CN106736033B - G115耐热钢用氩弧焊焊丝 - Google Patents
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Abstract
一种G115耐热钢用氩弧焊焊丝，属于焊接材料技术领域。其成分重量百分数为：C 0.07～0.09％，Si≤0.3％，Mn≤0.7％，P≤0.002％，S≤0.001％，Cr 8.5～9.5％，W 2.8～3.3％，Co 2.8～3.5％，Nb 0.04～0.08％，V 0.18～0.25％，Cu 0～0.5％，N 0.007～0.008％，B 0.011～0.014％，Ti 0～0.001％；余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明通过各元素的综合作用，焊接熔敷金属成分不但具有与母材相近的化学成分，而且具有与母材相匹配的优异物理、力学性能和优良的冲击韧性；焊接工艺性能优良，焊接时飞溅小，焊缝金属流动性好，焊缝成形性好；适用于G115耐热钢埋弧焊焊接。
Description
技术领域
本发明属于金属材料焊接用实芯焊丝技术领域，特别是提供了一种G115耐热钢用氩弧焊实芯焊丝，特别适用于对G115耐热钢相关管道进行氩弧焊。
背景技术
近日，能源局发布的《电力发展“十三五”规划》中明确指出：至2020年，我国电力总装机容量为20亿千瓦；在电源结构方面，煤电装机容量力争控制在11亿千瓦以内，虽然煤电装机容量占比55％，但是煤电发电量占比仍高达62％。规划还表明：国家层面已经下决心进行煤电转型升级，促进清洁有序发展。因此，高参数、高效率、低能耗的超超临界燃煤机组是未来我国新建和改造煤电机组的方向。
耐热材料是制约火电机组向更高参数发展的“瓶颈”问题。在电站建设和锅炉安装过程中，管道与管道之间的连接是通过焊接实现的，因此，电站高温部件焊接接头的性能对电站安全可靠地运行有着重要的影响。实践表明：焊接接头的失效是高温承压部件失效的一种主要方式，它们常常具有早期失效的倾向。
专利ZL 201210574445.1的《蒸汽温度超超临界火电机组用钢及制备方法》，是我国自主研发的可用于630-650℃超超临界火电机组的马氏体耐热钢，企业牌号为：G115。国内冶金制造企业已打通了G115耐热钢锅炉管(40-100吨)EAF+LF+VD/VIM+ESR→热穿管/热挤压管/热轧管全工业生产流程，满足未来市场需求的大、小口径规格，并固化了生产工艺。目前，我国几家电力集团正积极筹建世界首台630℃超超临界燃煤示范电站；受国家能源局委托，电力规划总院已多次组织召开650℃超超临界燃煤发电技术可行性研讨会。未来G115耐热钢将成为发展趋势。申请人在申请号为：201610827615.0，发明名称《一种马氏体耐热钢焊接用焊条》的专利文献中公开了一种马氏体耐热钢的电弧焊焊条，但相应的氩弧焊实芯焊丝仍然处于空白。
研制与G115耐热钢匹配的氩弧焊实芯焊丝，对于推动其工业应用，确保电站机组安全可靠运行，具有重大意义。因此，发明一种G115耐热钢用氩弧焊焊丝迫在眉捷。
发明内容
本发明目的在于提供一种G115耐热钢用氩弧焊焊丝，以达到焊接熔敷金属不但具有与G115耐热钢管道母材相近的化学成分，而且具有与母材匹配的强度-韧性和优良的抗裂纹敏感性；以延长G115耐热钢管道服役寿命，确保超超临界火电机组安全可靠运行；焊接时飞溅小，焊缝金属流动性好，焊缝成形好。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明G115耐热钢用氩弧焊焊丝的成分重量百分数为：C 0.07～0.09％；Si≤0.3％；Mn≤0.7％；P≤0.002％；S≤0.001％；Cr 8.5～9.5％；W 2.8～3.3％；Co 2.8～3.5％；Nb 0.04～0.08％；V 0.18～0.25％；Cu 0～0.5％；N 0.007～0.008％；B 0.011～0.014％；Ti 0～0.001％；余量为Fe及不可避免的杂质元素；将生产上述成分焊丝所需的原料按照常规焊丝冶炼工艺、按比例和一定顺序投入真空感应炉或钢水包内，经冶炼、制成盘条，拉拔至要求直径后、再经表面处理、分卷即成。
本发明原理阐述如下：
C/N/B：降低C含量，焊缝金属的强度降低；提高C含量，韧性降低，同时焊缝出现气孔和裂纹的倾向增大。N固溶于基体可提高强度，过量的N会形成氮化物，氮化物易成为裂纹源，对高温强度不利。B在熔池金属凝固过程中与N易结合为BN，降低固溶N的含量；B还可细化晶粒；固溶B能抑制奥氏体晶间的先共析铁素体的析出，提高抗裂性，减小氢脆。但是B元素含量较高时，若N含量过高，可能会与形成粗大的BN颗粒，在本身严重弱化钢的强韧性的同时，还将消耗用于B元素，从而不利钢的高温强度。综合考虑C、N和B的关系，即要提高焊接工艺性，同时要控制碳化物数量和分布，防止氮化物形成。因此，本发明焊丝中C含量控制在0.07～0.09％；N含量0.007～0.008％；B含量0.011～0.014％。
Cr：其作用主要有三个方面：一是溶于基体，起固溶强化作用；二是易形成Cr2O3氧化膜，提高抗高温氧化和腐蚀性能；三是形成碳化物，起析出强化作用。提高Cr含量有利于高温抗腐蚀性能，但Cr含量过高会降低持久强度，因此，本发明焊丝中Cr含量控制在8.5～9.5％。
