CN102189352B - 一种p92钢埋弧焊焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种P92钢埋弧焊焊丝，其化学组成成分及其质量百分比如下：C：0.06～0.08%，Si：≤0.40%，Mn：0.4～1.0%，P：≤0.015%，S：≤0.015%，Cr：9.0～10%，Mo：0.3～0.6%，V：0.15～0.25%，W：1.5～2.0%，Ni：≤0.6%，Nb：0.03～0.07%，Co：0.8～1.0%，B：0.001～0.005%，N：0.03～0.07%，余量为铁。将本发明焊丝用于埋弧焊焊接中，在保证焊接接头高温性能的前提下，提高了焊缝韧性，保证埋弧焊这一高效焊接方法在锅炉制造中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及P92钢的焊接材料，特别涉及一种应用于P92钢埋弧焊工艺的焊接材料。
背景技术
P92钢是在P91钢的基础上添加一定量的钨元素、适当降低钼元素含量、添加微量硼元素而得到的一种新型马氏体耐热钢，被广泛用于超超临界锅炉主蒸汽管、集箱等厚壁管道。埋弧焊作为一种机械化焊接方法，具有生产效率高、焊缝质量高和劳动条件好的优点，在锅炉部件制造中具有显著的技术和成本优势。但是，埋弧焊的焊缝韧性偏低，影响了埋弧焊这一高效焊接方法在锅炉制造中的应用。目前P92钢埋弧焊焊丝大多采取与P92钢成分相近的合金化设计，并在P92钢基础上添加一定的镍、锰元素来改善焊缝韧性，但效果有限，而且若镍、锰元素含量过大会导致Ac1相变点明显降低，影响了焊后热处理工艺的实施，给焊接接头的高温性能带来不利影响(Brühl.Verhalten des 9％-ChromstahlesX10CrMoVNb91 und seiner Schweiβverbindungen im Kurz-undLangzeitversuch.Dissertation，Graz 1989)。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高焊缝韧性的P92钢埋弧焊焊丝。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：
一种P92钢埋弧焊焊丝，其化学组成成分及其质量百分比如下：
C：0.06～0.08％，Si：≤0.40％，Mn：0.4～1.0％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：9.0～10％，Mo：0.3～0.6％，V：0.15～0.25％，W：1.5～2.0％，Ni：≤0.6％，Nb：0.03～0.07％，Co：0.8～1.0％，B：0.001～0.005％，N：0.03～0.07％，余量为铁。
根据焊接冶金理论，适当降低含碳量可以提高焊缝韧性，但过低的含碳量会影响焊缝金属高温蠕变断裂强度，目前P92钢焊丝中碳的质量百分含量一般控制在0.1～0.12％，为了提高焊缝韧性又不影响焊缝金属高温蠕变断裂强度，本发明在现有P92钢埋弧焊焊丝的成分基础上适当降低了含碳量，将本发明焊丝中碳的质量百分含量控制在0.06～0.08％。
焊接后因为冷却速度较快，在焊缝金属中易形成δ铁素体，由于δ铁素体是一种脆性相，焊缝中若出现较多δ铁素体，将明显降低焊缝韧性(Naoi H，MimuaH，Ohgami M，Morimoto H，Tanaka T，Yazaki Y NF616 pipe production and propertiesand welding consumable development.Conference New Steels for Advanced Plant upto 620℃，EPRI，London，1995)，为了提高焊缝韧性，需要加入一定量的奥氏体化元素来抑制δ铁素体的形成。本发明采取加入奥氏体化元素钴，钴的加入在抑制δ铁素体形成的同时又几乎不降低Ac1相变点，在保证了焊接接头高温性能的同时，可提高焊缝韧性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明焊丝是在现有P92钢埋弧焊焊丝的成分基础上，通过适当降低碳含量、加入适量钴元素的方法得到一种新组份的埋弧焊焊丝，将本发明焊丝用于埋弧焊焊接中，在保证焊接接头高温性能的前提下，提高了焊缝韧性，保证埋弧焊这一高效焊接方法在锅炉制造中的应用。
附图说明
图1为本发明焊丝焊缝金属的显微组织；
图2为本发明焊丝与英国Metrode公司的9CrWV型焊丝的焊缝金属常温冲击韧性平均值对比；
