CN102233492A - 耐热钢埋弧焊丝及焊剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐热钢埋弧焊丝及焊剂，该焊丝中各成分的重量百分比分别为C：0.07～0.15％、Si：0.05～0.30％、Mn：0.45～1.0％、P：0～0.010％、S：0～0.010％、Cr：1.00～1.75％、Mo：0.45～0.65％、Cu：0～0.15％、余量为铁及其他不可避免杂质；该焊剂由以下重量百分比的原料经高温烧结而成CaF2：10～30％、MgF2：5～15％、CaO：5～20％、MgO：10～25％、Al2O3：10～30％、SiO2：5～15％。这种耐热钢埋弧焊丝及焊剂焊后经高温热处理后焊缝仍具有很高的抗拉强度和冲击韧性，有较好的屈强比，及延伸率。此外焊接作业性能极佳：电弧稳定，焊缝成型美观，脱渣容易，抗裂性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊丝及焊剂，尤其涉及一种用于550MPa级耐热钢焊接用的埋弧焊丝及焊剂。
背景技术
耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、工业炉、动力机械和航空、石油化工、核电等工业部门中在高温下工作的零部件。目前，耐热钢的使用温度范围为200～1300℃，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境十分复杂。所以现在的耐热钢焊接材料除要求高温强度外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。国内在耐热钢埋弧焊丝、焊剂以及焊接工艺存在着较大的不稳定性，热裂问题等时有发生，对于压力容器尤其是航空、核电工业等方面的危害尤其严重，急需改进。
目前市场上常用的高强耐热钢埋弧焊丝和焊剂，很难满足在不同的热处理条件下在高温时都具有良好的力学性能。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种耐热钢埋弧焊丝及焊剂，在高温条件下，该焊丝和焊剂具有优良的韧性、可加工性和焊接性，并能在不同的热处理条件下都具有良好的力学性能。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种耐热钢埋弧焊丝及焊剂，所述焊丝中各成分相对该焊丝的重量百分比分别为：
C：0.07～0.15％；
Si：0.05～0.30％；
Mn：0.45～1.0％；
P：0～0.010％；
S：0～0.010％；
Cr：1.00～1.75％；
Mo：0.45～0.65％；
Cu：0～0.15％；
余量为铁及其他不可避免杂质；
所述焊剂由以下原料经高温烧结而成，并且各原料占该焊剂原料总量的重量百分比分别为，
CaF2：10～30％；
MgF2：5～15％；
CaO：5～20％；
MgO：10～25％；
Al2O3：10～30％；
SiO2：5～15％。
耐热钢埋弧焊丝采用这种化学配比和配有合适的焊剂，使焊缝熔敷金属可以保证有良好的综合力学性能，并在化学性能，理化性能，耐热性能等指标上使焊缝熔敷金属与母材达到最佳匹配。
对于耐热钢焊接材料，需要有耐高温能力，同时又要有足够的强度，即热强性。一般通过添加一定量的合金元素实现此目的。对于焊丝来说其各种合金元素的搭配非常重要，下面就对本发明中各类合金金元素的作用加以说明：
C 为提高钢的热强性需要形成稳定的第二项，主要是碳化物相，因此，为提高热强性需要适当提高碳含量，如能同时加入强碳化物形成元素Nb、Ti、V等就更有效。但钢中碳含量增加，会降低钢的塑性和可焊性。因此除强度要求较高的钢中外，一般奥氏体型耐热钢中的碳含量都控制在较低的范围内。本发明中碳的质量分数控制在0.070-0.15％之间。
Cr 在高温下能促使金属表面生成致密的钝化膜，防止继续氧化，能够提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀，并能提高耐热钢的热强性。可见铬元素是耐热钢具备强大耐热性能所必不可少的元素之一。本发明中铬元素含量控制在1％-1.75％。
Si 能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度和硬度，也是耐热钢中抗高温腐蚀的有益元素，但是，Si能降低钢的焊接性，因为Si与氧的亲和力比铁强，在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，引起喷溅现象，影响焊缝质量。因此，Si的含量不宜过高，本发明埋弧焊丝的Si含量较低。但由于焊剂中SiO2的存在，会对焊缝有一定的增Si作用，提高了脱氧能力也使熔池具有一定的流动性。本发明Si元素的质量分数控制在0.05-0.30％。
