[发明专利]一种核电构件电弧增材制造用埋弧焊丝

说明书

本发明提供了一种核电构件电弧增材制造用埋弧焊丝，按重量百分比计，包括如下化学成分：C：0.10～0.16％，Mn：1.6～2.1％，Si≤0.05％，P≤0.004％，S≤0.004％，Mo：0.40～0.60％，Ni：0.50～0.8％，Cu≤0.05％，B≤0.0008％，Sb≤0.002％，Ti：0.02～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。该埋弧焊丝具有良好的强度和较高的低温冲击韧性，其抗拉强度大于580MPa，‑20℃低温冲击功保证在150J以上，且其配合增材制造专用焊剂进行核电构件的打印，具有打印工艺优良，成型美观，焊道细密的优点。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种核电构件电弧增材制造用埋弧焊丝。

背景技术

增材制造是一种通过层层堆积的方式将数字化模型直接制造出实体零件的一种技术，是一种全新的短周期、低成本的制造技术，在航空、航天、核电装备以及生物医学等领域具有重要的应用前景。目前，国内外增材制造的研究开发已经成为制造技术的热门前沿，增材制造设备和符合增材制造要求的原材料是该技术的两大核心要素，各大院校和科研院所争相以各种项目为依托在进行相关的以电弧为热源的增材制造技术及相关原材料的研究和开发。但是，目前国内外公开发表的探讨以电弧为热源的增材制造技术(WAAM)的文章较少，仅涉及到成形过程温度场的演变及应力分布规律研究，电弧增材制造技术较其他热源的增材制造技术而言发展较为缓慢。

以电弧为热源的增材制造用焊接材料的开发这一项目，不仅是为焊材产业开辟了新的产品研制方向，对于焊材产业上游的钢铁制造产业，也将形成一个新的高附加值钢材品类。对于增材制造技术的应用领域将带来突破性进展。本项目的产品用于核电领域，本项目的成功研发对核电设备制造业也会带来技术革新的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种核电构件电弧增材制造用埋弧焊丝，具有良好的强度和较高的低温冲击韧性，且打印工艺优良，成型美观。

本发明的技术方案是提供了一种核电构件电弧增材制造用埋弧焊丝，按重量百分比计，包括如下化学成分：C：0.10～0.16％，Mn：1.6～2.1％，Si≤0.05％，P≤0.004％，S≤0.004％，Mo：0.40～0.60％，Ni：0.50～0.8％，Cu≤0.05％，B≤0.0008％，Sb≤0.002％，Ti：0.02～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明核电构件电弧增材制造用埋弧焊丝中化学成分的设计原则如下：

C是强烈的脱氧剂，是保证焊缝金属强度的重要元素，但碳过渡系数很小，用量过多会影响焊缝金属的低温冲击韧性，且易使焊缝的延展性大幅度下降，因此，为了保证焊缝金属具有良好的强度和较高的低温冲击韧性，本发明将碳的含量控制为0.10～0.16％。

Mn是脱氧剂，能够提高焊缝金属的强度和硬度，是奥氏体稳定元素，本发明中将Mn加入量控制为1.6～2.1％，若Mn加入量低于1.6％，则焊缝金属的强度不够，若Mn加入量过高，则会使焊缝金属的延展性、韧性变差，焊接接头脆硬，从而造成晶粒粗大。

Si作为脱氧剂加入，与Mn联合脱氧效果更佳，降低焊缝金属氧含量，提高低温冲击韧性，但Si加入量过多时易造成冲击韧性下降，且设计的增材制造打印件不允许含有Si，故本发明中将Si保持在最低限度，将Si含量控制在≤0.05％。

Mo可以细化晶粒，提高焊缝的强度和硬度，消除钢的脆性，提高冲击韧性，在焊接过程中基本不被氧化，过渡系数高达90％，若Mo加入量低于0.4％，作用不明显，Mo加入量高于0.6％，在高含锰量的焊丝中，对冲击韧性不利，因此，本发明中Mo的加入量控制在0.40～0.60％。

Ni是渗合金元素，可提高焊缝的韧性和强度，它与氧亲和力比铁小，焊接时基本不被氧化，过渡系数较高，若Ni的加入量低于0.5％，对韧性作用不明显，若Ni加入量高于0.8％，Ni会引起辐照脆化，因此，本发明中Ni的加入量控制在0.50～0.8％。