CN1174110C - 焊接方法、填焊金属组合物和由此制得的制品 - Google Patents

焊接方法、填焊金属组合物和由此制得的制品 Download PDF

Info

Publication number
CN1174110C
CN1174110C CNB018087558A CN01808755A CN1174110C CN 1174110 C CN1174110 C CN 1174110C CN B018087558 A CNB018087558 A CN B018087558A CN 01808755 A CN01808755 A CN 01808755A CN 1174110 C CN1174110 C CN 1174110C
Authority
CN
China
Prior art keywords
stainless steel
filler metal
metal alloy
nickel
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB018087558A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1426491A (zh
Inventor
Dk
D·K·理查德
P·道森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elliott Turbomachinery Co Inc
Original Assignee
Elliott Turbomachinery Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elliott Turbomachinery Co Inc filed Critical Elliott Turbomachinery Co Inc
Publication of CN1426491A publication Critical patent/CN1426491A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1174110C publication Critical patent/CN1174110C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/40—Heat treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/95—Preventing corrosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F05D2300/171—Steel alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12951—Fe-base component
    • Y10T428/12958—Next to Fe-base component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

一种填焊金属合金组合物和一种将不锈钢部件焊接成最终组合件的方法，所述方法包括如下步骤：在982-1093℃的温度下对要焊接的不锈钢部件进行奥氏体化；运用常规电弧焊技术使用所述填焊金属合金的实心焊丝进行焊接，所述合金以重量百分数计，含有最高为0.02%的碳、最高为0.8%的锰、最高为0.02%的磷、最高为0.015%的硫、最高为0.6%的硅、4.5～5.5%的镍、0.4～0.7%的钼、10～12.5%的铬、最高为0.1%的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；在499-704℃的温度下将焊接好的组合件进行回火。之后还可以在591-618℃的温度下进行第二步回火。所述焊接方法可以用于制造压缩机叶轮(6)。所述压缩机叶轮部件包含13Cr-4Ni不锈钢。

