方案的焊条制作方法得到的上述焊条，焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种核级焊接材料领域技术，尤其一种核级非强辐照区低合金 钢焊条，主要用于核电非强辐照区低合金钢材料的焊接，还涉及此种焊条的制 作方法。

背景技术

核电作为目前经济有效且被真正实现商业化利用的新型替代能源，其发展 潜力毋容置疑。

总结核电在中国30余年正反经验，2003年根据全国能源电力平衡和改善 能源结构的需要，国家计委提出加快发展核电的设想，立即得到国务院的肯定 及相关部门的支持。

2007年11月，国务院常务会议正式批准我国首部《核电中长期发展规划》。 此后，依照能源发展需求，原定2020年核电装机占电力总容量的4％，将调整 为5～6％。

2008年政府机构改革中，正式将核电管理职能由国防科工委划归国家能源 局，从体制上确立了核电的能源属性，改善了我国和平利用核能的环境和外交 形象。

中国核电发展方针为：以我为主，中外合作，采用世界先进技术，统一技 术路线，积极推进核电建设。

统一核电技术路线为：通过引进世界先进技术，消化、吸收、再创新，形 成具有中国自主知识产权、与国际接轨的核电技术及标准体系。

明确三代核电“三步走”战略目标

第一步：外方为主，我方全面参与。建成自主化依托项目--首批4台 AP1000核电机组。

第二步：以我为主，外方支持。完成AP1000自主化标准设计，建设首批 内核电站，全面实现AP1000技术的吸收和消化过程。

第三步：全面完成自主设计创新，开发具有中国自主知识产权的大型先进 压水堆核电技术，并在2017年建成示范机组。

第三代核电技术吸取了世界上二代核电技术一万余堆年的运行经验，充分 使用几十年来的科技进步成果，按照新的安全法规设计，把严重事故作为设计 基准，考虑了安全壳对严重事故的负载，系统已经过严格验证和审评。

在核电技术迅速发展的今日，安全壳的密闭焊接就显得尤为重要急需一种 核级非强辐照区低合金钢的焊条。

本焊条的成功发明对于第三代核电技术国产化项目具有重要意义，并且本 项目也是国家能源应用技术研究与工程示范资助项目，满足“核级焊接材料国 产化及应用研究”项目低合金钢焊条的技术条件。

发明内容

本发明针对现有技术中的需求，提供了一种核级非强辐照区低合金钢的焊 条。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种核级非强辐照区低合金钢焊条，焊条熔敷金属化学成分为（wt%）：C ≤0.1wt%、Mn1.10-1.80wt%、Si0.15-0.45wt%、S≤0.010wt%、P≤ 0.010wt%、Ni0.80-1.20wt%、Cr≤0.30wt%、Mo0.25-0.65wt%、Fe.90-98 wt%，余量为杂质。

焊缝熔敷金属在以下两种状态下：595℃-625℃，保温1小时，或者在595 ℃-625℃，保温16小时的情况下，焊缝熔敷金属力学性能均能达到如下：室 温抗拉强度Rm（Mpa）：620-700，室温屈服强Rp0.2（MPa）：≥485，室温伸长 率A(%)：≥20，350℃屈服强度Rp0.2（MPa）：≥405，0℃冲击功KV(J)：单值 ≥80、平均值≥112，-30℃冲击功KV(J)：单值≥28、平均值≥40，上平台冲 击吸收能量KV(J)（塑性断裂百分率为100%时）：≥130，RTNDT/℃：≤-30。

本发明焊条的制造方法，以焊芯1000g为基准，将药皮各组分重量为（g）： 大理石：200～300、萤石：200～350、金红石：50～70、纯碱：4.5～7.0、锆英 砂：5～10、铁粉：300～400、硅微粉：50～100，将各成分的粉料按上述比例混 合均匀后，加入粉料总量的20-30%的粘结剂搅拌混合均匀，送入条压机内将其 裹覆于焊芯上，再经烘焙，即成。

作为优选，将混合均匀的物料送入条压机内将其裹覆于焊芯上，再经低温 80～100℃烘焙2～3小时及高温380～400℃烘焙1.5～2小时，即成。

作为优选，所述药皮组分的技术要求为：大理石：CaCO₃≥96%、S≤0.03%、 P≤0.03%，颗粒度要求为：-30目：100%、-40目：≥97%、-170目：≤70%； 萤石：CaF₂≥96%、SiO₂≤3.0%、C≤0.08%、S≤0.03%、P≤0.03%，颗粒度要求 为：-30目：100%、-40目：≥97%、-170目：≤70%；金红石：TiO₂≥96%、 S≤0.03%、P≤0.03%，粒度要求为：-40目：≥100%、-160目：≤30%；纯碱： Na₂CO₃≥99%、NaCl≤0.70%，锆英砂：ZrO₂≥60%、SiO₂≤32%、S≤0.03%、P≤0.09%， 颗粒度要求为：-40目：100%、-160目：≤50%。

