CN109093287A - 一种2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊丝及焊剂 - Google Patents

一种2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊丝及焊剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种2.25Cr‑1Mo‑0.25V钢交流埋弧焊接用焊丝，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计，C：0.07‑0.20％，Si：0‑0.3％，Mn:0.5‑1.6％，P：0‑0.010％，S：0‑0.010％，Cr：2.00‑2.60％，Mo：0.90‑1.15％，V：0.30‑0.41％，Nb：0.01‑0.04％，Cu：0‑0.15％，Ni：0‑0.10％，Sb：0‑0.005％，Sn：0‑0.006％，As：0‑0.008％，Ti：0‑0.02％，B：0‑0.01％，O：0‑0.007％，N：0‑0.010％，余量为Fe。一种焊剂，包括以下组份，以质量分数计为，氧化镁：21‑37％，二氧化硅：3‑10％，氧化钙：7‑21％，三氧化二铝:10‑21％，碳酸盐：5.7‑22.7％，萤石：6.5‑21％，钾长石：0‑3％，电解锰：0‑2％，硅铁：0‑1％，铝粉：0‑2.5％。焊剂与焊丝配合使用，在交流埋伏焊工艺下，在焊接过程中，能够获得更大的熔宽，在焊接厚壁时，有利于侧壁的良好熔合，并且焊接后的焊缝金属的低温冲击韧性良好，具有优异的抗裂纹性。

Description

一种2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊丝及焊剂
技术领域
本发明属于焊技术领域，具体涉及一种2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接 用焊丝及与焊丝配合使用的焊剂。
背景技术
2.25Cr-1Mo-0.25V钢是目前炼油装备和炼化装备行业应用最广的一种低合 金耐热钢，在加氢反应器等高温/高压/充氢环境下运行的承压设备中广泛采用。 此类设备的尺寸和壁厚较大，普遍采用的焊接方法为埋弧焊。
2.25Cr-1Mo-0.25V钢设计过程中，采用C-Si-Mn-Cr-Mo-V-Nb-Cu合金体系 实现强化和韧化，并通过热处理工艺获得了优秀的综合性能，包括室温强度、 高温强度、低温冲击韧性、高温持久性能和抗回火脆化性能。
但是，对于焊接接头，由于焊缝金属在电弧的作用下熔化后，所形成的液 态金属熔池体积小，凝固时间很短，其合金强化和韧化的过程与钢板及锻件的 整体冶炼和热处理的过程差异显著，无法借鉴成熟的2.25Cr-1Mo-0.25V钢板及 锻件设计。此外，由于焊接过程中，焊缝的淬硬倾向和焊接过程中扩散氢的存 在，高强度的2.25Cr-1Mo-0.25V钢很容易发生冷裂纹。在随后的消除应力热处 理过程中，金属间化合物的析出及应力释放又极易发生再热裂纹。
因此，2.25Cr-1Mo-0.25V钢埋弧焊焊丝和焊剂组合的设计中，必须对焊丝 和焊剂的成分、配方和制造工艺进行综合设计，在满足多项综合性能要求的前 提下，同时具有良好的焊接工艺性和抗裂纹能力，才能在加氢反应器等厚壁容 器的埋弧焊过程中获得性能良好且无缺陷的焊接接头。
发明内容
本发明的目的之一在于：解决上述现有技术中的不足，提供一种适用于 2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋焊接用的焊丝，以获得性能优异、缺陷少的焊接接 头。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种2.25Cr-1Mo-0.25V钢 交流埋弧焊接用焊丝，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计，
C：0.07-0.20％，Si：0-0.3％，Mn:0.5-1.6％，P：0-0.010％，S：0-0.010％， Cr：2.00-2.60％，Mo：0.90-1.15％，V：0.30-0.41％，Nb：0.01-0.04％，Cu：0-0.15％， Ni：0-0.10％，Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，Ti：0-0.02％， B：0-0.01％，O：0-0.007％，N：0-0.010％，余量为Fe。
