一种核级强辐照区用埋弧自动焊接用焊丝的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核电焊接材料技术领域，尤其涉及一种核级设备强辐照区用高强度、 高韧性埋弧自动焊焊丝。
【背景技术】
[0002] 随着能源需求的持续增长，能源问题也成为制约我国经济、社会和环境发展的一 个瓶颈，综合考虑环境等各种因素，在国家2015年重点工作部署中，核电重启赫然在列，按 照核电设备制造发展趋势，核电在我国必将迎来一个批量化发展和技术更新换代并举的新 阶段，新一轮的核电建设高潮正在掀起。
[0003] 经过30多年的核电发展，中国的核电制造系统已经比较完备。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，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。
[0004] 在核电设备的制造和安装中，焊接是一个最基本和最重要的手段。本发明用于三 代核电站设备SA-508GR. 3CL. I (16MND5)钢强辐照区焊缝的焊接，如反应堆压力容器、堆 芯补水箱等主设备的制造，对于焊缝强度和低温冲击韧性要求都很高，其中堆芯区焊缝的 抑_温度要求不高于_30°C。
[0005] 至今为止我国已建和在建的核电站主设备（包括二代加和AP1000)，其制造和安 装过程中的焊接材料，无论是低合金钢、奥氏体钢，还是镍基合金几乎都是从国外进口。不 仅焊接材料的成本和周期难以控制，供货进度、价格及后期技术培训及技术服务等方面受 制于人，存在因政治原因而被封锁的风险，而且由于核电的大规模发展，造成核电用焊接材 料供不应求，导致国外焊接材料供货质量日趋下降。目前焊接材料已经成为我国核电发展 的瓶颈，制约我国核电的发展。
【发明内容】
[0006] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种核一级设备强辐照区用高强度、高韧性埋 弧自动焊焊丝，用以解决现有焊丝依赖进口，成本高、周期难以控制的问题。
[0007] 本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0008] 本发明是在基于三代核电设备制造技术要求的基础上进行研宄发明，公布一种埋 弧焊焊丝的化学成分，其化学成分以wt%记：C 0. 10~0. 15、Mn 1. 70~2. 20、Si彡0. 20、 P 彡 0· 005、S 彡 0· 005、Mo 0· 45 ~0· 65、Ni 0· 60 ~0· 80、Cr 彡 0· 10、Cu 彡 0· 020、 Co 彡 0· 020、B 彡 0· 0005、Nb 彡 0· 010、As 彡 0· 005、Sn 彡 0· 005,余量为 Fe 及不可避免 杂质。按照此设计获得的焊丝，匹配碱度为2. 5~3. 5的高碱度、低氢型焊剂（中国一重 研发核电专利焊剂牌号为TYF-13HR)可获得满足三代核电设备及其它核电设备制造中 SA-508Gr. 3C1. 1低合金钢的焊缝性能要求。
[0009] 特别地，所述埋弧焊焊丝匹配碱度为2. 5~3. 5的低氢型焊剂。
[0010] 特别地，所述低氢型焊剂牌号为TYF-13HR。
[0011] 特别地，所述埋弧焊焊丝用于核电设备强辐照区构件制造中SA-508Gr. 3C1. 1低 合金钢的焊接。
[0012] 特别地，焊接坡口角度α = 15°，试板壁厚25mm，根部间隙为16mm;焊接电流为 480~600A，焊接电压为26~34V，焊接速度为360mm/min，层间温度150°C~250°C。
[0013] 特别地，所述埋弧焊丝匹配碱度为2. 5~3. 5的低氢型焊剂获得焊缝熔敷金属，其 化学成分以重量百分比计：C彡0· 15、Mn :1· 25~2. KKSi彡0· 80、P彡0· OKKS彡0· 010、 Mo :0. 45~0. 65、Cu彡0. 06、Ni :0. 40~0. 80、Co彡0. 02,余量为Fe及不可避免杂质。
[0014] 特别地，所述焊缝熔敷金属在焊态和经过在6KTC、保温40小时焊后热处理 态都能获得较佳的强韧匹配性能，性能具体为室温抗拉强度550~725MPa，屈服强度 彡345MPa，-30°C冲击功在100J以上。
[0015] 本发明中关键技术在于进行了 Mn-Ni-Mo合金系统中Mn、Ni合金元素的优化，在碳 含量一定时，元素Mn不仅可以提高强度，还可以改善韧性，但元素Mn含量超过一定值则会 造成韧性下降，本发明中，通过合理匹配元素Ni含量，在焊缝中形成韧化的铁素体基体组 织，在保证焊缝较高强度的同时，获得良好的韧性。
[0016] 本发明焊丝成分设计依据
[0017] C :是钢中的强度保证元素，当碳含量低于0. 02%时，焊缝强度明显下降，不能满 足要求，但C含量过高，会形成脆化的淬硬组织，导致焊缝韧性下降，焊缝保证强度的同时， 获得最佳韧性的焊丝C含量为0. 10~0. 15%。
[0018] Mn :是提高强度最有效的元素之一，较高的Mn含量会显著降低相变温度，从而促 进贝氏体转变，以提高焊缝强度，同时Mn也是有效的扩大奥氏体区的元素，与Ni共同作用 会促进形成韧化的铁素体基体组织，降低韧脆转变温度。但Mn含量不易过高，否则容易产 生大尺寸的MnS夹杂，且焊缝易形成淬硬组织，导致焊缝韧性下降，因此焊缝获得最佳强韧 组合的焊丝Mn含量为1. 70~2. 20 %。
[0019] Ni :在焊缝中能够韧化金属基体，提高对疲劳的抗力和减少对缺口的敏感性，降 低材料的韧脆转变温度，明显提高低温韧性，因此本发明中控制焊丝Ni含量为0. 60~ 0· 80%〇
[0020] Si :-方面具有脱氧作用，另一方面还可以增加焊缝金属的强度；但过多加入会 导致低温冲击韧性降低，以及抗裂性能的降低；因此，本发明焊丝Si含量控制在0. 20%以 下。
[0021] Mo:是焊缝高温强度保证元素，能与C结合形成碳化物使焊缝金属具有高温机 械强度特性，Mo含量过高，会造成焊缝金属韧性的降低，因此本发明中焊丝Mo为0. 45~ 0· 65%〇
[0022] Cu、Co、B :这几种元素达到一定量均会使焊缝金属产生辐照脆化，必须加以控制， 因此本发明中焊丝中Cu、Co含量控制在0.020%以下B含量控制在0.0005以下。
[0023] P、S、As、Sn、：为杂质元素，在焊缝金属中，会在晶界处分离并使他们变脆，必须严 格控制，本发明中