Description

焊接方法、填焊金属组合物和由此制得的制品
技术领域
本发明涉及一种用于连接不锈钢部件的焊接方法和填焊材料，具体涉及一种能形成在石化工业环境中具有高耐腐蚀性并具有高机械性能如拉伸强度和低温韧性的光洁焊接金属的焊接方法和填焊材料。
背景技术
不锈钢经常是使用具有和不锈钢基底基本相同化学组成的焊条或焊丝形式的填焊金属进行焊接。由于所连接的基底金属的类型，这样做时会出现焊接金属的机械性能和耐腐蚀性降低等问题。当焊接组合件用于如石化工业中出现的、存在硫化氢暴露问题的腐蚀环境中时会特别麻烦。这种暴露会导致过度的腐蚀，尤其在焊接金属上。过度的腐蚀会最终导致焊接部位过早失效。
对于那些要经受高剪切应力的焊接组合件，如用于压缩机中的叶轮，焊接金属机械性能的降低和过度腐蚀不仅会导致焊接部位失效，而且也会损坏压缩机的其他部件。例如所述叶轮也必须在极端的温度条件如在冬季的阿拉斯加或北海油田中常遇到的极其寒冷的环境下仍能保持它们的性质。
焊接不锈钢用的填焊金属合金通常由铁和其他各种合金元素制成，一般包含：
(1)碳，过量的碳会以碳化物形式沉淀并消耗铬和其他功能性合金元素，降低它们的有效含量，
(2)硅，虽然是用作还原剂的有用元素，但是对焊接金属的韧性却是有害的。具体是硅含量超过1重量％时，会加速金属间化合物例如σ相的产生，并降低焊接金属的耐腐蚀性和韧性，
(3)锰，是一种有效的还原性元素并可以提高焊接金属中氮的溶解性。锰含量超过1.5重量％时会降低焊接金属的耐腐蚀性和韧性，
(4)磷，是不可避免地从炼铁原料中带来的，作为杂质保留在所得铁合金中。应尽可能地降低磷的含量。超过0.04重量％的磷含量会降低耐点蚀性和韧性，并会增大对高温脆裂的敏感性，
(5)硫，类似于磷，也是不可避免地由炼铁原料引入的，作为杂质保留在所得铁合金中。超过0.02重量％的硫会降低其耐点蚀性和韧性，并会增大对高温脆裂的敏感性，
(6)镍，是奥氏体稳定元素，会抑制焊接金属中铁素体相的形成，
(7)铬，是为确保不锈钢具有足够耐腐蚀性所必需的。过多的铬会促进金属间化合物如σ相的形成，很大程度地降低钢铁的韧性。
(8)钼，是提高焊接金属耐点蚀性的元素。但它也会促进σ相的沉淀。故适量的钼能提高焊接金属的耐点蚀性，同时又不会促进σ相的沉淀，
(9)铜，能提高耐腐蚀性，尤其是耐硫酸腐蚀。但是铜会降低焊接金属的韧性。
Murata等人的美国专利No.6,042,782揭示了一种用于自耗性或非自耗性电极不锈钢焊接的，能形成具有优良耐腐蚀性和机械性能的焊接金属。所述焊接材料是含有铁壳和被铁壳包封填焊材料的复合焊丝。
Ishikawa等人的美国专利No.5,556,561揭示了一种在奥氏体不锈钢和铁素体钢之间形成焊接的方法。此方法可以形成具有高耐腐蚀性和高机械性能如拉伸强度和韧性的光洁焊接金属。
优选采用坚韧的、耐腐蚀的马氏体不锈钢合金，如13Cr-4Ni不锈钢，用作叶轮，如在低温石化工业环境中使用的压缩机上所用的叶轮。但是可商业购入的已有技术的填焊金属不能提供在恶劣环境中所需的耐腐蚀性和极低温度下所需的强度。
因此，需要研制一种能焊接坚韧且耐腐蚀的不锈钢部件如13Cr-4Ni合金的组合件，用于如压缩机用的叶轮上，并能在腐蚀或极低温度环境下仍保持其性能的方法和焊料。
发明内容
本发明涉及一种能用作填焊金属，能将不锈钢部件尤其是13Cr-4Ni型不锈钢部件焊接成最终组合件的金属合金。此焊接用的填焊金属合金以重量百分数计含有：最高为0.02％的碳、最高为0.8％的锰、最高为0.02％的磷、最高为0.015％的硫、最高为0.6％的硅、4.5～5.5％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.5％的铬、最高为0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质。
填焊金属合金以重量百分数计更适宜含有0.0001～0.02％的碳、0.0001～0.8％的锰、0.0001～0.02％的磷、0.0001～0.015％的硫、0.0001～0.06％的硅、4.5～5.5％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12％的铬、0.0001～0.01％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质。
本发明还涉及一种焊接不锈钢部件的方法，所述方法包括如下步骤：
(a)提供待焊的不锈钢部件，宜由13Cr-4Ni型不锈钢合金形成；
(b)在982-1093℃(1800°F～2000°F)的温度下使要焊接的不锈钢部件成为奥氏体；