优选的，焊丝包括以下组份，以质量分数计为，C：0.09-0.20％，Si：0-0.15％， Mn:0.8-1.5％，P：0.006％，S：0.004％，Cr：2.2-2.5％，Mo：0.95-1.10％，V： 0.30-0.37％，Nb：0.01-0.03％，Cu：0-0.15％，Ni：0-0.01％，Sb：0-0.005％， Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，Ti：0-0.02％，B：0-0.01％，O：0-0.007％， N：0-0.010％，余量为Fe。(交底书中给出的优选含量)
较优选的，焊丝包括以下组份，以质量分数计为，C：0.09-0.14％，Si： 0-0.10％，Mn:0.85-1.1％，P：0.006％，S：0.004％，Cr：2.34-2.4％，Mo：0.95-1％， V：0.32-0.35％，Nb：0.02-0.03％，Cu：0-0.15％，Ni：0.008-0.01％，Sb：0-0.005％， Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，Ti：0-0.02％，B：0-0.01％，O：0-0.007％， N：0-0.010％，余量为Fe。
在本发明的焊丝中，C是保证焊缝常温强度、高温强度、高温持久性能的主 要元素之一。当C含量过低，焊缝的强度不足；而当C过高时，焊缝的淬硬倾 向过强，发生冷裂纹的风险高。焊丝中的C在电弧作用下，会发生一定的烧损， 因此，在焊丝设计时，考虑C在电弧下的烧损，为保证焊缝金属中C的含量， 将焊丝中C的含量控制在0.07-0.20％之间，优选的将C的含量控在0.09-0.20％。
Si是焊接过程脱氧的主要元素之一，但是Si含量过高则对焊缝金属的低温 冲击韧性带来损害，并不利于回火脆化性能。而Si的含量较低时，则会导致脱 氧性差，因此，焊丝中Si不超过0.3％，优选可控于不超过0.25％。
Mn也是焊接过程中脱氧的主要元素之一，Si和Mn联合脱氧时，Mn含量应 达到Si含量的3倍以上能够达到较理想效果。同时，Mn含量对于强度和低温冲 击韧性有改善作用，而当Mn过高时，对焊缝的高温持久性能不利。因此，焊丝 设计时，将Mn控制于0.5-1.6％的范围，优选的可控在0.8-1.5％。
焊丝中的Cr是2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝中保证常温强度、高温强度和高温 持久性能的主要元素。但是当Cr含量过高，会降低高温持久性能。因此，焊丝 设计时，将Cr控制于2.00-2.60％的范围，优选则可控于2.2-2.5％。
焊丝中的Mo是2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝中保证常温强度、高温强度和高温 持久性能的主要元素。但是当Mo含量过高，会降低低温冲击韧性。因此，焊丝 设计时，将Mo控制于0.90-1.15％的范围，优选则可控于0.95-1.10％。
焊丝中V是2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝中保证常温强度、高温强度和高温持久 性能的主要元素，其下限定于0.30％。但是当V含量过高，会降低低温冲击韧性， 且引起埋弧焊的脱渣过程困难，焊接工艺性变差。因此，焊丝设计时，将V控 制于0.30-0.41％的范围，优选则可控于0.30-0.37％。
焊丝中Nb是2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝中保证常温强度、高温强度和高温持 久性能的主要元素，其下限定于0.01％。但是当Nb含量过高，会降低低温冲击 韧性和回火脆化性能，且引起埋弧焊的脱渣过程困难，焊接工艺性变差。因此， 焊丝设计时，将Nb控制于0.01-0.04％的范围，优选则可控于0.01-0.03％。
焊丝中Cu是埋弧焊焊丝表面镀铜所常用元素，其对高温持久性能有一定的 作用。Ni对焊缝的冲击韧性有一定的改善。但是，Cu和Ni含量过高会增加焊 缝发生再热裂纹的风险，因此焊丝设计时，将Cu控制在不超过0.15％，Ni控制 在不超过0.10％。
