CN101269447B - 一种马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝 - Google Patents
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Abstract
一种马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝，其特征在于所述焊丝的化学成分为，质量百分比：C 0.085～0.09，Si 0.32～0.36，Mn 0.52～0.57，S≤0.01，P≤0.015，Cr 9.8～13，Mo 0.4～1.0，V 0.1～0.5，Ni 1.3～2.0，Nb 0.03-0.4，Fe余量。本发明焊丝焊后经650℃回火2小时后，具有良好的综合性能，σb=845MPa，σs=745MPa，Akv=65J，适合于航空工业及能源领域中燃气轮机等部件用0Cr11Ni2MoVNb马氏体耐热不锈钢的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝。
背景技术
0Cr11Ni2MoVNb低碳高强耐热马氏体不锈钢，具有明显的淬硬倾向，该类钢在焊接冷却过程中，焊缝及焊接热影响区的组织为硬而脆的马氏体组织，当焊接接头的拘束度较大或氢含量较高时，很容易导致冷裂纹的产生。另外，在冷却速度较小时，近缝区及焊缝金属会形成粗大铁素体及沿晶析出碳化物，使接头的塑韧性显著降低。因此，获得韧性好、强度满足要求的焊缝是0Cr11Ni2MoVNb钢焊接的关键所在。
近十几年我国经济的高速发展，对我国能源的供应提出了更高的要求，导致能源紧缺问题日益严重。燃气轮机是继蒸汽机和内燃机之后的新一代动力装置，采用燃气轮机发电不仅可以节约煤炭和水，而且具有功率大、启动快、污染小、热效率高、经济性好等一系列优点，因此，采用燃气轮机发电是我国能源领域非常有前途的一种供电方式。燃气轮机除了用于发电，还可用作机械、舰船、坦克和机车的动力等，用途广泛。0Cr11Ni2MoVNb钢是一种马氏体耐热不锈钢，具有较好的淬透性，被广泛用来制造燃气轮机中的燃烧室外壳、压气机盘等零部件，该材料的研制在我国也还是首次。因此，0Cr11Ni2MoVNb钢的焊接成为该材料在燃气轮机制造中必须解决的首要问题。
检索分析表明，从0Cr11Ni2MoVNb的焊接来说，目前国内还无与之直接匹配的焊接材料及成熟的焊接工艺。其原因主要是采用同质焊丝（马氏体类）焊接时可以满足强度性能要求，但韧性、塑性指标较低；采用异质焊丝（奥氏体类）焊接时韧性、塑性指标较高，而强度性能难以达到要求。从焊接方法来看，焊条电弧焊可能容易满足接头的性能要求，但对于大厚度材料的焊接来说，其生产效率很低；埋弧自动焊焊接效率较高，但由于该方法的焊接线能量高，焊缝及热影响区的性能难以满足要求。随着熔化极气体保护焊技术特别是脉冲熔化极气体保护焊技术及双丝焊技术的发展，熔化极气体保护焊越来越多地应用到一些重要结构和重要材料的焊接当中。因为，采用熔化极气体保护焊时，由于其焊接线能量相对较低，焊缝和热影响区性能容易保证；而且由于焊接时电弧能量集中，焊丝熔化速度快，焊接效率很高，既适合于小厚度材料的焊接，也适合于大厚度材料的焊接。另外，当采用纯氩保护焊接时，将引起电弧不稳和咬边倾向，而向氩气中混合一定比例的氧化性气体（O2或CO2）时，将消除由于阴极斑点跳动而引起的电弧漂移，可明显地改善电弧的稳定性和消除咬边。因此，对于燃气轮机用0Cr11Ni2MoVNb钢，采用混合气体保护焊进行焊接是最有效的方法之一，研制适应该材料的气保焊焊丝是解决0Cr11Ni2MoVNb马氏体耐热不锈钢焊接问题的关键工艺之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝。
一种马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝,其特征在于所述焊丝的化学成分为，质量百分比：
C 0.085～0.09，Si 0.32～0.36，Mn 0.52～0.57，S≤0.01，P≤0.015，Cr9.8～13，Mo 0.4～1.0，V 0.1～0.5，Ni 1.3～2.0，Fe余量。
所述马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝,其特征在于其中：Cr优选11-13。
所述马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝,其特征在于其中：Mo优选0.4-0.9。
所述马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝,其特征在于其中：V优选0.1-0.35。
本发明的技术方案
1、根据性能指标，选择焊丝合金系，进行焊丝合金成分的设计。
2、冶炼不同成分的焊丝合金（六种典型的焊丝成分见表1），进行初步的成分分析，合乎要求的坯料进行加工、拉拔成型。
3、设计不同比例的混合气体。
4、制定焊接工艺进行焊丝熔敷金属的焊接，焊后进行相应的热处理，然后按照国家标准进行拉伸试样、冲击试样等力学性能试样的制备加工并进行熔敷金属成分、组织和性能的分析研究。
5、分析结果（六种焊丝成分分析结果见表2），进行焊丝合金成分、混合气体比例和焊接工艺优化的分析研究，最终确定焊丝成分、气体比例和焊接工艺的最佳优化方案。
本发明的优点：
本发明所述的焊丝焊后经650℃回火2小时后，具有良好的综合性能，σb=845MPa，σs=745MPa，Akv=65J。适合于航空工业及能源领域中燃气轮机等部件用0Cr11Ni2MoVNb马氏体耐热不锈钢的焊接。
具体实施方式
采用脉冲混合气体保护焊技术配以本发明焊接材料，在尺寸为300×400×16mm的16MnR试板上进行堆焊，焊后经650℃回火2小时。切取焊缝熔敷金属部分，按国标加工成相应的拉伸、弯曲和冲击试样。并按标准进行性能实验，经过一系列的实验分析（实验结果见表3）表明：1#焊丝焊缝熔敷金属性能均满足0Cr11Ni2MoVNb钢的焊接设计指标要求，具有优异的综合性能。
六种典型的焊丝成分见表1。
六种焊丝成分分析结果见表2。
表1 焊丝化学成分设计
表2 焊丝化学成分
表3：焊丝熔敷金属性能
Claims (4)
1.一种适用于0Cr11Ni2MoVNb马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝，其特征在于所述焊丝的化学成分为，质量百分比：
C 0.085～0.09，Si 0.32～0.36，Mn 0.52～0.57，S≤0.01，P≤0.015，Cr9.8～13，Mo 0.4～1.0，V 0.1～0.5，Ni 1.3～2.0，Fe余量。
2.按照权利要求1所述马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝,其特征在于其中：Cr 11-13。
3.按照权利要求1所述马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝,其特征在于其中：Mo 0.4-0.9。
4.按照权利要求1所述马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝，其特征在于其中：V 0.1-0.35。
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