(c)采用常规电弧焊接技术，使用填焊金属焊接所述奥氏体部件形成焊接组合件，所述填焊金属以重量百分数计，含有最高为0.02％宜为0.0001～0.02％的碳、最高为0.8％宜为0.0001～0.8％的锰、最高为0.02％宜为0.0001～0.02％的磷、最高为0.015％宜为0.0001～0.015％的硫、最高为0.6％宜为0.0001～0.6％的硅、4.5～5.5％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.5％的铬、最高为0.1％宜为0.0001～0.01％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；
(d)在499-704℃(930°F～1300°F)的温度下将焊接好的组合件回火。
本发明方法的具体实施方式中，用上述填焊金属合金焊接制造一种压缩机的叶轮，其中叶轮部件是不锈钢，较宜是13Cr-4Ni型不锈钢。本发明还涉及一种用本发明的填焊金属焊接的不锈钢部件制造具有改进机械性能和耐腐蚀性能的可用于低温、石化工业的压缩机叶轮。
本发明的优点将在所述的优选实施方式和附图中加以阐明，图中相同的数字代表相同的部件。
附图说明
图1是本发明制造的不锈钢叶轮的局部片段侧视图；
图2是沿图1中线II-II截取的叶轮片的截面图。
具体实施方式
本发明提供一种独特的、在焊接不锈钢尤其是马氏体不锈钢部件时用作填焊金属的金属合金组合物。由位于瑞典的ESAB和位于美国新泽西州的TECHALLOY公司购得的填焊金属进行了试验评价。其中没有一种填焊金属能产生具有压缩机叶轮所需硬度等级或者低温性能的焊缝。为了克服此问题，研制了可用于焊接不锈钢部件的优选填焊金属合金。所述填焊金属合金尤其能和优选的基底金属即马氏体不锈钢以及尤其优选的13Cr-4Ni型不锈钢基底金属相容合。所述填焊金属合金具有和13Cr-4Ni不锈钢类似的化学组成。
填焊金属的优选组成根据所使用的焊接方法和所需焊条和焊丝类型的不同而变化。当使用气体保护钨极电弧焊(下文为“GTAW″)和埋弧焊(下文为”SAW″)技术，且填焊金属合金为实心焊条或实心焊丝的形式时，优选的填焊金属合金以重量百分数计含有：最高为0.02％宜为0.0001～0.02％的碳、最高为0.6％宜为0.0001～0.6％的锰、最高为0.02％较适宜为0.0001～0.02％的磷、最高为0.015％宜为0.0001～0.015％的硫、最高为0.06％宜为0.0001～0.6％的硅、4.5～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.5％的铬、最高为0.1％宜为0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质。
当使用GTAW和SAW技术并且填焊金属合金为空心焊条或空心焊丝的形式时，优选的填焊金属合金以重量百分数计含有：最高为0.02％或0.0001～0.02％的碳、最高为0.6％或0.0001～0.6％的锰、最高为0.015％或0.0001～0.015％的磷、最高为0.015％或0.0001～0.015％的硫、最高为0.3％或0.0001～0.3％的硅、4.5～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.0％的铬、最高为0.1％或0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质。
当使用保护金属极电弧焊(下文为“SMAW″)技术并且填焊金属合金为包覆电极的形式时，优选的填焊金属合金以重量百分数计含有：最高为0.02％或0.0001～0.02％的碳、最高为0.8％或0.0001～0.8％的锰、最高为0.015％或0.0001～0.015％的磷、最高为0.015％或0.0001～0.015％的硫、最高为0.3％或0.0001～0.3％的硅、4.6～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.0％的铬、最高为0.1％或0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质。
所述填焊金属合金必须能产生符合用于硫化氢用途的NACE MRO175要求。所述NACE标准所测试的是在有害环境如在石化工业中常见环境中焊缝的耐腐蚀能力。所述填焊金属合金也必须能形成在-67℃(-152°F)温度尤其在用于北海油田时具有所需低温韧性的焊缝。可以用Charpy V切口碰撞试验测试其冲击韧性。
本发明的方法还提供能形成能满足上述各种要求的焊缝的最佳焊接条件。本发明焊接方法所涉及的一般步骤包括：
(a)提供要焊接的可耐腐蚀和良好低温机械性能，组成例如13Cr-4Ni型不锈钢的不锈钢部件；
(b)进行奥氏体化，此时先对不锈钢部件进行足够长时间的奥氏体化，要确保所述部件受热均匀。所用时间不应太长以致晶粒长大。奥氏体化步骤的时间决定于金属部件的厚度，金属部件厚度每英寸一般不超过1小时；
(c)焊接，用常规的电弧焊技术焊接所述部件。优选的焊接方法包括GTAW、SAW和SMAW。上述本发明填焊金属合金组合物可以以实心焊条、实心焊丝、空心焊条、空心焊丝或者包覆电极的形式使用。进行焊接形成焊接组合件时，焊接热量输入优选不超过每英寸50,000焦耳；
