核电站主蒸汽管道现场焊接专用焊条

摘要

本发明公开了一种核电站主蒸汽管道现场焊接专用焊条，其熔敷金属中包括以下元素，这些元素的最佳含量分别为：C含量≤0.12wt％、Si含量≤0.70wt％、Mn含量≤1.00wt％、P含量≤0.020wt％、S含量≤0.020wt％、Ni含量≤0.20wt％、Cr含量1.20-1.50wt％、Mo含量≤0.65wt％、Cu含量≤0.35wt％。与现有技术相比，本发明核电站主蒸汽管道现场焊接专用焊条熔敷金属的化学成分与SA335P11主蒸汽管道钢比较接近，力学性能也优于现有的E5015焊条或与现有的E5015焊条相当，因此使用其完成SA335P11主蒸汽管道焊缝的抗FAC性能有显著提高，确保了核电站主蒸汽管道焊缝在运营过程中的质量，对核电机组的安全运行有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及核电站主蒸汽管道现场焊接专用焊接材料，尤其是一种能够明显降低FAC腐蚀速率的专用焊条。

背景技术

核电站核岛的二回路主蒸汽输送管内介质温度高、流速快、流量大(约为火电的1.7～1.9倍)，会产生因输送蒸汽和水的流动速度较高而导致的“流体加速腐蚀(FAC)”现象，即碳钢管内表面在大量的、高速流动的汽水冲刷下，内壁具有保护功能的氧化膜脱落、变薄，使钢基体变差、年腐蚀率增加的现象。流体加速腐蚀现象严重时可能造成爆管事故，因此需要提高输送管的抗汽水冲蚀性能。

根据现有的研究资料，碳钢中FAC的腐蚀速率取决于介质温度、流速、PH值、电极电位、管材合金元素、热力学等因素，其中管材合金元素是可以通过选择钢种成分来解决的。经研究表明，在碳钢中加入特定范围的Cr含量后可以明显降低FAC的腐蚀速率，“相对减薄率-钢中Cr％关系”试验结果显示，当碳钢中的Cr含量＞0.04％时，FAC速率迅速下降：管道材质Cr含量在≤0.04％时的腐蚀速度较高，腐蚀速度基本相当，假定为1，随着Cr含量的增加，腐蚀速度逐渐降低；当Cr含量达到0.2％时，腐蚀的相对速度为0.2；当Cr含量达到1％时，腐蚀的相对速度为0.045。SA335P11主蒸汽管道就是在此背景下开发的具有较高抗FAC性能的新钢种，其化学成分和力学性能如表1、表2所示。

表1、SA335P11钢化学成分表/wt％

表2、SA335P11钢力学性能表

SA335P11钢的抗FAC用途，要求与其匹配的焊接材料熔敷金属中也具有一定含量的Cr元素成分，以使焊缝金属中也具有一定含量的Cr，这样管道的焊缝金属部分也具有抗FAC能力。由于目前还没有与SA335P11钢相匹配的专用焊材，因此核电建设中只能选用化学成分、力学性能与SA335P11钢接近的E5015焊条进行SA335P11钢的焊接。

E5015焊条是用于普通20、16Mn钢焊接的焊条，其化学成分、力学性能如表3所示。从表3可以看出，E5015焊条熔敷金属中的铬元素含量极少，不能满足SA335P11钢的焊接要求。

表3、E5015焊条化学成分(wt％)、力学性能表

有鉴于此，确有必要提供一种化学成分和力学性能与SA335P11钢完全匹配的专用焊条。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种化学成分和力学性能与SA335P11主蒸汽管道完全匹配的专用焊条，以保证核电项目批量化工程建设和后续运营维修的需求。

