TW201318756A

TW201318756A - 耐熱鋼埋弧材料

Info

Publication number: TW201318756A
Application number: TW100139767A
Authority: TW
Inventors: tai-sheng Zhou
Original assignee: Sorex Welding Co Ltd
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-05-16
Also published as: TWI494187B

Abstract

本發明提供一耐熱鋼埋弧材料，包含：焊絲及焊劑，其中，以該焊絲所含成分總重量為100 wt%，該焊絲包括以下成份：C：0.07～0.15 wt%；Si：0.05～0.30 wt%；Mn：0.45～1.0 wt%；P：0～0.010 wt%；S：0～0.010 wt%；Cr：1.00～1.75 wt%；Mo：0.45～0.65 wt%；Cu：0～0.15 wt%；餘量為鐵及其他不可避免雜質。該焊劑由以下原料經高溫燒結而成，以該焊劑原料之總重量為100 wt%，該焊劑原料包括：CaF2：10～30 wt%；MgF2：5～15 wt%；CaO：5～20 wt%；MgO：10～25 wt%；Al2O3：10～30 wt%；及SiO2：5～15 wt%。

Description

耐熱鋼埋弧材料

本發明是有關於一種包含焊絲及焊劑之耐熱鋼埋弧材料，特別是指一種適用於480～660 MPa級之耐熱鋼焊接的耐熱鋼埋弧材料。

耐熱鋼常用於製造鍋爐、汽輪機、工業爐、動力機械和航空、石油化工、核電等工業部門中在高溫下工作的零部件。目前，耐熱鋼的使用溫度範圍為200～1300℃，工作壓力為幾兆帕到幾十兆帕，工作環境十分複雜。所以現在的耐熱鋼焊接材料除要求高溫強度外，根據用途不同還要求有足夠的韌性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的組織穩定性。在耐熱鋼埋弧焊絲、焊劑以及焊接製程存在有較大的不穩定性，熱裂等問題，對於壓力容器尤其是航空、核電工業等方面的危害尤其嚴重，急需改進。

目前市場上常用的高強耐熱鋼埋弧之焊絲和焊劑，很難滿足在不同的熱處理條件下在高溫時都具有良好的力學性能。

因此，本發明之目的，即在提供一種耐熱鋼埋弧材料，其在高溫條件下，所含之焊絲和焊劑具有優良的韌性、可加工性和焊接性，並能在不同的熱處理條件下都具有良好的力學性能。

於是，本發明耐熱鋼埋弧材料，包含：焊絲及焊劑，其中，以該焊絲所含成分總重量為100 wt%，該焊絲包括以下成份：

C：0.07～0.15 wt%；

Si：0.05～0.30 wt%；

Mn：0.45～1.0 wt%；

P：0～0.010 wt%；

S：0～0.010 wt%；

Cr：1.00～1.75 wt%；

Mo：0.45～0.65 wt%；

Cu：0～0.15 wt%；

餘量為鐵及其他不可避免雜質；

該焊劑由以下原料經高溫燒結而成，以該焊劑原料之總重量為100 wt%，該焊劑原料包括：

CaF₂：10～30 wt%；

MgF₂：5～15 wt%；

CaO：5～20 wt%；

MgO：10～25 wt%；

Al₂O₃：10～30 wt%；

SiO₂：5～15 wt%。

本發明耐熱鋼埋弧材料透過使用具有特殊成份和含量比例之焊絲與由特殊原料及含量比例所製得之焊劑，使焊縫熔敷金屬可以保證有良好的綜合力學性能，並在化學性質、物理或機械性質、耐熱性質等性質上，使焊縫熔敷金屬與母材達到最佳匹配。

本發明的功效在於：本發明埋弧耐熱鋼埋弧材料之焊絲所含成份之特點是含有較低的C和Si，較高的Cr和Mo，含有少量的Mn，以及極低含量之有害元素P、S。透過合理調整各種合金元素含量，使其在焊接過程中有良好的操作性，再配合由特定原料所製成之焊劑，而讓焊後的焊縫金屬在高溫下具有高的抗拉強度(425℃，抗拉強度為550-700 MPa)和良好的衝擊韌性(-5℃，Akv150J)。

