CN101362262B - 耐热钢气体保护焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐热钢气体保护焊丝。该焊丝的化学成分及质量百分含量为C：0.05～0.10％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.80～1.10％、S：≤0.025％、P：≤0.025％、Cr：1.20～1.50％、Ni：≤0.20％、Mo：0.45～0.65％、Cu：≤0.35％；余量为Fe。本发明的耐热钢气体保护焊丝在电站钢结构制造中用于铬钼钢焊接，减少焊缝金属在长期使用中的脆变现象，可确保所得熔敷金属及焊接接头具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性及良好高温组织稳定性，所得熔敷金属的综合性能有良好的强韧性匹配，其屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥550MPa，伸长率≥20％等。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料领域，特别涉及抗拉强度≥550MPa的耐热钢气体保护焊丝。
背景技术
气体保护焊接已成为钢结构制造的一种主要高效焊接方法，目前在许多制造行业中，占有相当高的比例，随着各行各业产品更新换代，在耐热钢领域科技含量不断提高使用环境对材料和焊接接头的要求，更具有针对性。气体保护焊丝具有什么样的性能，直接关系到整个焊接结构的综合性能和安全，如力学性能、耐高温性能、抗蠕变性能和焊接工艺性能。
采用国家标准中的几种铬钼钢焊丝，有适用范围广的优点，但是在特定领域使用时效果并不显著，针对电站钢结构制造中用于铬钼钢焊接时，在制造过程中所得熔敷金属及焊接接头的蠕变强度、持久强度、持久塑性和高温组织稳定性等参数不够理想，难以减少电站设备长期使用中焊缝金属的脆变现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提一种供耐热钢气体保护焊丝，该焊丝在电站钢结构制造中用于铬钼钢焊接，减少焊缝金属在长期使用中的脆变现象，可确保所得熔敷金属及焊接接头具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性及良好高温组织稳定性，本发明的焊丝同时具有良好的焊接工艺性能和加工工艺性能，而且所得熔敷金属的综合性能有良好的强韧性匹配，其屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥550MPa，伸长率≥20％等。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：耐热钢气体保护焊丝，其化学成分及质量百分含量为C：0.05～0.10％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.80～1.10％、S：≤0.025％、P：≤0.025％、Cr：1.20～1.50％、Ni：≤0.20％、Mo：0.45～0.65％、Cu：≤0.35％；余量为Fe。
进一步，所述的S的优选范围为≤0.020％、P的优选范围为≤0.020％。气体采用体积比为80％Ar+20％CO2作保护。
本发明中控制C、Mn主要是保证焊缝具有良好的强韧性匹配。国家标准中铬钼钢焊丝ER55-B2的C：0.07～0.12％、Mn：0.40～0.70％，相对于本发明中Mn偏低，C、Mn质量百分比相差较大，在与电站用耐热钢焊接时所得强度相对偏低达不到应有效果，所以本发明焊丝优选C：0.05～0.10％、Mn：0.80～1.10％。
焊丝中低S、低P及降低焊缝中的氧主要是保证熔敷金属具有抗回火脆性和防止长期使用中的脆变现象，而且还有较高的塑性和抗裂性。国家标准中P、S≤0.0250％，相对本发明中S、P偏高，S、P含量偏高在特定的领域使用所得熔敷金属的抗裂性和塑性会有所降低，长期使用焊道的脆变现象也会显现，为改变在电站设备焊接使用中出现这一现象，本发明焊丝优选S、P≤0.020％，作为本发明的组分。
本发明焊丝采用80％Ar+20％CO2气体保护焊接时飞溅小，合金元素烧损少，有助于提高焊缝的强度和韧性。国家标准ER55-B2焊丝采用的是Ar+1～5％O2，氧在焊缝中虽然能提高电弧的稳定性和焊道的成型，但当过多的氧和碳结合后产生CO这种气体小熔于金属而不能逸出形成气孔，直接影响焊缝金属强度和韧性，所以本发明采用80％Ar+20％CO2作保护气体。
由于加入Cr、Mo、Ni，Cr-Mo耐热体系主要是保证熔敷金属具有较好的耐热性和高温组织稳定性，同时考虑与母材成份上的相匹配性。
综上，本发明的有益效果是：
1、本发明焊丝所得熔敷金属及焊接接头在一定的高温条件下，具有长期使用中减少发生脆变现象，同时具有良好的综合性能，尤其是在高温工作条件下的组织稳定性和耐热性及良好的强韧性匹配，同时具有良好的焊接工艺性能，送丝顺畅施焊过程飞溅小，成型美观等。
2、本发明焊丝所得熔敷金属的综合机械性能为：屈服强度≥440MPa，抗拉强度≥550MPa，伸长率≥20％。
具体实施方式
采用国家标准中ER55-B2铬钼钢焊丝焊接电站用12Cr1MoV钢，采用80Ar+20％CO2气体，其熔敷金属化学成份和各种性能如表1、表2、表3所示。
表1 ER55-B2焊丝化学成份(％)
| C | Mn | Si | S | P | Cr | Ni | Mo | Cu |
| 0.10 | 0.53 | 0.48 | 0.014 | 0.016 | 1.29 | 0.04 | 0.50 | 0.20 |