Ti和B在2.25Cr-1Mo-0.25V钢埋弧焊过程中会降低低温冲击韧性，因此焊 丝设计时，Ti控制在不超过0.02％，B控制在0.01％。
P、S、Sb、Sn和As是2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊接过程中需主要控制的杂质 元素，对于冷裂纹、再热裂纹和抗回火脆化性能都是不利的。几个元素根据其 有害程度的差异，在焊丝设计时，P控于不超过0.010％，S控于不超过0.010％，Sb控于不超过0.005％，Sn超过0.006％，As不超过0.008％。使获得焊接接头的 抗裂纹性能好，抗回火脆性高。
由于在焊接过程中，空气中的O、N会给焊缝金属带来额外的增O和增N的 含量，因此，在焊丝设计时，O不超过0.007％，N不超过0.010％。
通过调节焊丝的各成分的含量，使焊丝具有良好的焊接性以及焊接接头具 有良好的抗裂纹性。
为了实现上述目的，本发明提高一种可与该焊丝配合使用的焊剂，本发明 采用的技术方案为：一种2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊剂，包括以下 组份，以质量分数计为，
氧化镁：21-37％，二氧化硅：3-10％，氧化钙：7-21％，三氧化二铝:10-21％， 碳酸盐：5.7-22.7％，萤石：6.5-21％，钾长石：0-3％，电解锰：0-2％，硅铁： 0-1％，铝粉：0-2.5％。所述的碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁中的一种或两种的混合。
当所述的碳酸盐为碳酸钙，以质量分数计为6.8-22.7％。当所述的碳酸盐为 碳酸镁，以质量分数计为5.7-19.1％。
较优选的，焊剂包括以下组份，以质量分数计为，
氧化镁：30-35％，二氧化硅：7-8％，氧化钙：10-15％，三氧化二铝:15-20％， 碳酸盐：10-18％，萤石：10-21％，钾长石：1-2％，电解锰：1.5-1.8％，硅铁： 0.5-0.6％，铝粉：1.5-1.8％。
较优选的，焊剂包括以下组份，以质量分数计为，
氧化镁：25-35％，二氧化硅：5-8％，氧化钙：10-20％，三氧化二铝:10-20％， 碳酸盐：5.7-22.7％，萤石：6.5-21％，钾长石：1-2％，电解锰：1.5-2％，硅铁： 0.5-0.8％，铝粉：1.5-2％。
需说明的是，在本发明中，碳酸盐的质量分数是根据焊剂在使用分解出的 二氧化碳的含量来计算的，在本明的焊剂中，分解出的二氧化碳的占总焊剂的 质量分数为3-10％，同样的，萤石的质量分数是根据焊剂的氟的质量分数计算的， 在本发明的焊剂中，氟的质量分数为2-10％。
焊剂的成分决定了埋弧焊过程中母材合金的烧损，以及焊接工艺性，熔敷 金属中扩散氢等
氧化镁是埋弧焊造渣的主要矿物。氧化镁可以通过镁砂、碳酸镁等形式加 入，有利于焊接工艺性中的脱渣性和焊缝成形。同时，氧化镁能够提高焊剂的 碱度，减少合金元素的烧损，并降低焊缝的O含量。但是，氧化镁含量过高时， 焊缝成形变得凸起，容易发生焊道边缘熔合不良。因此，焊剂设计时，氧化镁 控于21-37％，优选则可控于25-35％。
二氧化硅可以通过石英、硅灰石、钾长石和水玻璃加入，其熔化后对于熔 渣的粘度和流动性进行调节，有利于获得良好的焊缝成形。但是二氧化硅含量 过高，则会引起焊剂的碱度降低，不利于焊缝低温冲击韧性和抗回火脆化能力。 因此，焊剂设计时，二氧化硅控于3-10％，优选则可控于5-8％。
氧化钙可以通过大理石、硅灰石加入，其能够提高焊剂的碱度，减少合金 元素的烧损，并降低焊缝的O含量。但是，氧化钙过高，则会导致熔渣的流动 性变差。因此，将焊剂中氧化钙的含量控在7-21％，优选则可控于10-20％。
三氧化二铝可以通过刚玉和钾长石加入，焊剂中起到调节熔渣粘度和造渣 作用。但是，三氧化二铝过高，则会导致熔渣的流动性变差，并降低焊剂的碱 度，不利于焊缝低温冲击韧性。因此，将焊剂中三氧化二铝的含量控于10-21％， 优选则可控于10-20％。
碳酸盐为焊接时提供二氧化碳，二氧化碳是降低扩散氢的主要措施，能够 有效提高焊缝的抗冷裂纹能力。但是，通过碳酸镁和碳酸钙加入到焊剂中，的 当碳酸盐加入过多，导致产生的二氧化碳过多时，焊道表面易出现压坑及麻点， 并且焊接烟雾过大，不利于焊接工艺性。因此，焊剂中碳酸盐含量控制在 5.7-22.7％，也就是将二氧化碳的含量控制在3-10％。