(d)回火，将焊接组合件维持在某一特定温度下进行回火。回火时间的长短可根据焊接组合件的厚度来变化。回火步骤的时间优选约为要回火金属组合件厚度每英寸1小时。
当填焊金属为实心焊条或实心焊丝的形式，且焊接组合件是并用于硫化氢环境用途时，使用GTAW或SAW技术焊接不锈钢部件，尤其是13Cr-4Ni型不锈钢优选的方法包括如下步骤：
(a)提供不锈钢部件，宜由13Cr-4Ni型不锈钢制造；
(b)在993-1066℃(1820°F～1950°F)的温度下对要焊接的不锈钢部件进行奥氏体化；
(c)使用GTAW或SAW技术焊接所述部件形成焊接组合件，所述填焊金属为实心焊条或实心焊丝的形式，以重量百分数计含有最高为0.02％或0.0001～0.02％的碳、最高为0.6％或0.0001～0.6％的锰、最高为0.02％或0.0001～0.02％的磷、最高为0.015％或0.0001～0.015％的硫、最高为0.6％或0.0001～0.6％的硅、4.5～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.5％的铬、最高为0.1％或0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；
(d)在663-691℃(1225°F～1275°F)的温度下进行焊接组合件的第一步回火；
(e)将已焊接并经第一步回火的组合件在591-618℃(1095°F～1145°F)的温度下进行第二步回火。
当填焊金属为空心焊条或空心焊丝的形式，且焊接组合件是用于硫化氢环境用途时，使用GTAW或SAW技术焊接不锈钢部件，尤其是13Cr-4Ni型不锈钢优选的方法包括如下步骤：
(a)提供不锈钢部件，宜由13Cr-4Ni型不锈钢制造；
(b)在993-1066℃的温度下，对要焊接的不锈钢部件进行奥氏体化；
(c)使用GTAW或SAW技术焊接所述部件形成焊接组合件，所述填焊金属为空心焊条或空心焊丝的形式，以重量百分数计含有最高为0.02％或0.0001～0.02％的碳、最高为0.6％或0.0001～0.6％的锰、最高为0.015％或0.0001～0.015％的磷、最高为0.015％或0.0001～0.015％的硫、最高为0.3％或0.0001～0.3％的硅、4.5～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.0％的铬、最高为0.1％或0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；
(d)在663-691℃的温度下进行焊接组合件的第一步回火；
(e)将已焊接并经第一步回火的组合件在591-618℃的温度下进行第二步回火。
当填焊金属为包覆电极的形式，且焊接组合件是用于硫化氢环境用途时，使用SMAW技术焊接不锈钢部件尤其是13Cr-4Ni型不锈钢优选的方法包括如下步骤：
(a)提供具有所需组成的不锈钢部件；
(b)在993-1066℃的温度下，对要焊接的不锈钢部件进行奥氏体化；
(c)使用SMAW技术焊接所述部件形成焊接组合件，所述填焊金属为包覆电极的形式，以重量百分数计含有最高为0.02％或0.0001～0.02％的碳、最高为0.8％或0.0001～0.8％的锰、最高为0.015％或0.0001～0.015％的磷、最高为0.015％或0.0001～0.015％的硫、最高为0.3％或0.0001～0.3％的硅、4.6～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.0％的铬、最高为0.1％或0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；
(d)在663-691℃的温度下进行焊接组合件的第一步回火；
(e)将已焊接并经第一步回火的组合件在591-618℃的温度下进行第二步回火。
当填焊金属为实心焊条或实心焊丝的形式，且焊接组合件是用于温度为-67℃的低温条件时，使用GTAW或SAW技术焊接不锈钢部件尤其是13Cr-4Ni型不锈钢优选的方法包括如下步骤：
(a)提供不锈钢部件，宜由13Cr-4Ni型不锈钢制造；
(b)在993-1066℃的温度下对上述不锈钢部件进行奥氏体化；
(c)在510-604℃(950°F～1120°F)的温度下将上述不锈钢部件回火；
(d)使用GTAW或SAW技术焊接所述部件形成焊接组合件，所述填焊金属为实心焊条或实心焊丝的形式，以重量百分数计含有最高为0.02％或0.0001～0.02％的碳、最高为0.6％或0.0001～0.6％的锰、最高为0.02％或0.0001～0.02％的磷、最高为0.015％或0.0001～0.015％的硫、最高为0.6％或0.0001～0.6％的硅、4.5～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.5％的铬、最高为0.1％或0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；