| 0.09 | 0.54 | 0.49 | 0.013 | 0.018 | 1.28 | 0.04 | 0.51 | 0.21 |
| 0.11 | 0.53 | 0.52 | 0.015 | 0.016 | 1.27 | 0.04 | 0.49 | 0.19 |
| 0.10 | 0.55 | 0.51 | 0.015 | 0.017 | 1.28 | 0.04 | 0.49 | 0.21 |
表2 ER55-B2熔敷金属化学成份(质量百分比)
| C | Mn | Si | S | P | Cr | Ni | Mo | Cu |
| 0.10 | 0.44 | 0.43 | 0.013 | 0.018 | 1.27 | 0.04 | 0.43 | 0.20 |
| 0.09 | 0.42 | 0.41 | 0.013 | 0.017 | 1.28 | 0.03 | 0.42 | 0.21 |
| 0.09 | 0.42 | 0.41 | 0.012 | 0.016 | 1.26 | 0.04 | 0.44 | 0.19 |
表3 ER55-B2熔敷金属力学性能
| 抗拉强度R<sub>m</sub> MPa | 屈服强度R<sub>eL</sub> MPa | 延伸率A％ |
| 585 | 505 | 24 |
| 590 | 510 | 22 |
| 570 | 495 | 24 |
本发明焊丝分多次采用对焊丝成份的调整、设计，对焊丝化学成份进行控制冶炼。对冶炼好的钢锭轧制成Φ5.5盘条，再进行热处理、拉拔、镀铜，最终获得Φ1.2的焊丝成品。
本发明的耐热钢气体保护焊丝用于电站钢结构制造中铬钼钢焊接，其熔敷金属化学成分和各种性能如表4、表5、表6所示。
本发明焊丝，采用80Ar+20％CO2气体保护，进行熔敷金属性能试验，对接试板焊后热处理后(620℃/2h)的力学性能如表6所示。焊接试板为12Cr1MoV，板厚20mm，坡口角度45°，垫板厚度12mm，根部间隙12mm。
表4 焊丝的化学成份(质量百分比)
| C | Mn | Si | S | P | Cr | Ni | Mo | Cu | Fe | |
| 实施例1 | 0.06 | 0.95 | 0.56 | 0.008 | 0.014 | 1.28 | 0.07 | 0.54 | 0.21 | 余量 |
| 实施例2 | 0.07 | 0.92 | 0.55 | 0.009 | 0.014 | 1.29 | 0.06 | 0.55 | 0.22 | 余量 |
| 实施例3 | 0.07 | 0.89 | 0.55 | 0.008 | 0.012 | 1.26 | 0.06 | 0.55 | 0.20 | 余量 |
| 实施例4 | 0.08 | 0.97 | 0.54 | 0.007 | 0.014 | 1.29 | 0.07 | 0.53 | 0.21 | 余量 |
| 实施例5 | 0.06 | 0.92 | 0.54 | 0.007 | 0.014 | 1.30 | 0.07 | 0.54 | 0.20 | 余量 |
| 实施例6 | 0.07 | 0.98 | 0.52 | 0.009 | 0.011 | 1.31 | 0.06 | 0.53 | 0.19 | 余量 |
表5 熔敷金属
| C | Mn | Si | S | P | Cr | Ni | Mo | Cu | |
| 实施例1 | 0.06 | 0.94 | 0.45 | 0.005 | 0.013 | 1.28 | 0.05 | 0.51 | 0.22 |
| 实施例2 | 0.07 | 0.98 | 0.47 | 0.007 | 0.014 | 1.30 | 0.04 | 0.50 | 0.20 |
| 实施例3 | 0.065 | 0.92 | 0.43 | 0.005 | 0.011 | 1.30 | 0.05 | 0.50 | 0.20 |
表6 熔敷金属力学性能
| 抗拉强度R<sub>m</sub>MPa | 屈服强度R<sub>eL</sub>MPa | 延伸率A％ | |
| 实施例1 | 640 | 525 | 28 |
| 实施例2 | 650 | 530 | 28 |
| 实施例3 | 620 | 510 | 29 |
本发明焊丝与国标ER55-B2相比在电站设备应用上性能都有明显提高。
本发明焊丝在应用到电站耐热钢设备的制造过程中熔敷金属和接头除具有以上特点外，还具有较好的焊接工艺性能、送丝通畅、飞溅少的优点。
本发明的焊丝适用于电站设备的制造。本焊丝在电站设备的制造中使用达5批次以上并取得了较好的效果。
Claims (4)
1.耐热钢气体保护焊丝，其特征在于，所述耐热钢气体保护焊丝的化学成分及质量百分含量为C：0.05～0.10％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.80～1.10％、S：≤0.025％、P：≤0.025％、Cr：1.20～1.50％、Ni：≤0.20％、Mo：0.45～0.65％、Cu：≤0.35％；余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐热钢气体保护焊丝，其特征在于，所述S的质量百分含量为≤0.020％。
3.根据权利要求1所述的耐热钢气体保护焊丝，其特征在于，所述P的质量百分含量为≤0.020％。
4.根据权利要求1所述的耐热钢气体保护焊丝，其特征在于，所述保护气体体积比为80％Ar、20％CO2。
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