CN101983827B

CN101983827B - 一种合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝

Info

Publication number: CN101983827B
Application number: CN 201010511624
Authority: CN
Inventors: 毛天平; 刘兴诚
Original assignee: CHENGDU XINDAYANG WELDING MATERIAL Co Ltd
Current assignee: CHENGDU XINDAYANG WELDING MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: CN101983827A

Abstract

本发明公开了一种合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝。该焊丝的主要元素及其百分含量为：C：0.05～0.18，Mn：0.80～1.20，Si：0.40～0.80，S：≤0.010，P：≤0.010，Cu：≤0.35，Cr：2.20～3.80，Ni：0.40～0.80，Mo：0.90～1.30，W：0.30～0.80，V：0.20～0.50，Ti：0.08～0.16，B：0.0035～0.005，Al：≤0.05，余量为Fe；所述合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝用于工作温度在600℃条件下核电锅炉、气轮发电机、高压蒸气管道、石油化工设备和核动力装置的耐热钢2.25Cr-1Mo和12CrMoWVB合金耐热钢、SA-335P22钢的焊接，该合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝工作时的焊接工艺参数为：焊丝直径Φ4.0mm，配合焊剂SJ101，焊接电流550A，焊接电压30V，道间温度135～165℃。本发明在600℃的高温条件下长期服役可杜绝发生蠕变断裂现象。

Description

一种合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体地，涉及一种合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝。

背景技术

一、现有埋弧焊丝如中国专利申请号02119591.9公开的燕山大学提出的“适用于低碳微合金钢的高韧性焊丝”专利。焊丝的化学成分配方如下：C: 0.01～0.12%、Si: 0.10～0.40%、Mn: 0.60～2.30%、Cr: 0.01～0.22%、Mo: 0.08～0.60%、V:0.004～0.06%、Cu:0.01～0.50%、Ni: 0.01～0.60%、Al: 0.01～0.06%、Nb: 0.02～0.08%、Ti: 0.01～0.20%、B: 0.0001～0.01%、Re: 0.001～0.5%。

这种焊丝含有Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V、Ti、B、Re等合金元素。成分设计较为复杂，且不耐热。

二、1984年公开专利JP（昭）59—4994A的高强度耐热钢埋弧焊丝，焊丝化学成份配方为：C：0.04～0.18%、Si: ≤0.06%、Mn: 0.30～0.90%、Cr: 0.90～3.50%、Ni: 0～0.30%、Mo: 0.40～1.20%。该耐热钢焊丝只代表了90年代的技术水平，在600℃高温工作环境中，技术上更加强调要求提高焊缝及熔敷金属的抗蠕变性的今天，该焊丝在600℃工作条件下的抗蠕变性能具有一定的局限性。在耐热钢焊丝中Cr、Ni、Mo联合作用可保证材料足够的热强性、高温强度、蠕变抗力和耐热温度。（一）该公开专利在成份设计中Ni为0～0.30%，当含量处于中下线或逐渐为“0”时就失去了相应的作用，其耐热温度、蠕变抗力等性能也会下降；（二）成份设计中不含W、V、Ti、B等合金元素，这种焊丝已不能满足当前核电锅炉、石油化工设备等耐高温、抗蠕变、高抗张强度的焊接需求；（三）由于以前炼钢技术的制约，对S、P做不到严格的控制，该专利记载的焊丝焊接后所得到的焊缝熔敷金属高温抗蠕变性能受到制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝，该焊丝耐高温、抗蠕变、具有良好的高温组织稳定性和具有良好的抗张强度、屈服强度的耐热钢埋弧焊丝，可解决工作温度在600℃条件下的核电锅炉、气轮发电机、高压蒸气管道、石油化工设备和核动力装置等结构的耐热钢2.25Cr-1Mo和12CrMoWVB（102）合金耐热钢SA-335P22钢的焊接。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝，其成分及质量百分比为：