(e)在约499-604℃(930°F～1120°F)的温度下将焊接组合件回火。
当填焊金属为空心焊条或空心焊丝的形式，且焊接组合件是用于温度为-67℃的低温条件时，使用GTAW和SAW技术焊接不锈钢部件尤其是13Cr-4Ni型不锈钢优选的方法包括如下步骤：
(a)提供不锈钢部件，宜由13Cr-4Ni型不锈钢制造；
(b)在993-1066℃的温度下对上述不锈钢部件进行奥氏体化；
(c)在约510-604℃的温度下将上述不锈钢部件回火；
(d)使用GTAW或SAW技术焊接所述部件形成焊接组合件，所述填焊金属为空心焊条或空心焊丝的形式，以重量百分数计含有最高为0.02％或0.0001～0.02％的碳、最高为0.6％或0.0001～0.6％的锰、最高为0.015％或0.0001～0.015％的磷、最高为0.015％或0.0001～0.015％的硫、最高为0.3％或0.0001～0.3％的硅、4.5～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.0％的铬、最高为0.1％或0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；
(e)在约499-604℃的温度下将焊接组合件回火。
在本发明焊接步骤(d)中使用GTAW或SAW焊接技术时，焊接热量输入优选不超过每英寸50,000焦耳。
当填焊金属为包覆电极的形式，且焊接组合件是用于温度为-67的低温条件时，使用SMAW技术焊接不锈钢部件尤其是13Cr-4Ni型不锈钢优选的方法包括如下步骤：
(a)提供不锈钢部件，宜由13Cr-4Ni型不锈钢制造；
(b)在993-1066℃的温度下对上述不锈钢部件进行奥氏体化；
(c)在约510-604℃的温度下将上述不锈钢部件回火；
(d)使用SMAW技术焊接所述部件形成焊接组合件，所述填焊金属为包覆电极的形式，以重量百分数计含有最高为0.02％或0.0001～0.02％的碳、最高为0.8％或0.0001～0.8％的锰、最高为0.015％或0.0001～0.015％的磷、最高为0.015％或0.0001～0.015％的硫、最高为0.3％或0.0001～0.3％的硅、4.6～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.0％的铬、最高为0.1％或0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；
(e)在约499-604℃的温度下将焊接组合件回火。
本发明优选的一个实施方式包括使用上述任意一种焊接方法，所用的金属部件是不锈钢，宜为马氏体不锈钢，更宜为13Cr-4Ni型不锈钢，并为叶轮组合件的叶轮片、轮毂和覆盖部件。所得叶轮组合件适宜用于压缩机中。
优选用本发明焊接的部件的不锈钢合金组合物是13Cr-4Ni型不锈钢。合金13Cr-4Ni以重量百分数计含有：0.015～0.03％碳、12～14％铬、3.5～4.5％镍、0.3～0.7％钼、0.3～0.6％硅、0.5～1％锰、最高为0.025％的磷、0.005％的硫、0.02～0.05％的氮，余量基本上为铁和附带的杂质。
图1和图2显示了本发明压缩机叶轮组合件6。叶轮组合件6包括轮毂1和盖片2，通过焊珠连有许多叶片3。叶轮组合件6还包括轴孔5，用于固定在压缩机的驱动轴(未显示)上。叶片3第一边焊接在轮毂1的一边上，其另一边焊接在盖片2的一边上。本发明优选的实施方式中，轮毂1、盖片2和叶片3都由不锈钢、较宜由马氏体不锈钢、更宜由13Cr-4Ni型不锈钢制成。形成焊珠4的填焊金属是本发明的填焊金属合金组合物。本发明的一个方面就是以这种方式在轮毂1上焊接许多叶片3，完成叶轮组合件的结构。
使用本发明的方法和填焊合金制造的叶轮组合件6发现符合用于硫化氢环境用途的NACE MR0175要求，而且通过Charpy V切口碰撞试验的测量，也证实了例如温度如为-67℃时所需的韧性。
上述方法用于制造压缩机用叶轮时，也能提供一种更为有效的叶轮制造方法。本发明的方法只要求低的预热温度，不要求对所得叶轮组合件进行完全的热处理。按照本发明所得的叶轮也可提供某一材料的通用压缩机叶轮，而不是专门针对每种想要的使用环境定制结构材料，这样就提高了使用效率。优选的13Cr-4Ni型不锈钢用本发明的填焊金属合金可焊性的提高就减小了维修成本和制造周期。这些改进降低了所得压缩机叶轮组合件的总体制造成本。
虽然详细说明了本发明的具体实施方式，本领域的技术人员可以明白，根据本说明书的总体内容，可以作出对本发明细节方面的各种修改和替换方案。本文优选的实施方式仅仅是说明性的，而不是用来限制本发明范围的，而该范围将详细地由所附权利要求书和所有任意的等价内容所限定。