为了实现上述发明目的，发明人经潜心研究和实验，发现核岛主蒸汽管道现场焊接专用焊条熔敷金属中包括以下元素，且这些元素的含量分别为以下值时效果最佳：C含量≤0.12wt％、Si含量≤0.70wt％、Mn含量≤1.00wt％、P含量≤0.020wt％、S含量≤0.020wt％、Ni含量≤0.20wt％、Cr含量1.20-1.50wt％、Mo含量≤0.65wt％、Cu含量≤0.35wt％。

作为本发明核电主蒸汽管道现场焊接专用焊条的一种改进，所述焊条包括芯线和涂在芯线上的药皮，其芯线为包括以下化学成分的钢丝：C含量≤0.07wt％、Si含量≤0.65wt％、Mn含量0.85-1.00wt％、P含量≤0.020wt％、S含量≤0.020wt％、Ni含量≤0.30wt％、Cr含量≤1.30wt％、Cu含量≤0.020wt％。。

作为本发明核电主蒸汽管道现场焊接专用焊条的一种改进，所述药皮的配方包括：碳酸盐30-70wt％、氟化物8-45wt％、硅酸盐9-22wt％、铁合金10-35wt％、稳弧剂5-10wt％、粘结剂1-5wt％。

作为本发明核电主蒸汽管道现场焊接专用焊条的一种改进，所述焊条熔敷金属中包括以下元素，这些元素的含量分别为：C含量0.080wt％、Si含量0.50wt％、Mn含量0.85wt％、P含量0.020wt％、S含量0.015wt％、Ni含量0.070wt％、Cr含量1.39wt％、Cu含量0.036wt％、V含量0.008wt％、Al含量0.001wt％、Mo含量不超过0.28wt％。

作为本发明核电主蒸汽管道现场焊接专用焊条的一种改进，所述焊条熔敷金属中包括以下元素，这些元素的含量分别为：C含量0.067wt％、Si含量0.52wt％、Mn含量0.90wt％、P含量0.018wt％、S含量0.016wt％、Ni含量0.011wt％、Cr含量1.25wt％、Cu含量0.026wt％、V含量0.008wt％、Al含量0.001wt％、Mo含量不超过0.30wt％。

作为本发明核电主蒸汽管道现场焊接专用焊条的一种改进，所述焊条熔敷金属中包括以下元素，这些元素的含量分别为：C含量0.049wt％、Si含量0.50wt％、Mn含量0.87wt％、P含量0.018wt％、S含量0.014wt％、Ni含量0.011wt％、Cr含量1.36wt％、Cu含量0.025wt％、V含量0.008wt％、Al含量0.002wt％、Mo含量不超过0.30wt％。

作为本发明核电主蒸汽管道现场焊接专用焊条的一种改进，所述焊条的规格为Φ2.0mm、Φ3.2mm或Φ4.0mm。

与现有技术相比，本发明核电主蒸汽管道现场焊接专用焊条熔敷金属的化学成分与SA335P11主蒸汽管道比较接近，力学性能也优于现有的E5015焊条或与现有的E5015焊条相当，因此使用其完成SA335P11主蒸汽管道焊缝的抗FAC性能有显著提高，确保了核电站主蒸汽管道焊缝在运营过程中的质量，对核电机组的安全运行有重要意义。可见，本发明核电主蒸汽管道专用焊条有效解决了目前没有与SA335P11主蒸汽管道钢相匹配的焊接材料问题。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

为了与SA335P11主蒸汽管道钢配合，发明人经多次实验，得出了本发明核电SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条熔敷金属的化学成分、力学性能、芯线化学成分以及药皮配方的设计值，如表4-7所示。

表4、SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条熔敷金属化学成分设计值/wt％

表5、SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条熔敷金属力学性能设计值

表6、SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条芯线化学成分设计值/wt％

按照焊接过程中所起作用，药皮组分按作用通常可分为：

1)稳弧剂：主要作用是改善焊条的引弧性能和提高焊接电弧的稳定性，凡能使气体电离降低的物质，都能提高电弧的稳定性，一般采用含有碱金属和碱土金属的化合物，如钾、钠、钙的化合物；本发明SA335P11主蒸汽管道钢焊条药皮稳弧剂可来自碳酸钾、碳酸钠、钾硝石、水玻璃及大理石或石灰石、花岗岩、长石、钛白粉等；