氟通过萤石加入，能够降低扩散氢，并且显著调节熔渣的粘度和流动性， 能够获得良好的焊缝成形和改善脱渣性。氟是以萤石的形式加入到焊剂中，当 萤石过多时，导致焊剂的稳弧性不好，不适用于交流焊接过程，焊缝成形不好。 因此，将焊剂中萤石的含量控制在：6.5-21％，相当于将氟的含量控制在2-10％。
钾长石成分中的K电离能较低，能够提高焊剂的稳弧性，使焊剂的交流焊 接稳定性增强。但是焊剂中的钾长石过多会影响到焊剂会降低焊剂的碱度，不 利于焊缝的低温冲击韧性和抗回火脆化性能。因此，焊剂中钾长石含量控制在 不超过3％。
焊剂中电解锰，硅铁，铝粉为焊剂中的脱氧剂，能够降低焊缝中的O含量， 改善焊缝的低温冲击韧性。但是，焊缝的氧含量过低，会产生较多的再热裂纹。
一种制备2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊剂的方法，包括将各组份 原料按含量比混合均匀，得到药粉混合物，再向所述药粉混合物中加入钾钠玻 璃水，搅拌均匀，制成8-60目的颗粒，在650-720℃烘干，制得焊剂。钾钠水 玻璃中的K和Na的电离能较低，提高焊剂在交流焊接时的电弧稳定性，并通过 水玻璃的黏结特点使各原材料团聚成颗粒状。
搅拌均匀后制成粒度8-60目的颗粒，焊剂颗粒过细，则透气性不好，焊道 成形易产生压坑和麻点。焊剂颗粒过粗，则空气易侵入焊缝，对焊缝的保护不 佳，因此控制颗粒度于8-60目。经过650-720℃高温烘干1.5h以上，获得焊剂 成品。将烘干的温度设置在650-720℃，烘干时间在1.5h以上，可保证99％以 上的水份从焊剂颗粒中散出，降低焊缝的扩散氢，而且焊剂颗粒经过烧结后， 具有足够的强度，能够在运输和使用过程中，保持尺寸稳定性。
其中，钾钠玻璃水与所述药粉混合物的质量份数比为20-25:100。
利用本发明焊剂和焊丝配合使用，采用交流埋弧焊接的方式，在焊接电流 450-650A，焊接电压25-35V，焊接速度28-60mm/min,焊接线能量16-38KJ/cm 条件下，焊接2.25Cr-1Mo-0.25V钢，形成熔敷金属；所述熔敷金属以质量分数 计包括，
C：0.07-0.15％，Si：0-0.35％，Mn：0.6-1.3％，P：0-0.010％，S：0-0.010％， Cr：2.10-2.55％，Mo：0.95-1.15％，V：0.20-0.40％，Nb：0.01-0.03％，Cu：0-0.2％， Ni：0-0.20％，Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，Ti：0-0.02％，B：0-0.01％，O：0.027-0.042％，N：0.005-0.015％，余量为Fe；
其中，P、S、Sb、Sn和As的质量分数满足：
X＝(10×ωP+5×ωSb+4×ωSn+ωAs)×10-2，X≤15ppm，
ωP为P的质量分数，ωSb为Sb的质量分数，ωSn为Sn的质量分数，ωAs为 As的质量分数。
焊缝的熔敷金属合金成分决定了焊接接头的各项综合性能，例如室温强度、 高温454℃、482℃强度、-30℃低温冲击韧性、回火脆化性能、高温持久性能等
熔敷金属中C是保证焊缝常温强度、高温强度、高温持久性能的主要元素 之一。当C含量过低，焊缝的强度不足；而当C过高时，焊缝强度会过高，淬 硬倾向过强，发生冷裂纹的风险高。因此，所发明的焊丝与焊剂组合形成，所 获得的熔敷金属中C控于0.07-0.15％，优选可控于0.09-0.12％。
熔敷金属中Si含量过高则对焊缝金属的低温冲击韧性带来损害，并不利于 回火脆化性能。焊剂中含有一定的硅铁，在焊接过程中可能向熔敷金属中部分 过渡。因此，熔敷金属中Si不超过0.35％，优选可控于不超过0.25％。
熔敷金属中Mn含量对于强度和低温冲击韧性有改善作用，而当Mn的含量 过高时，对焊缝的高温持久性能不利。因此，熔敷金属的Mn的含量控制在 0.6-1.3％的范围，优选则可控于0.8-1.3％。
熔敷金属中Cr是2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝中保证常温强度、高温强度和高 温持久性能的主要元素。但是当Cr含量过高，反而会降低高温持久性能。因此， 将Cr控制于2.10-2.55％的范围，优选则可控于2.2-2.45％。