Claims (22)

1.一种焊接用填焊金属合金组合物，所述组合物以重量百分数计，基本上含有：
      最高为0.02％的碳；
      最高为0.8％的锰；
      最高为0.02％的磷；
      最高为0.015％的硫；
      最高为0.6％的硅；
      4.5％～5.5％的镍；
      0.4％～0.7％的钼；
      10％～12.5％的铬；
      最高为0.1％的铜；
      余量基本上是铁和附带的杂质。
2.权利要求1所述的填焊金属合金组合物，其特征在于锰含量最高为0.6％，镍含量为4.5％～5.0％。
3.权利要求1所述的填焊金属合金组合物，其特征在于锰含量最高为0.6％，磷含量最高为0.015％，硅含量最高为0.3％，镍含量为4.5％～5.0％，铬含量为10％～12％。
4.权利要求1所述的填焊金属合金组合物，其特征在于磷含量最高为0.015％，硅含量最高为0.3％，镍含量为4.6％～5.0％，铬含量为10％～12％。
5.一种焊接不锈钢部件的方法，所述方法包括如下步骤：
(a)提供具有所需不锈钢组成的不锈钢部件；
(b)在982-1093℃的温度对要焊接的不锈钢部件进行奥氏体化；
(c)采用电弧焊技术，使用填焊金属合金焊接所述部件形成焊接组合件，所述填焊金属合金以重量百分数计含有：
      最高为0.02％的碳；
      4.5～5.5％的镍；
      0.4～0.7％的钼；
      10～12.5％的铬；
      0.1％的铜；
      最高为0.8％的锰；
      最高为0.02％的磷；
      最高为0.015％的硫；
      最高为0.6％的硅；
      余量基本上是铁和附带的杂质；
(d)在499-704℃的温度将焊接组合件回火。
6.权利要求5所述的方法，其特征为步骤(a)提供的不锈钢部件包含马氏体不锈钢。
7.权利要求6所述的方法，其特征为所述马氏体不锈钢部件是13Cr-4Ni型不锈钢。
8.权利要求5所述的方法，其特征为将所述待焊部件焊接形成叶轮组合件。
9.权利要求8所述方法，其特征为所述叶轮是用于压缩机上的。
10.权利要求5所述的方法，其特征在于所述奥氏体化步骤(b)是在993-1066℃的温度进行的；电弧焊接步骤(c)是使用气体保护钨极电弧焊或埋弧焊技术进行的，所用的填焊金属合金是实心焊条或实心焊丝的形式，包含最高为0.6％的锰和4.5～5.0％的镍；回火步骤(d)是在591-618℃的温度进行的。
11.权利要求10所述的方法，其特征在于所述填焊金属合金是空心焊条或空心焊丝的形式，所述填焊金属合金组合物以重量百分数计，含有最高为0.015％的磷、最高为0.3％的硅、4.5～5.0％的镍和10～12％的铬；
12.权利要求5所述的焊接方法，其特征在于所述奥氏体化步骤(b)是在993-1066℃的温度进行的；电弧焊接步骤(c)是使用保护金属极电弧焊技术进行的，所用的填焊金属合金是包覆电极的形式，所述填焊金属合金组合物包含最高为0.015％的磷、最高为0.3％的硅、4.6～5.0％的镍和10～12％的铬；回火步骤(d)是在663-691℃的温度进行的；第二步回火步骤是在591-618℃的温度在回火步骤(d)后进行的。
13.权利要求5所述的焊接方法，其特征在于所述奥氏体化步骤(b)是在993-1066℃的温度进行的；电弧焊接步骤(c)是使用气体保护钨极电弧焊或埋弧焊技术进行的，所用的填焊金属合金是实心焊条或实心焊丝的形式，它包含最高为0.6％的锰和4.5～5.0％的镍；回火步骤(d)是在499-604℃的温度进行的。
14.权利要求13所述的焊接方法，其特征在于所述填焊金属合金是空心焊条或空心焊丝的形式，所述填焊金属合金组合物包含最高为0.015％的磷、最高为0.3％的硅和10～12％的铬。
15.权利要求5所述的焊接方法，其特征在于所述奥氏体化步骤(b)是在993-1066℃的温度进行的；电弧焊接步骤(c)是使用保护金属极电弧焊技术进行的，所用的填焊金属合金是包覆电极的形式，所述填焊金属合金组合物包含最高为0.015％的磷、最高为0.3％的硅、4.6～5.0％的镍和10～12％的铬；回火步骤(d)是在499-604℃的温度进行的。
16.一种由权利要求5所述方法制造的叶轮，其特征在于不锈钢部件包括至少一个轮毂，至少一个盖片和许多叶片。
17.权利要求16所述的叶轮，其特征在于所述不锈钢部件是由马氏体不锈钢制成的。
18.权利要求16所述的叶轮，其特征在于所述不锈钢是13Cr-4Ni型不锈钢，所用的填焊金属合金包含最高为0.6％的锰和4.5～5.0％的镍。
19.权利要求16所述的叶轮，其特征在于所述不锈钢是13Cr-4Ni型不锈钢，所用的填焊金属合金包含最高为0.6％的锰、最高为0.015％的磷、最高为0.3％的硅、4.5～5.0％的镍和10～12％的铬。
20.权利要求16所述的叶轮，其特征在于所述不锈钢是13Cr-4Ni型不锈钢，所用的填焊金属合金包含最高为0.015％的磷、最高为0.3％的硅、4.6～5.0％的镍和10～12％的铬。
21.一种接触在石化腐蚀性流体并在低温条件下用于压缩机的叶轮，所述叶轮包括：
中心轮毂；
离开中心轮毂一定距离的外层盖片；
许多具有反向伸长边缘部分的叶片，其中每个叶片的第一边缘部分通过焊接连接在叶轮中心轮毂上，每个叶片的另一边缘部分通过焊珠连接在叶轮的外层盖片上；
其中叶片、轮毂和盖片均由13Cr-4Ni型不锈钢制成；
其中连接叶片和轮毂及盖片的焊珠由以重量百分数计含有最高为0.02％的碳、最高为0.8％的锰、最高为0.02％的磷、最高为0.015％的硫、最高为0.6％的硅、4.5％～5.5％的镍、0.4％～0.7％的钼、10％～12.5％的铬、最高为0.1％的铜、余量基本上是铁和附带的杂质的填焊金属合金形成。
22.一种于包括接触腐蚀性石化流体和低温的有害环境中使用的制品，所述制品包括许多由13Cr-4Ni型不锈钢制成的部件，所述部件通过许多焊珠连接在一起，并且所述焊珠由以重量百分数计含有最高为0.02％的碳、最高为0.8％的锰、最高为0.02％的磷、最高为0.015％的硫、最高为0.6％的硅、4.5％～5.5％的镍、0.4％～0.7％的钼、10％～12.5％的铬、最高为0.1％的铜、余量基本上是铁和附带的杂质的填焊金属合金形成。
CNB018087558A 2000-04-28 2001-04-27 焊接方法、填焊金属组合物和由此制得的制品 Expired - Fee Related CN1174110C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US20032300P 2000-04-28 2000-04-28
US60/200,323 2000-04-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1426491A CN1426491A (zh) 2003-06-25
CN1174110C true CN1174110C (zh) 2004-11-03

