核电站主蒸汽管道现场焊接专用焊条的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 表1、SA335P11钢化学成分表/wt%
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[0006] 表2、SA335P11钢力学性能表
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[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 表3、E5015焊条化学成分（wt% )、力学性能表
[0013] 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】
[0014] 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。
[0015] 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 量彡0? 12wt%、Si含量彡0? 70wt%、Mn含量彡I.OOwt%、P含量彡0? 020wt%、S含量 彡 0? 020wt%、Ni含量彡 0? 20wt%、Cr含量I. 20-1. 50wt%、Mo含量彡 0? 65wt%、Cu含量 彡 0. 35wt%。
[0016] 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 彡 0? 65wt%、Mn含量 0? 85-1.OOwt%、P含量彡 0? 020wt%、S含量彡 0? 020wt%、Ni含量 彡 0? 30wt%、Cr含量彡I. 30wt%、Cu含量彡 0? 020wt%。。
[0017] 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%、娃酸盐9-22wt%、铁合金l〇-35wt%、稳弧剂 5-lOwt%、粘结剂l_5wt%。
[0018] 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I. 39wt%、Cu 含量 0? 036wt%、V含量 0? 008wt%、Al含量 0? 00Iwt%、Mo含量不超过 0? 28wt%。
[0019] 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?Ollwt%、Cr含量I. 25wt%、Cu 含量 0? 026wt%、V含量 0? 008wt%、Al含量 0? 00Iwt%、Mo含量不超过 0? 30wt%。
[0020] 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?Ollwt%、Cr含量I. 36wt%、Cu 含量 0? 025wt%、V含量 0? 008wt%、Al含量 0? 002wt%、Mo含量不超过 0? 30wt%。
[0021] 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 C> 2. 0mm、C> 3. 2mm或C> 4. 0mm。
[0022] 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】
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 表4、SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条熔敷金属化学成分设计值/Vt%
[0026]
[0027] 表5、SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条熔敷金属力学性能设计值
[0028]
[0029] 表6、SA335P11主蒸汽管道钢专用焊条芯线化学成分设计值/wt%
[0030]
[0031] 按照焊接过程中所起作用，药皮组分按作用通常可分为：
[0032] 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