CN111194250A - 焊接添加料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接添加料，其具有，按重量％计： C 0.01–0.05％；N 0.05–0.10％；Cr 20.0–23.0％；Mn 0.25–0.50％；Si 0.04–0.10％；Mo 8.0–10.5％；Ti 0.75–1.0％；Nb 3.0–5.0％；Fe最大1.5％；Al 0.03–0.50％；W 4.0–5.0％；Ta最大0.5％；Co最大1.0％；Zr 0.10–0.70％；Ni余量，以及冶炼引起的杂质。

Description

焊接添加料
技术领域
本发明涉及焊接添加料。
背景技术
配备有高合金钢或镍合金制成的辊轧覆盖层、爆炸覆盖层或焊接覆盖层的非合金和低合金钢的焊接，出于冶金学的原因在一定前提下并且考虑到与C钢基材材料混合，需要全奥氏体焊接金属。使用镍基焊接添加料在这样的情况下是不可避免的。在焊缝横向机械应力的情况下，为了使弹性和塑性伸长优选不集中在焊缝中并且因此导致焊缝中的构件失效，镍基合金组成的焊接金属必须另外具有比周围的母材更高的屈服强度。
因此，在焊接经镀覆的板材时，在一定条件下有必要在镍基材料上使用焊接添加料，其在焊缝金属中具有比周围的碳钢更高的屈服强度。由于碳钢的发展，通过化学组成的纯化和/或通过制备过程的优化导致越来越高的屈服强度，还需要使用镍基的焊接添加料，其紧随碳钢领域的发展。
目前，在上述前提下通常将焊接添加料FM 625(ISO 18274–S NI 06625)用于连接焊接经镀覆的板材。该焊接添加料在焊接金属中具有约 510MPa至580MPa的屈服强度并且在考虑需要的安全储备的情况下适合于焊接具有达到460MPa的屈服强度的碳钢。
WO 2015/153905 A1公开了高强度Ni-Cr-Mo-W-Nb-Ti焊接产品，其具有(按重量％计)17.0–23.0％的铬、5.0–12.0％的钼、3.0–11.0％的钨、3.0–5.0％的铌、0–2.0％的钽、1.2–3.0％的钛、0.005–1.5％的铝、 0.0005–0.1％的碳、小于2％的铁、小于5％的钴、余量的镍，其中镍含量处于介于56与65％之间的范围内。焊接金属应当具有496MPa的最小屈服强度。
由于高的最小钛含量，对于该材料而言达到的缺口冲击功不足，因为钛是强烈地与基础元素镍形成相(γ相)的元素。由此，尽管焊接金属的屈服强度提高，然而由于γ相硬化已知导致材料的强烈脆化。此外，钛作为γ相形成剂的作用由于通过焊接热量引发的反应动力学而极大地取决于焊接过程的热传导。因此，屈服强度的可达到的值经历强烈波动，由此所保证的最低屈服强度对于实际使用而言必然极大地受到限制。
发明内容
本发明的任务在于提供替代的焊接添加料，其除了具有良好的可焊接性和耐腐蚀性以外，还具有比现有技术改进的缺口冲击功和更高的屈服强度。
该任务通过一种焊接添加料得以解决，所述焊接添加料具有(按重量％计)
Figure BDA0002441803250000021
根据本发明的材料的有利的实施方式可从从属权利要求中得出。
本发明涉及由镍基合金制成的焊接添加料，其适合于产生具有非常高的机械屈服强度的焊接金属。焊接添加料在焊接金属中在没有事后的另外的热处理的情况下达到了该非常高的屈服强度。
元素铁以最大1.5％给出，其中含量≤1.2％，尤其是≤0.9％也是可以的。
根据本发明的另一构思，材料在未经热处理的焊接金属中具有高于 610MPa的屈服强度Rp 0.2。根据本发明的材料与现有技术的区别在于经改变的钛含量和锆含量，其中元素氮在此有意地进行合金化。
在研究根据本发明的材料时确定，0.75–1.0％的钛含量一方面有助于提高屈服强度，然而并不带来焊接金属的过度脆化。此外确定，焊接金属中的机械-技术值的依赖性很大程度上独立于在焊接时的热传导。