W：是典型的固溶强化元素，由于W的原子半径比Mo的原子半径大，W固溶引起的晶格畸变比Mo元素大，所以W的固溶强化效果比Mo明显。当W含量过高时，易导致δ铁素体的产生，对钢的综合性能非常不利。因此，本发明焊丝中W含量范围控制在2.8～3.3％。
Nb和V：都是强碳化物形成元素，能形成稳定的碳化物，提高钢的蠕变极限和持久强度，特别是Nb-V复合添加时效果更明显。本发明焊丝中Nb含量控制在0.04～0.08％；V含量控制在0.18～0.25％。
Co：对于钢中含有较高的Cr-W和Nb-V等促进铁素体形成元素，为抑制钢中δ铁素体的形成，加入奥氏体形成元素Co将在显著抑制δ铁素体形成的同时，对钢的其它性能基本没有不利影响。因此，本发明焊丝中Co含量控制在2.8～3.5％。
Cu：固溶在基体中可以阻碍位错移动从而降低蠕变速率。含铜钢中，铜在基体中的溶解度约为0.5％，基体中固溶其它元素对Cu溶解度有影响。过量的Cu含量易产生龟裂，提高裂纹敏感性。因此，本发明焊丝中Cu含量控制在0～0.5％。
Ti：过量的Ti易形成氮化物，必须严控Ti含量，防止与C、N结合形成碳氮化物。因此，本发明将焊丝中控制Ti含量的范围为0～0.001％。
焊丝中S、P等有害元素尽可能的最低，分别控制S≤0.001％；P≤0.002％。
本发明的有益效果：本发明由于通过各元素的综合作用，特别是C、B、N、Cu、Ti含量优化添加，合理控制碳化物形成，防止了氮化物形成，抗裂纹敏感性提高50％；焊接熔敷金属成分不但具有与母材相近的化学成分，而且具有与母材相匹配的优异物理、力学性能和优良的冲击韧性；焊接接头室温冲击功≥50J；室温下抗拉强度≥745MPa，屈服强度≥585MPa；焊接工艺性能优良，焊接时飞溅小，焊缝金属流动性好，焊缝成形性好。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例均按照常规埋弧焊焊丝冶炼工艺后制成盘条，经拉拔至直径Φ2.4mm后，再经表面处理、分卷得到成品焊丝。
实施例1：
焊丝化学成分及重量百分比为：C 0.09％；Si 0.3％；Mn 0.7％；P 0.002％；S0.001％；Cr 8.8％；W 2.9％；Co 3.0％；Nb 0.05％；V 0.21％；Cu 0.5％；N 0.008％；B0.013％；Ti 0.001％；余量为Fe及不可避免的杂质。本实施例焊丝采用氩弧焊焊接，高纯氩气(≥99.99％)保护，焊接参数为：焊接电流为130A，电弧电压13V，预热温度120℃，层间温度100℃；焊后热处理温度760℃。焊缝金属力学性能为：室温冲击功65J；室温下抗拉强度780MPa，屈服强度600MPa。
实施例2：
焊丝化学成分及重量百分比为：C 0.85％；Si 0.2％；Mn 0.5％；P 0.002％；S0.001％；Cr 9.0％；W 3.3％；Co 3.1％；Nb 0.07％；V 0.20％；Cu 0.1％；N 0.007％；B0.014％；Ti 0％；余量为Fe及不可避免的杂质。本实施例焊丝采用氩弧焊焊接，高纯氩气(≥99.99％)保护，焊接参数为：焊接电流为130A，电弧电压13V，预热温度120℃，层间温度100℃；焊后热处理温度760℃。焊缝金属力学性能为：室温冲击功62J；室温下抗拉强度790MPa，屈服强度610MPa。
实施例3：
焊丝化学成分及重量百分比为：C 0.07％；Si 0.3％；Mn 0.6％；P 0.002％；S0.001％；Cr 8.5％；W 3.0％；Co 2.9％；Nb 0.06％；V 0.18％；Cu 0％；N 0.007％；B0.012％；Ti 0％；余量为Fe及不可避免的杂质。本实施例焊丝采用氩弧焊焊接，高纯氩气(≥99.99％)保护，焊接参数为：焊接电流为130A，电弧电压13V，预热温度120℃，层间温度100℃；焊后热处理温度760℃。焊缝金属力学性能为：室温冲击功70J；室温下抗拉强度765MPa，屈服强度590MPa。
本发明采用上述方案，焊接熔敷金属成分不但具有与母材相近的化学成分，而且具有与母材相匹配的优异物理、力学性能和优良的冲击韧性；焊接工艺性能优良，焊接时飞溅小，焊缝金属流动性好，焊缝成形好，具有优良的抗裂纹敏感性，为推动G115耐热钢工程化应用提供了一种理想的新型焊接材料。
Claims (1)
1.一种G115耐热钢用氩弧焊焊丝，其特征在于，以重量百分数计焊丝的成分为：C 0.07～0.09％，Si≤0.3％，Mn≤0.7％，P≤0.002％，S≤0.001％，Cr 8.5～8.8％，W 2.8～3.3％，Co 2.8～3.5％，Nb 0.04～0.08％，V 0.18～0.25％，Cu 0～0.5％，N 0.007～0.008％，B 0.011～0.014％，Ti 0～0.001％；余量为Fe及不可避免的杂质元素；
焊接性能：抗裂纹敏感性提高50％；焊接接头室温冲击功≥50J；室温下抗拉强度≥745MPa，屈服强度≥585MPa。
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