熔敷金属中Mo是2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝中保证常温强度、高温强度和高 温持久性能的主要元素，其下限定于0.95％。但是当Mo含量过高，会降低低温 冲击韧性。因此将Mo控制于0.95-1.15％的范围，优选则可控于0.95-1.10％。
熔敷金属中V是2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝中保证常温强度、高温强度和高温 持久性能的主要元素，其在焊接过程中，会发生一定的烧损，下限定于0.20％。 但是当V含量过高，焊缝的常温强度会偏高且会降低低温冲击韧性，且引起埋 弧焊的脱渣过程困难，焊接工艺性变差。因此，将V控制于0.20-0.40％的范围， 优选则可控于0.25-0.35％。
熔敷金属中Nb是2.25Cr-1Mo-0.25V焊缝中保证常温强度、高温强度和高 温持久性能的主要元素。但是当Nb含量过高，会发生一定的烧损，并且焊缝的 常温强度会偏高且会降低低温冲击韧性和回火脆化性能，且引起埋弧焊的脱渣 过程困难，焊接工艺性变差。因此，将Nb的含量控制在0.01-0.03％的范围，优 选则可控于0.01-0.025％。
Cu是埋弧焊熔敷金属表面镀铜所常用元素，其对高温持久性能有一定的作 用。Ni对焊缝的冲击韧性有一定的改善。但是，熔敷金属中Cu和Ni含量过高 会增加焊缝发生再热裂纹的风险。焊缝中的Cu和Ni可能会因为埋弧焊焊丝加 工过程中，表面的镀层防锈工艺而增加至焊缝中，因此在设计熔敷金属时，将 Cu控于不超过0.20％，Ni控于不超过0.20％。
熔敷金属中Ti不超过0.02％，B不超过0.01％。Ti和B在2.25Cr-1Mo-0.25V 钢埋弧焊过程中会降低熔敷金属的低温冲击韧性，因此将Ti控于不超过0.02％， B不超过0.01％。
熔敷金属中P不超过0.010％，S不超过0.010％，Sb不超过0.005％，Sn不 超过0.006％，As不超过0.008％。P、S、Sb、Sn和As是2.25Cr-1Mo-0.25V钢 焊接过程中需主要控制的杂质元素，对于熔敷金属的冷裂纹、再热裂纹和抗回 火脆化性能都是不利的。
焊剂中的电解锰、硅铁和铝粉等合金粉末均可用于脱氧，以控制熔敷金属 的O。当熔敷金属的O含量过低时，不利于再热裂纹控制。当熔敷金属的N含量 要求过低时，焊丝的冶炼难度和成本过高。当熔敷金属的O含量和N含量过高 时，熔敷金属中的微观氧化物和氮化物夹杂数量增多，不利于焊缝的冲击韧性 和抗回火脆化性能。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的焊丝中各组份的含量合理，焊剂与焊丝配合使用，在交流埋伏焊 工艺下，在焊接过程中，能够获得更大的熔宽，在焊接厚壁时，有利于侧壁的 良好熔合，并且焊接后的焊缝金属的低温冲击韧性良好，具有优异的抗裂纹性。 将本发明的焊丝和焊剂应用在厚壁2.25Cr-1Mo-0.25V容器(例如加氢反应器) 的焊接，可以获得性能良好、物焊接缺陷的焊接接头。
附图说明
图1为本发明的实施例的焊接坡口示意图；
图2为本发明实施例7-12的步冷热处理曲线示意图。
具体实施方式
焊丝的制备：
按焊丝的成分表1所示，将原材料经过经冶炼→浇铸→热轧→酸洗→冷轧 →拉拔→镀铜后，加工成Φ4mm规格的埋弧焊焊丝。在表1中，焊丝1-3号为本 发明提供的焊丝，焊丝4-6号为对比焊丝。
表1：1-6号焊丝成分表
C Si Mn P S Cr Mo V Nb Ni Ti Sb Sn As Cu B O N
焊丝1 0.14 0.21 1.15 0.006 0.004 2.54 1.11 0.39 0.03 0.05 0.005 0.002 0.001 0.004 0.08 0.0008 0.005 0.007
焊丝2 0.09 0.15 0.85 0.006 0.004 2.34 0.95 0.35 0.03 0.01 0.001 0.002 0.001 0.004 0.13 0.0008 0.005 0.007
焊丝3 0.12 0.30 1.35 0.006 0.004 2.45 1.00 0.32 0.02 0.09 0.001 0.002 0.001 0.004 0.07 0.0008 0.005 0.007