元素锆以介于0.10％与0.70％之间的范围给出。在介于0.30％与 0.65％之间的范围内的含量在此为优选的范围。就此而言，研究已显示， Zr优选与合金元素C形成碳化物，所述碳化物以细分散的形式存在并且因此是极其提高强度的(图表2)。该认识就这方面而言是新的，因为Zr 迄今为止仅在高温合金或者导热合金的情况下才作为合金元素使用。就此而言已知的是，Zr在高温合金或者导热合金的情况下可以改进高温蠕变强度和氧化层的粘合性。然而目前不知道的是，Zr能够明显改进焊接添加料在室温和更低的温度时的机械性质。
氮以介于0.05％与0.10％之间给出。N是以间隙溶解形式极大地提高材料的耐点蚀性和耐裂缝蚀性的元素。但是N也与Ti形成细分散的 TiN(图表2)。研究已显示，通过组合氮和钛，由于形成氮化钛而极大提高了屈服强度。此外，通过添加氮防止了Ti与Ni形成导致上述不利之处的γ相。
在研究中已出人意料地证实，除了混晶硬化性元素Cr、Mo、Nb以外，通过形成碳化物和形成氮化物的合金元素Zr、N、C、Ti、Nb总体实现了这样的作用，利用所述作用可以在未经热处理的焊接金属中，在良好的延展性的同时达到目标最小屈服强度。
杂质如下包含于根据本发明的合金中：
P最大0.05％
S最大0.01％
V最大0.05％。
如果遵循元素Zr、N、C、Ti、Nb的以下比例(以质量％计的结果)，则实现高的屈服强度与良好的延展性的组合：
[Zr]/[C]>7，更有利地>10
[Ti]/[N]>10
[Nb]/[C]>100，尤其是>150。
锰的添加通过形成MnS改进了耐热开裂性。此外证实，锰同样有助于提高焊接金属中的屈服强度。
在根据本发明的材料的研究中确认，对于良好的可焊接性而言，需要至少0.04％的硅，然而硅不能大于0.10％，从而不使耐热开裂性劣化。
具有100kg的批料大小的采用根据本发明的组合物制备的实验室熔体锭(表2)能够没有问题地进行热轧，其中确定的是，热轧温度应当优选为介于950℃与1180℃之间。经热轧的实验室熔体锭随后能够以机械方式进一步加工和最终加工成期望的尺寸。
由具有表1和2中的组成的经轧制的实验室金属板切割具有约4mm 的边缘长度的薄方钢。采用这些方钢借助WIG法根据ISO 15792-1制备焊接金属试样，和随后进行机械-技术试验。研究的结果列于表1和3中。
表1：研究的合金(实验室批料-10kg)
Figure BDA0002441803250000041
Figure BDA0002441803250000051
表2：中试批料PV864(100kg)的熔体分析
化学元素 PV 864
C 0.020
Si 0.070
Mn 0.350
P 0.010
S 0.0020
Al 0.0700
Cu 0.0100
Cr 22.00
Ni 58.00
Mo 9.300
V 0.020
Ti 0.900
Nb 3.300
Co 0.0300
Fe 1.00
W 4.40
N 0.0670
Zr 0.60
表3：来自中试批料PV864的纯焊接金属的机械-技术值。
PV 864 Rp0.2(Mpa) RP1.0(Mpa) RM(Mpa) A5(％) KV2(RT,J)
焊接金属试样1 654 701 877 34 121
焊接金属试样2 646 690 848 31 112

Claims (8)

1.焊接添加料，其具有，按重量％计，：
Figure FDA0002441803240000011
2.根据权利要求1所述的焊接添加料，其具有，按重量％计，
Fe≤1.2％，尤其是≤0.9％。
3.根据权利要求1或2所述的焊接添加料，其具有，按重量％计，
Zr 0.3–0.65％。
4.根据权利要求1至3任一项所述的焊接添加料，其包含以下杂质
P最大0.05％
S最大0.01％
V最大0.05％。
5.根据权利要求1至4任一项所述的焊接添加料，其中合金满足以下条件：
Zr/C>7，尤其是>10。
6.根据权利要求1至5任一项所述的焊接添加料，其中合金满足以下条件：
Ti/N>10。
7.根据权利要求1至6任一项所述的焊接添加料，其中合金满足以下条件：
Nb/C>100，尤其是>150。
8.根据权利要求1至7任一项所述的焊接添加料，其在未经热处理的焊接金属中具有>610MPa，尤其是640MPa的屈服强度Rp 0.2。
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