Mn 锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，它使钢形成和稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，以锰代镍的耐热钢，有广泛的用途。锰对钢的高温瞬时强度虽有所提高，但对持久强度和蠕变强度则没有什么显著的作用。本发明的锰含量控制在0.45-1.0％。
Mo 加入钢中能提高淬透性，Mo能耐蠕变，耐点蚀，耐海水腐蚀。本发明埋弧焊剂Mo的含量为0.45-0.65％。
P，S 磷硫在焊接时极易形成低熔点化合物，增加焊接接头的热裂倾向，磷易在焊缝中形成低熔点磷化物，增加热烈敏感性，而硫则容易在焊接热影响区形成低熔点硫化物而增加热裂敏感性，在焊缝中，硫对热裂的敏感性比磷弱，这是因为在焊缝中硫能形成MnS，并且离散分布在焊缝中。而在热影响区中则相反，因为硫的扩散速度比磷快，更容易在晶界中偏析。所以焊缝中硫、磷的最高质量分数都应该控制在0.015％以内。本发明磷硫质量分数都控制在0.01％以内。
本发明的有益效果是：本发明的埋弧焊丝的化学成分特点是含有较低的C，Si，较高的Cr和Mo，，含有少量的Mn，对有害元素P、S的含量控制得很低。通过合理调整各种合金元素含量，使其在焊接过程中有着良好的操作性，使焊后的焊缝金属高温下具有高的抗拉强度(425℃，抗拉强度为550-700MPa)和良好的冲击韧性(-5℃，Akv≥150J)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明：
用本发明的焊丝设计方案冶炼三种焊丝(规格4.0mm)，记作焊丝①、焊丝②、焊丝③，其化学成分见表一；用本发明的焊剂设计方案制造五种焊剂，记作焊剂①、焊剂②、焊剂③、焊剂④、焊剂⑤，其化学成分见表二：
表一焊丝化学成分(重量％)
表二焊剂组成成分(重量％)
实施例1：用本发明焊丝①与焊剂①配合焊接，焊接工艺规范为：电流550A，电压32V，焊接速度420mm/min，焊后690℃*22小时热处理，高温拉伸，焊接过程中作业性良好，焊后试板拍片无气孔。焊后熔敷金属的物化性能如下表三：
表3焊丝1和焊剂1所得焊缝金属的物理、化学性能：
实施例2：用本发明焊丝②与焊剂②配合焊接，焊接工艺规范为：电流550A，电压32V，焊接速度420mm/min，焊后690℃*22小时热处理，高温拉伸，焊接过程中作业性良好，焊后试板拍片无气孔。焊后熔敷金属的物化性能如下表4：
表四焊丝②和焊剂②所得焊缝金属的物理、化学性能：
实施例3：用本发明焊丝③与焊剂③配合焊接，焊接工艺规范为：电流550A，电压32V，焊接速度420mm/min，焊后690℃*22h小时热处理，高温拉伸，焊接过程中作业性良好，焊后试板拍片无气孔。焊后熔敷金属的物化性能如下表五：
表五焊丝③和焊剂③所得焊缝金属的物理、化学性能：
实施例4：用本发明焊丝③与焊剂④配合焊接，焊接工艺规范为：电流550A，电压32V，焊接速度420mm/min，焊后690℃*22h小时热处理，高温拉伸，焊接过程中作业性良好，焊后试板拍片无气孔。焊后熔敷金属的物化性能如下表六：
表五焊丝③和焊剂④所得焊缝金属的物理、化学性能：
通过以上实验说明本发明所提供之耐热钢用埋弧焊丝及焊剂，有着优良的焊接操作性，适合于480-660MPa级别的耐热钢高温环境下的焊接，其熔敷金属的物理、化学性能均能满足热电站、核动力、石油精炼、合成化工等场所之焊接。
Claims (1)
1.一种耐热钢埋弧焊丝及焊剂，其特征在于：所述焊丝中各成分相对于该焊丝的重量百分比分别为，
C：0.07～0.15％；
Si：0.05～0.30％；
Mn：0.45～1.0％；
P：0～0.010％；
S：0～0.010％；
Cr：1.00～1.75％；
Mo：0.45～0.65％；
Cu：0～0.15％；
余量为铁及其他不可避免杂质；
所述焊剂由以下原料经高温烧结而成，并且各原料相对于该焊剂原料总量的重量百分比分别为，
CaF2：10～30％；
MgF2：5～15％；
CaO：5～20％；
MgO：10～25％；
Al2O3：10～30％；
SiO2：5～15％。
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