Family

ID=22741230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB018087558A Expired - Fee Related CN1174110C (zh) 2000-04-28 2001-04-27 焊接方法、填焊金属组合物和由此制得的制品

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6712912B2 (zh)
EP (1) EP1290236B1 (zh)
JP (1) JP4170623B2 (zh)
CN (1) CN1174110C (zh)
AT (1) ATE447629T1 (zh)
AU (1) AU5735101A (zh)
DE (1) DE60140361D1 (zh)
WO (1) WO2001083840A1 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10305381A1 (de) 2003-02-10 2004-08-19 Tyco Electronics Amp Gmbh Verbindungsanordnung und Herstellverfahren für eine Verbindungsanordnung
WO2008105990A1 (en) * 2007-02-27 2008-09-04 Exxonmobil Upstream Research Company Corrosion resistant alloy weldments in carbon steel structures and pipelines to accommodate high axial plastic strains
US8875380B2 (en) * 2007-03-08 2014-11-04 General Electric Company Process of forming an encapsulated magnet assembly
US7847454B2 (en) * 2007-03-08 2010-12-07 General Electric Company Encapsulated stator assembly and process for making
US8847450B2 (en) * 2007-03-08 2014-09-30 General Electric Company Encapsulated magnet assembly and process for making
US20080219834A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-11 General Electric Company Rotor Shaft Assembly for Magnetic Bearings for Use in Corrosive Environments
US20090113999A1 (en) * 2007-03-08 2009-05-07 General Electric Company Method for Testing a Rotor and Stator Assembly
US20080218008A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-11 General Electric Company Rotor and Stator Assemblies that Utilize Magnetic Bearings for Use in Corrosive Environments
JP2011021492A (ja) 2009-07-13 2011-02-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd インペラおよび回転機械
JP2011021491A (ja) * 2009-07-13 2011-02-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd インペラおよび回転機械
US20150321295A1 (en) * 2014-05-07 2015-11-12 Lincoln Global, Inc. Llt welding consumables
CN106112224B (zh) * 2016-07-21 2017-12-05 武汉天高熔接股份有限公司 钢结构u形肋板角焊缝全熔透焊接工艺
CN108950433A (zh) * 2018-06-29 2018-12-07 界首市众鑫科技服务有限公司 一种大型单壳体渣浆泵分体式叶轮的制备方法
CN109988967A (zh) * 2019-03-04 2019-07-09 江苏省徐州技师学院 一种新型焊接材料及其制作方法
US11772206B2 (en) * 2019-09-20 2023-10-03 Lincoln Global, Inc. High chromium creep resistant weld metal for arc welding of thin walled steel members
US11772207B2 (en) * 2019-09-20 2023-10-03 Lincoln Global, Inc. High chromium creep resistant weld metal for arc welding of thick walled steel members
CN112430786B (zh) * 2020-11-23 2022-02-18 山西太钢不锈钢股份有限公司 水电行业焊接用不锈钢线材及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO116045B (zh) 1965-07-27 1969-01-20 Avesta Jernverks Ab
US3769003A (en) 1971-04-05 1973-10-30 Int Nickel Co Alloy steel particularly adaptable for use as a filler metal
JPS505244A (zh) * 1973-05-21 1975-01-20
JPS51133807A (en) * 1975-05-14 1976-11-19 Hitachi Ltd Turbo type impeller with high performance
GB2130948B (en) * 1982-11-12 1986-10-08 Nas Sweisware Eiendoms Beperk Flux-coated arc welding electrode
JPH07185879A (ja) * 1993-12-24 1995-07-25 Nippon Steel Corp 高強度高耐食マルテンサイト系ステンレス鋼用溶接線材
JPH07228942A (ja) 1994-02-17 1995-08-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd オーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手の製造方法
CN1041642C (zh) 1994-06-17 1999-01-13 株式会社日立制作所 高韧性13Cr5Ni系不锈钢及其用途
US6042782A (en) 1996-09-13 2000-03-28 Sumikin Welding Industries Ltd. Welding material for stainless steels
JPH10146691A (ja) * 1996-11-18 1998-06-02 Nippon Steel Corp 高Ｃｒ鋼の溶接方法