其中，焊条中使用大理石，在电弧热的作用下分解成CaO和CO₂是焊条 制造中及常用的建渣造气材料，提高熔渣碱度，稳定电弧增大熔渣与金属界面 张力和表面张力，改善脱渣，并有较好的脱S能力。

萤石可以调整熔渣的熔点个粘度，增加溶者的流动性，改善熔渣的物理性 能对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中扩散氢的主要材料，但因 氟的存在，会造成电弧不稳定，并产生有毒气体，应该合理控制比列。

金红石在焊条中的作用主要是建渣、稳弧，在本发明中，加入金红石，对 焊缝成形有关键作用。

纯碱的加入是为了改善焊条的压涂性能。

这些技术方案，可以相互组合或者结合，从而达到更好的技术效果。

按照本发明的技术方案的焊条制作方法得到的上述焊条，性能优良，焊条 表面光滑，成品率高，偏心稳定；直流反接焊接时电弧稳定、基本无飞溅，脱 渣性良好，焊条操作性能优异，全位置焊接性能优良；焊缝成型美观，焊道高 度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。焊接时电弧稳定、飞溅小、 脱渣好，成型好，全位置操作性能好。所提供的焊条主要用于核电工业，焊缝 熔敷金属化学成分控制严格，特别是Sb、Sn、As、B、S、P等有害杂质元素控 制极低。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

本发明焊条采用的药皮以碳酸盐、氟化物和硅酸盐为主，同时添加少量的 含二氧化钛原材料和改善压涂物质。

选择如下含量的药皮材料：大理石：CaCO₃≥96%、S≤0.03%、P≤0.03%， 颗粒度要求为：-30目：100%、-40目：≥97%、-170目：≤70%；萤石：CaF₂≥96%、SiO₂≤3.0%、C≤0.08%、S≤0.03%、P≤0.03%，颗粒度要求为：-30目： 100%、-40目：≥97%、-170目：≤70%；金红石：TiO₂≥96%、S≤0.03%、P ≤0.03%，粒度要求为：-40目：≥100%、-160目：≤30%；纯碱：Na₂CO₃≥99%、 NaCl≤0.70%，锆英砂：ZrO₂≥60%、SiO₂≤32%、S≤0.03%、P≤0.09%，颗粒度 要求为：-40目：100%、-160目：≤50%。

本实施例当焊芯为1000g时，焊条需要上述各种药皮重量为（g）：大理石 200g、萤石350g、金红石50g、纯碱5g、锆英砂10g、铁粉320g、硅微粉60g、 特殊混合粉3g。

将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均 匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于特殊焊芯上，再经低温88℃烘焙2 小时、高温380℃烘焙1.5小时，即成。

本实施例所得焊条（直流反接焊接）进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞 溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。

焊条熔敷金属化学成分为：C：0.060wt%、Mn：1.32wt%、Si：0.18wt%、 S：0.004wt%、P：0.005wt%、Ni：0.92wt%、Cr：0.20wt%、Mo：0.60wt%。

焊条熔敷金属力学性能为：

表1焊条熔敷金属力学性能

上平台冲击吸收能量KV(J)（塑性断裂百分率为100%时）：159

RTNDT/℃：-50

实施例2

本实验实施例焊芯与选择药皮材料与实施例一相同，当焊芯为1000g时， 焊条需要各种药皮重量为（g）：大理石250g、萤石300g、金红石70g、纯碱 6g、锆英砂5g、铁粉390g、硅微粉80g、特殊混合粉4g。

将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均 匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于特殊焊芯上，再经低温88℃烘焙2 小时、高温380℃烘焙1.5小时，即成。

本实施例所得焊条（直流反接焊接）进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞 溅、脱渣性能好，焊缝成形美观，

焊条熔敷金属化学成分为：C：0.068wt%、Mn：1.41wt%、Si：0.21wt%、 S：0.003wt%、P：0.006wt%、Ni：1.02wt%、Cr：0.15wt%、Mo：0.52wt%。

焊条熔敷金属力学性能为：

表2焊条熔敷金属力学性能

上平台冲击吸收能量KV(J)（塑性断裂百分率为100%时）：178

RTNDT/℃：-40

实施例3

本实验实施例焊芯与选择药皮材料与实施例一相同，当焊芯为1000g时， 焊条需要各种药皮重量为（g）：大理石290g、萤石220g、金红石65g、纯碱6.5g、 锆英砂9g、铁粉370g、硅微粉70g、特殊混合粉4.5g。

将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均 匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于特殊焊芯上，再经低温88℃烘焙2 小时、高温380℃烘焙1.5小时，即成。

本实施例所得焊条（直流反接焊接）进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞 溅、脱渣性能好，焊缝成形美观，

焊条熔敷金属化学成分为：C：0.065wt%、Mn：1.38wt%、Si：0.23wt%、 S：0.004wt%、P：0.007wt%、Ni：1.08wt%、Cr：0.10wt%、Mo：0.54wt%。

焊条熔敷金属力学性能为：

表3焊条熔敷金属力学性能

上平台冲击吸收能量KV(J)（塑性断裂百分率为100%时）：165

RTNDT/℃：-45

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作 的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。