焊丝4 0.23 0.21 1.15 0.006 0.004 2.45 1.00 0.39 0.03 0.05 0.001 0.002 0.001 0.004 0.003 0.0008 0.005 0.007
焊丝5 0.14 0.45 1.15 0.006 0.004 2.30 1.05 0.45 0.03 0.05 0.001 0.002 0.001 0.004 0.003 0.0008 0.005 0.007
焊丝6 0.05 0.21 1.15 0.006 0.004 2.30 1.00 0.39 0.03 0.05 0.001 0.002 0.001 0.004 0.003 0.0008 0.005 0.007
焊剂的制备：
按焊剂成分表2所示，将各原料合均匀后，形成药粉混合物，加入药粉混 合物重量20-25％的钾钠水玻璃作为粘结剂，搅拌均匀后制成粒度8-60目的颗粒， 经过650-720℃高温烘干1.5小时以上，获得焊剂颗粒。在表2中，焊剂1-3号 为本发明提供的焊剂，焊剂4-6号为对比焊剂。
表2：1-6号焊剂成分表
氧化镁 二氧化硅 氧化钙 三氧化二铝 二氧化碳 氟 钾长石 电解锰 硅铁 铝粉
焊剂1 35 8 15 20 6 9 3 1.5 1 1.5
焊剂2 31 10 17 18 8 9 3 1.5 1 1.5
焊剂3 27 6 21 21 10 8 2 2 1 2
焊剂4 40 8 10 20 6 9 3 1.5 1 1.5
焊剂5 37 10 15 20 2 9 3 1.5 1 1.5
焊剂6 26 8 22 13 12 12 3 1.5 1 1.5
焊接：
以2.25Cr-1Mo-0.25V钢板作为试验板材，实验板材成分如表3所示。采用 表3中的焊接工艺，利用上述焊丝和焊剂，焊接如图1所示的实验板材的焊接 坡口，其中，板材厚度δ为40mm，钝边厚度b为8mm，根部圆角R为8mm，单边 坡口α为10°。
表3 2.25Cr-1Mo-0.25V试验钢板成分(质量分数％)
C Si Mn P S Cr Mo V Nb
钢板 0.19 0.11 1.20 0.005 0.002 2.34 1.01 0.33 0.02
表4焊接参数表
实施例：
在埋弧焊焊接过程中，优秀的焊接工艺性是获得稳定的焊接过程和无缺陷 焊接接头的首要因素。如前所述，焊剂配方成分决定了焊接工艺性。因此，将 上述不同的焊丝与不同的焊剂相互组合，采用不同的焊接参数，进行正交焊接 实验。正交实验设计表如表5所示。
表5
实施例编号 焊丝编号 焊剂编号 焊接参数
实施例1 焊丝1 焊剂1 焊接参数1
实施例2 焊丝1 焊剂2 焊接参数1
实施例3 焊丝1 焊剂3 焊接参数1
实施例4 焊丝1 焊剂4 焊接参数1
实施例5 焊丝1 焊剂5 焊接参数1
实施例6 焊丝1 焊剂6 焊接参数1
实施例7 焊丝1 焊剂1 焊接参数1
实施例8 焊丝2 焊剂1 焊接参数1
实施例9 焊丝3 焊剂1 焊接参数1
实施例10 焊丝4 焊剂1 焊接参数1
实施例11 焊丝5 焊剂1 焊接参数1
实施例12 焊丝6 焊剂1 焊接参数1
实施例13 焊丝1 焊剂1 焊接参数2
实施例14 焊丝1 焊剂1 焊接参数3
对实施例1-6的焊接接头通过热导法测定扩散氢，并观察在焊接过程中的 烟尘、脱渣性以及焊缝的外观形貌，其结果如表6所示。
表6实施例1-6焊接工艺性试验结果
从上表中可以看出，实施例1-3的焊缝扩散氢含量均到达H4超低氢水平 (4ml/100g),并且实施例1-3在焊接过程中，交流焊接稳定性好，焊缝易成型， 各项工艺性能优异，焊接接头性能好。
而实施4中，所使用焊剂4号中的氧化镁含量为40％。过高的氧化镁导致焊 剂熔化后的熔渣流动性变差，焊道凸起，成形不良，并且凸起焊道与母材之间 所形成的夹角，进一步导致了脱渣性不好。
在实施例5中，所使用焊剂5号中的二氧化碳含量为2％。过低的二氧化碳 使焊缝扩散氢含量超过了4ml/100g，增加了焊接过程中发生冷裂纹的风险。
在实施例6中，所使用焊剂6中的二氧化碳含量和氟含量均较高。二氧化 碳含量过高，使得在焊接过程中产生了大量的烟雾，不利于观察焊接过程。氟 含量过高，则不利于电弧的稳定性，交流焊接的稳定性很差，结果导致焊缝成 形波动，质量较差。