图3为以本发明焊丝为焊接材料的P92埋弧焊接头的持久强度曲线。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例：按质量百分比取C：0.08％、Si：0.30％、Mn：0.78％、P：0.007％、S：0.003％、Cr：9.50％、Mo：0.30％、V：0.2％、W：1.52％、Ni：0.52％、Nb：0.033％、Co：0.91％、B：0.0038％、N：0.057％、余量为Fe，用常规电炉冶炼法冶炼，经退火后在拉丝机上拉拔制成直径为Φ2.4mm的焊丝。
以所得焊丝为焊接材料，以碱性氟化物为烧结焊剂，对Φ325mm×71mm的P92管道进行对接埋弧焊工艺试验，坡口为U型，焊接工艺参数为：焊接电流370～390A、焊接电压30～36V、焊接速度13～22m/h、预热温度200～250℃、层间温度280～320℃，焊后进行755℃×5h的热处理，然后对焊接接头和焊缝作如下性能检测：
1)按DL/T820-2002《钢制承压管道对接焊接接头超声波检验技术规程》对焊缝进行UT探伤，超声探伤结果为I级；
2)在光学显微镜下观察焊缝的显微组织，见图1所示，结果表明焊缝组织为马氏体，未发现δ铁素体，该结果满足DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》规定的焊缝金相组织中的δ铁素体含量不超过8％的要求；
3)按GB/T2651-1989《焊接接头拉伸试验方法》和GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》的相关规定对焊接接头进行常温拉伸试验测量抗断强度，试验结果见表1，结果符合DL/T868-2004《焊接工艺评定规程》、ASME335的技术要求；
4)按GB/T2653-1989《焊接接头弯曲及压扁试验方法》和GB/T14452-93《金属弯曲力学性能试验方法》的规定对焊接接头进行弯曲试验，试验结果见表2，结果符合DL/T868-2004《焊接工艺评定规程》的技术要求。
5)按照GB/T2650-1989《焊接接头冲击试验方法》的规定对焊接接头进行冲击试验测试冲击韧性，采用夏比(Charpy)V形缺口试样为标准试样，缺口开在焊缝，冲击试验方法、试验设备以及试验温度等按GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》进行，试验结果见表3，冲击试验结果大于41J，满足DL/T868-2004《焊接工艺评定规程》的技术要求；
6)采用圆形比例试样，按GB/T4338-1995《金属材料高温拉伸试验》规定进行焊接接头高温拉伸试验，试验温度为600℃，试验结果见表4，结果符合EN10216标准对该试验温度下屈服强度的技术要求；
7)按照GB/T 2039-1997《金属高温蠕变及持久强度试验方法》，对焊接接头进行600℃、1万小时以上的高温持久强度试验，接头持久强度曲线见图3，该曲线可由公式1gσ＝2.4353-0.07041gτ表示，其中，σ为试验应力(单位：MPa)，τ为破断时间(单位：小时)，表5比较了接头和母材在600℃下1万小时和10万小时的持久强度，并计算了接头的热强系数，其中10万小时数据为公式推导结果，母材的数据来源于欧洲蠕变委员会(ECCC)2003年数据，接头热强系数的计算公式为：接头热强系数＝接头持久强度/母材持久强度。
表1焊接接头常温拉伸试验结果(横向)
表2焊接接头弯曲试验结果
表3焊缝冲击试验结果
表4焊接接头高温拉伸试验结果
表5焊接接头热强系数的计算
| 材料 | 1万小时持久强度 | 10万小时持久强度 |
| 接头 | 142.5 | 121.1 |
| 母材 | 152 | 131 |
| 接头热强系数 | 0.94 | 0.92 |
当焊丝化学组成成分的质量百分比在如下范围内时：C：0.06～0.08％，Si：≤0.40％，Mn：0.4～1.0％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：9.0～10％，Mo：0.3～0.6％，V：0.15～0.25％，W：1.5～2.0％，Ni：≤0.6％，Nb：0.03～0.07％，Co：0.8～1.0％，B：0.001～0.005％，N：0.03～0.07％，余量为铁，该焊丝仍具有与实施例所述焊丝相当的焊接性能。
Claims (1)
1.一种P92钢埋弧焊焊丝，其特征在于，其化学组成成分及其质量百分比如下：C：0.06~0.08%，Si：≤0.40%，Mn：0.4~1.0%，P：≤0.015%，S：≤0.015%，Cr：9.0~10%，Mo：0.3~0.6%，V：0.15~0.25%，W：1.5~2.0%，Ni：≤0.6%，Nb：0.03~0.07%，Co：0.8~1.0 %，B：0.001~0.005%，N：0.03~0.07%，余量为铁。
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