Also Published As

Publication number Publication date
US6712912B2 (en) 2004-03-30
EP1290236A4 (en) 2005-01-05
EP1290236B1 (en) 2009-11-04
DE60140361D1 (de) 2009-12-17
ATE447629T1 (de) 2009-11-15
JP4170623B2 (ja) 2008-10-22
JP2003531732A (ja) 2003-10-28
WO2001083840A1 (en) 2001-11-08
CN1426491A (zh) 2003-06-25
US20030056862A1 (en) 2003-03-27
EP1290236A1 (en) 2003-03-12
AU5735101A (en) 2001-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1174110C (zh) 焊接方法、填焊金属组合物和由此制得的制品
CN1192852C (zh) 双相不锈钢用焊剂空心焊丝
CN1086743C (zh) 具有高抗表面疲劳损伤性和高耐磨性的贝氏体钢钢轨
AU2003289437B2 (en) High-strength martensitic stainless steel with excellent resistances to carbon dioxide gas corrosion and sulfide stress corrosion cracking
CN1103380C (zh) 高强度低合金耐热钢
CN1816639A (zh) 马氏体不锈钢
EP2246454A1 (en) Carburization-resistant metal material
CN1098444A (zh) 具有由热处理方法产生的马氏体显微组织的耐热和抗蠕变钢
TW201610185A (zh) 肥粒鐵系不銹鋼及其製造方法
CN1144542A (zh) 可在氧化气氛中接合的耐热材料用的液相扩散接合合金箔
CN1078910C (zh) 具有优异疲劳强度的焊接接头
JPH10146691A (ja) 高Ｃｒ鋼の溶接方法
CN1816640A (zh) 两相不锈钢
CN1112980C (zh) 用于粉体等离子体堆焊熔接的粉末材料及堆焊熔接金属
JP4452204B2 (ja) アルミニウム系材料とのロウ付け接合用鋼板、その鋼板を用いた接合方法および接合継手
CN112935623B (zh) 一种新型Ni-Cr-Co-Mo型高温镍基焊丝
CN1173066C (zh) 透平转子用的12Cr合金钢、其制造方法及透平转子
JP2000015447A (ja) マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接方法
JP2561592B2 (ja) 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接材料
JP4508772B2 (ja) 蒸気タービンロータの補修方法、肉盛溶接材料及び蒸気タービン
JP4452205B2 (ja) アルミニウム系材料とのロウ付け接合用鋼板、その鋼板を用いた接合方法および接合継手
Göransson et al. Sandvik SAF 2707 HD®(UNS S32707): a hyper-duplex stainless steel for severe chloride containing environments
JP2004115911A (ja) 自動車燃料タンクおよび燃料タンク周辺部材用フェライト系ステンレス鋼
JP7570243B2 (ja) 尿素ｓｃｒシステム用ステンレス鋼製溶接部材
CN1132261A (zh) 金属带锯的有优良疲劳强度焊接区的背衬材料及金属带锯

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20041103

Termination date: 20180427