对实施例7-12的焊缝金属，均按照热处理规范705℃×8h和705℃×32h 进行热处理后，测试其室温拉伸性能、454℃高温拉伸性能、482℃高温拉伸性 能和-30℃低温冲击韧性。并且针对705℃×8h热处理后的焊缝金属，再次按照 图2所示的步冷热处理曲线进行热处理后，进行抗回火脆化性能试验。将焊缝 金属按照705℃×26h热处理后，在540℃温度下，210MPa拉力下，测定焊缝金 属的高温持久性能。得到的实验结果如表8所示，实施例7-12的熔敷金属的化 学成分如表7所示。
表7实施例7-12熔敷金属的化学成分(质量分数％)
实施例 变量 C Si Mn P S Cr Mo V Nb Ni Ti Sb Sn As Cu B O N
7 焊丝1 0.12 0.15 1.11 0.006 0.003 2.50 1.11 0.36 0.02 0.05 0.005 0.002 0.001 0.004 0.08 0.0008 0.031 0.009
8 焊丝2 0.07 0.10 0.85 0.006 0.003 2.30 0.95 0.33 0.02 0.01 0.001 0.002 0.001 0.004 0.13 0.0008 0.030 0.009
9 焊丝3 0.10 0.25 1.32 0.006 0.003 2.40 1.00 0.30 0.01 009 0.001 0.002 0.001 0.004 0.07 0.0008 0.030 0.009
10 焊丝4 0.21 0.15 1.11 0.006 0.003 2.40 1.00 0.37 0.02 0.05 0.001 0.002 0.001 0.004 0.003 0.0008 0.031 0.009
11 焊丝5 0.12 0.38 1.10 0.006 0.003 2.25 1.05 0.43 0.02 0.05 0.001 0.002 0.001 0.004 0.003 0.0008 0.030 0.009
12 焊丝6 0.04 0.15 1.11 0.006 0.003 2.25 1.00 0.37 0.02 0.05 0.001 0.002 0.001 0.004 0.003 0.0008 0.031 0.009
表8实施例7-12焊接熔敷金属的力学性能
实施例7-9中，所使用焊丝1-3为本发明提供的焊丝，其与本发明提供的 焊剂1配合使用，表7中对应的熔敷金属的成分，本发明的焊丝与焊剂配合， 在相应的焊接工艺下，得到的熔敷金属的成分与设计的成分相同。表8中对应 的焊缝金属性能，在经过705℃×8小时和705℃×32小时的热处理后，均能够 获得优良的室温强度、高温454℃及482℃强度、-30℃低温冲击韧性。并且抗 回火脆化性能、高温持久性能均达到预期，综合性能优秀。
实施例10中，所使用焊丝4中，C的含量过高。C是影响强度的主要因素， 当C过高时，相应的实施例10所得到的熔敷金属的C较高。而从表8中可以看 出，实施10的焊缝金属性能中强度已经超出了预期范围。由于焊缝金属的强度 过高，导致焊缝熔敷金属的冲击韧性降低，抗回火脆化性能试验不合格。
实施例11中，所使用焊丝5中，Si和V较高，导致实施例11的熔敷金属 中的Si和V较高。Si和V含量过高对焊缝金属的低温冲击韧性带来损害，并不 利于回火脆化性能。表8中对应的焊缝金属性能中，冲击韧性降低至预期值以 下，抗回火脆化性能试验不合格。
实施例12中，所使用焊丝6中，C的含量较低。C是影响强度的主要因素， 当C过低时，实施例12的熔敷金属的C也相应的降低，导致实施例12的熔敷 金属的常温拉伸性能、454℃高温拉伸性能、482℃高温拉伸性能、高温持久性 能等与强度相关指标均不能达到预期。
实施例13所采用的焊接参数2，其焊接的线能量较低。由于焊接线能量过 低，焊接电流偏小，交流焊接过程的电弧稳定性不好，焊接的熔合不良。由于 焊接参数过低，即使采用本发明焊丝和焊剂，也无法实现良好的焊接工艺性， 不能获得合格的焊接接头。
实施例14所采用的焊接参数3，焊接线能量较高，其性能结果如表9所示。 焊接线能量过大，焊缝冷却很慢，形成的晶粒粗大，焊缝的低温冲击韧性不佳， 抗回火脆化性能不合格。
表9实施例14焊接熔敷金属的力学性能

Claims (9)

1.一种2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊丝，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计，