2)造渣剂：主要作用是能形成具有一定物理、化学性能的熔渣，产生良好的机械保护作用和冶金处理作用；本发明SA335P11主蒸汽管道钢焊条药皮造渣剂可来自钛铁矿、赤铁矿、金红石、长石、大理石、花岗岩、萤石、菱苦土、猛矿、钛白粉等；

3)造气剂：主要作用是造成保护气氛，同时也有利于熔滴过渡；本发明SA335P11主蒸汽管道钢焊条药皮的造气剂组成物可来自碳酸盐类矿物(如大理石、菱镁矿、白云石等)和有机物(如木粉、纤维素、淀粉等)；

4)脱氧剂：主要作用是对熔渣和焊缝金属脱氧；本发明SA335P11主蒸汽管道钢药皮脱氧剂组成物可来自锰铁、硅铁、铝铁、钛铁、石墨等；

5)合金剂：主要作用是向焊缝金属中渗入必要的合金成分，以补偿已经烧损或蒸发的合金元素和补加特殊性能的合金元素；本发明SA335P11主蒸汽管道钢焊条药皮合金剂的组分主要考虑使用铬合金、锰合金；

6)稀释剂：主要作用是降低焊接熔渣的粘度，增加熔渣的流动性；本发明SA335P11主蒸汽管道钢焊条药皮稀释剂的组份可来自萤石、长石、钛铁矿、钛白粉、金红石、锰矿等；

7)粘接剂：主要作用是将药皮闹股第粘接在焊芯上；本发明SA335P11主蒸汽管道钢焊条药皮粘接剂组分来自为水玻璃、树胶之类的物质等；

8)增塑剂：主要作用是改善涂料的塑性和滑性，使之易于用机械压涂在焊芯上；本发明SA335P11主蒸汽管道钢焊条药皮增塑剂的组分可来自云母、白泥、钛白粉等。

在焊条药皮配方设计的时候，需根据药皮在焊接时的作用，统筹考虑药皮的气渣联合保护效果及焊条操作性等多种因素，表7为与本发明核电SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条芯线配合使用的药皮配方设计值。

表7、SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条药皮配方设计值

名称 碳酸盐 氟化物 硅酸盐 铁合金 稳弧剂 粘结剂 其他 质量分数(％) 30-70 8-45 9-22 10-35 5-10 1-5 1-6

经测试，按照本发明上述设计值生产的三种SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条熔敷金属化学成分及其力学性能如表8-9所示。

表8、各实施例焊条熔敷金属化学成分测试结果/wt％

实施例 C Si Mn P S Ni Cr Cu V Al Mo Φ2.0mm 0.080 0.50 0.85 0.020 0.015 0.070 1.39 0.036 0.008 0.001 微量，且不超过0.28

[0046]

Φ3.2mm 0.067 0.52 0.90 0.018 0.016 0.011 1.25 0.026 0.008 0.001 微量，且不超过0.30 Φ4.0mm 0.049 0.50 0.87 0.018 0.014 0.011 1.36 0.025 0.008 0.002 微量，且不超过0.30

表9、各实施例焊条熔敷金属力学性能测试结果

与现有技术相比，本发明核电SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条熔敷金属的化学成分与SA335P11钢比较接近，力学性能也优于现有的E5015焊条或与现有的E5015焊条相当，因此使用其完成的SA335P11主蒸汽管道焊缝的抗FAC性能有显著提高，确保了核电站主蒸汽管道焊缝在运营过程中的质量，对核电机组的安全运行有重要意义。可见，本发明核电主蒸汽管道专用焊条有效解决了目前没有与SA335P11钢相匹配的焊接材料问题。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。