C 0.05～0.18

Mn 0.80～1.20

Si 0.40～0.80

S ≤0.010

P ≤0.010

Cu ≤0.35

Cr 1.80～4.00

Ni 0.20～1.00

Mo 0.80～1.40

W 0.20～1.00

V 0.20～0.50

Ti 0.05～0.20

B 0.0035～0.005

Al ≤0.05

余量为Fe。

其主要元素C: 0.05～0.18%、Mn: 0.80～1.20%、Si: 0.40～0.80%、Cr: 1.80～4.00%、Ni: 0.20～1.00%、Mo: 0. 8～1.40%、W：0.20～1.00%、V：0.20～0.50%、Ti: 0.05～0.20%、B：0.0035～0.005%、Al：≤0.05%。为了保证其性能，本发明的Ni含量为0.20～1.00%， Mo含量为0. 8～1.40%、Cr含量为1.80～4.00%的同时，加入适量的W、V、Ti、B多种元素，采用了多种强化机理，提高接头的高温抗张强度、抗蠕变性能，确保熔敷金属在高温工作条件具有良好的持久的耐热性和热强性。本发明的焊丝除了C、Si、Mn外，采用较高Cr-Ni-Mo加入适量的W、V、Ti、B等合金元素作为耐热体系，配以采用低S、P提高焊缝熔敷金属的抗裂性能和强度。设计成分简单明了，且能解决与耐热钢板2.25Cr-1Mo 低合金钢SA-335P22和12CrMoWVB（102）钢的焊接强度匹配。

进一步，所述申请专利的Cr的优选范围为2.20～3.80%。Ni的优选项范围为0.40～0.80%。Mo的优选项范围为0.90～1.30%。 W的优选范围为0.30～0.80%。Ti的优选项范围为0.08～0.16%。

本发明的埋弧焊丝中低S、低P，主要是为了保证熔敷金属具有高的塑性和抗裂性，确保在600℃工作环境下的高温抗蠕变性能。

加入Cr、Ni、Mo、W、V、B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，以及提高接头的抗张强度、抗蠕变强度和热强性，同时考虑与母材成份的匹配性。在02119591.9公开专利中主要耐热元素Cr含量仅为0.01～0.22%、Mo元素最低只有0.08%。在碳素结构钢中的需限制其Cr、Ni等元素含量，GB699标准规定的各种牌号优质碳素结构钢的化学成份中Ni元素最高不得大于 0.25%，Mo为其中的微量元素。

碳素结构钢其极限工作温度为350℃，碳素钢强度性能随着工作温度的提高而急剧下降。在JP（昭）59—4994A公开专利中主要耐热元素Cr: 0.90～3.50%、Ni: 0～0.30%、Mo: 0.40～1.20%。本发明所述的合金抗蠕变耐热钢其合金系列为（Cr、Ni、Mo）系Cr、Ni、Mo元素含量分别高达4.00%、1.00%、1.40%。本发明中加入适量的W、Cr、Mo、B等合金元素能获得固溶强化和形成稳定的弥散相，使其熔敷金属工作温度在600℃时具有良好的抗蠕变性能，其耐热性能更加明显、稳定。加入适量的V、Ti可细化熔敷金属晶粒，从而提高机械性能和耐热钢的抗氧化性，热强性能。

耐热钢埋弧焊丝采用这种化学成分配比和配有合适的焊剂，使焊缝熔敷金属一是可以保证其良好的综合力学性能；二是可以保证在化学成分、理化性能、耐热性能、抗蠕变性能等指标上使焊缝熔敷金属与母材达到最佳匹配。