C：0.07-0.20％，Si：0-0.3％，Mn:0.5-1.6％，P：0-0.010％，S：0-0.010％，Cr：2.00-2.60％，Mo：0.90-1.15％，V：0.30-0.41％，Nb：0.01-0.04％，Cu：0-0.15％，Ni：0-0.10％，Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，Ti：0-0.02％，B：0-0.01％，O：0-0.007％，N：0-0.010％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊丝，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计为，
C：0.09-0.20％，Si：0-0.15％，Mn:0.8-1.5％，P：0.006％，S：0.004％，Cr：2.2-2.5％，Mo：0.95-1.10％，V：0.30-0.37％，Nb：0.01-0.03％，Cu：0-0.15％，Ni：0-0.01％，Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，Ti：0-0.02％，B：0-0.01％，O：0-0.007％，N：0-0.010％，余量为Fe。
3.一种2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊剂，其特征在于：包括以下组份，以质量分数计为，
氧化镁：21-37％，二氧化硅：3-10％，氧化钙：7-21％，三氧化二铝:10-21％，碳酸盐：5.7-22.7％，萤石：6.5-21％，钾长石：0-3％，电解锰：0-2％，硅铁：0-1％，铝粉：0-2.5％。
4.根据权利要求3所述的2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊剂，其特征在于：所述的碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁中的一种或两种的混合。
5.根据权利要求4所述的2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊剂，其特征在于：所述的碳酸盐为碳酸钙，以质量分数计为6.8-22.7％。
6.根据权利要求4所述的2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊剂，其特征在于：所述的碳酸盐为碳酸镁，以质量分数计为5.7-19.1％。
7.一种制备如权利要求3-6中任一所述2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊剂的方法，其特征在于：包括将各组份混合均匀，得到药粉混合物，再向所述药粉混合物中加入钾钠玻璃水，搅拌均匀，制成8-60目的颗粒，在650-720℃烘干，制得焊剂。
8.根据权利要求7所述的2.25Cr-1Mo-0.25V钢交流埋弧焊接用焊剂的制备方法，其特征在于：所述钾钠玻璃水与所述药粉混合物的质量份数比为20-25:100。
9.一种熔敷金属，其特征在于：利用权利要求1所述焊丝配合权利要求3-6所述焊剂，基于交流埋弧焊接在焊接电流450-650A，焊接电压25-35V，焊接速度28-60mm/min，焊接线能量16-38KJ/cm条件下，焊接2.25Cr-1Mo-0.25V钢，形成所述熔敷金属；所述熔敷金属以质量分数计包括，
C：0.07-0.15％，Si：0-0.35％，Mn：0.6-1.3％，P：0-0.010％，S：0-0.010％，Cr：2.10-2.55％，Mo：0.95-1.15％，V：0.20-0.40％，Nb：0.01-0.03％，Cu：0-0.2％，Ni：0-0.20％，Sb：0-0.005％，Sn：0-0.006％，As：0-0.008％，Ti：0-0.02％，B：0-0.01％，O：0.027-0.042％，N：0.005-0.015％，余量为Fe；
其中，P、S、Sb、Sn和As的质量分数满足：
X＝(10×ωP+5×ωSb+4×ωSn+ωAs)×10-2，X≤15ppm，
ωP为P的质量分数，ωSb为Sb的质量分数，ωSn为Sn的质量分数，ωAs为As的质量分数。
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