综上所述，本发明的有益效果是：

1、本发明化学成分设计简明，直接达到高强高韧高耐热的特性，提高熔敷金属在高温条件下的抗蠕变强度。

2、本发明焊丝所得熔敷金属及焊接接头具有良好的耐热性、抗蠕变性能，并具有良好的力学性能及焊接工艺性能，在600℃的高温条件下长期服役可杜绝发生蠕变断裂现象。

3、本发明焊丝保证熔敷金属的综合性能为：屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥550MPa，伸长率≥22%；室温条件下的Akv≥60J，（-20℃条件下）的Akv≥27J。

附图说明

图1 是现有耐热钢埋弧焊丝焊缝熔敷金属金相组织示意图；

图2是本发明耐热钢埋弧焊丝焊缝熔敷金属金相组织示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本实施例的合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝，其成分及质量百分比为：

C 0.05～0.18

Mn 0.80～1.20

Si 0.40～0.80

S ≤0.010

P ≤0.010

Cu ≤0.35

Cr 1.80～4.00

Ni 0.20～1.00

Mo 0.80～1.40

W 0.20～1.00

V 0.20～0.50

Ti 0.05～0.20

B 0.0035～0.005

Al ≤0.05

余量为Fe。

其中，Cr的优选范围为2.20～3.80%。Ni的优选项范围为0.40～0.80%。Mo的优选项范围为0.90～1.30%。 W的优选范围为0.30～0.80%。Ti的优选项范围为0.08～0.16%。

本发明实施例是按照上述设计合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝的材料成分范围，共实施了5组试验并与现有公开专利中的耐热钢埋弧焊丝材料进行了对比（表1、表2），实施例焊丝直径为Φ4.0mm的镀铜埋弧焊丝，实施例是采用熔敷金属焊接试验（焊接工艺参数：焊丝直径Φ4.0mm，配合焊剂SJ101，焊接电流550A，焊接电压30V，道间温度135～165℃）

表1 实施例焊丝的成品化学成份（%）

表2 实施例焊丝熔敷金属的力学性能

Figure 2010105116241100002DEST_PATH_IMAGE002

注：熔敷金属采用的是焊丝+SJ101焊剂

Akv*是五个焊丝试样试验的冲击数值平均值；

表2表明，所实施的焊丝在本发明的成分范围内变化时，熔敷金属的性能均能实现高强度、高延伸率。

说明书附图中，图1、图2均为焊缝熔敷金属金相组织示意图，其放大倍数为400倍，图2为本发明实施例成份(3)合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝与耐热钢板焊接后的焊缝金相组织，组织为铁素体+珠光体，组织均匀、细腻，对比例，图1为现有公开耐热钢焊丝焊接后焊缝的金相组织，组织较粗大，且分布不均匀。

下表（表3）为现有埋弧焊丝与公开专利耐热钢埋弧焊丝的化学成分对比表：

表3：现有埋弧焊丝与公开专利耐热钢埋弧焊丝的化学成分对比表：

本发明的合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝，适于焊接抗拉强度≥550 MPa级Cr-Ni-Mo系耐热钢的焊接。主要用于电站、核动力装置锅炉、石油化工等领域。

如上所述，便可较好的实现本发明。

Claims

1.一种合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝，其特征在于，其成分及质量百分比为：

C 0.05～0.18

Mn 0.80～1.20

Si 0.40～0.80

S ≤0.010

P ≤0.010

Cu ≤0.35

Cr 2.20～3.80

Ni 0.40～0.80

Mo 0.90～1.30

W 0.30～0.80

V 0.20～0.50

Ti 0.08～0.16

B 0.0035～0.005

Al ≤0.05

余量为Fe；所述合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝用于工作温度在600℃条件下核电锅炉、气轮发电机、高压蒸气管道、石油化工设备和核动力装置的耐热钢2.25Cr-1Mo和12CrMoWVB合金耐热钢、SA-335P22钢的焊接，该合金抗蠕变耐热钢埋弧焊丝工作时的焊接工艺参数为：焊丝直径Φ4.0mm，配合焊剂SJ101，焊接电流550A，焊接电压30V，道间温度135～165℃。