本發明耐熱鋼埋弧材料，包含：焊絲及焊劑，其中，以該焊絲所含成分總重量為100 wt%，該焊絲包括以下成份：C：0.07～0.15 wt%；Si：0.05～0.30 wt%；Mn：0.45～1.0 wt%；P：0～0.010 wt%；S：0～0.010 wt%；Cr：1.00～1.75 wt%；Mo：0.45～0.65 wt%；Cu：0～0.15 wt%；餘量為鐵及其他不可避免雜質。該焊劑由以下原料經高溫燒結而成，以該焊劑原料之總重量為100 wt%，該焊劑原料包括：CaF₂：10～30 wt%；MgF₂：5～15 wt%；CaO：5～20 wt%；MgO：10～25 wt%；Al₂O₃：10～30 wt%；SiO₂：5～15 wt%。

對於耐熱鋼焊接材料，需要有耐高溫能力，同時又要有足夠的強度(即熱強性)。一般通過添加一定量的合金元素實現此目的。對於焊絲來說，其各種合金元素的搭配非常重要，下面就對本發明中各類合金元素成份的作用加以說明：

C：為提高鋼的熱強性需要形成穩定的第二相，主要是碳化物相，因此，為提高熱強性，需要適當提高碳含量；如能同時加入強碳化物形成元素Nb、Ti、V等就更有效。但鋼中碳含量增加，會降低鋼的塑性和可焊性。因此除強度要求較高的鋼中外，一般奧氏體型耐熱鋼中的碳含量都控制在較低的範圍內。本發明中碳的含量範圍控制在0.07～0.15 wt%。

Cr：在高溫下能促使金屬表面生成緻密的鈍化膜，防止繼續氧化，能夠提高鋼的抗氧化性和抗高溫氣體腐蝕，並能提高耐熱鋼的熱強性。可見鉻元素是耐熱鋼具備強大耐熱性能所必不可少的元素之一。在本發明中，鉻元素含量控制在1.00～1.75 wt%。

Si：能溶於鐵素體和奧氏體中提高鋼的強度和硬度，也是耐熱鋼中抗高溫腐蝕的有益元素；但是，Si能降低鋼的焊接性，因為Si與氧的親和力比鐵強，在焊接時容易生成低熔點的矽酸鹽，增加熔渣和熔化金屬的流動性，引起噴濺現象，進而影響焊縫品質。因此，Si的含量不宜過高，本發明耐熱鋼埋弧材料之焊絲的Si含量較低。但由於焊劑SiO₂的存在，會對焊縫有一定的增Si作用，提高了去氧能力，也使熔池具有一定的流動性。在本發明中，Si元素的含量控制在0.05～0.30 wt%。

Mn：錳是良好的去氧劑和脫硫劑，它使鋼形成和穩定奧氏體組織的能力僅次於鎳，以錳取代鎳的耐熱鋼，有廣泛的用途。錳對鋼的高溫暫態強度雖有所提高，但對持久強度和蠕變強度則沒有顯著的作用。在本發明中，錳含量控制在0.45～1.0 wt%。

Mo：加入鋼中能提高淬透性，且Mo能耐蠕變、耐點蝕及耐海水腐蝕。在本發明中，Mo的含量為0.45～0.65 wt%。

P、S：磷、硫在焊接時極易形成低熔點化合物，增加焊接接頭的熱裂傾向，磷易在焊縫中形成低熔點磷化物，增加熱烈敏感性，而硫則容易在焊接熱影響區形成低熔點硫化物而增加熱裂敏感性。在焊縫中，硫對熱裂的敏感性比磷弱，這是因為在焊縫中硫能形成MnS，並且離散分佈在焊縫中。而在熱影響區中則相反，因為硫的擴散速度比磷快，更容易在晶界中偏析。所以焊縫中硫、磷的最高含量都應該控制在0.015 wt%以內。在本發明中，磷、硫含量都控制在0.010 wt%以內。

本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

<實施例>

實施例1~4分別選用下述焊絲A~C及焊劑a~e，而焊絲A~C及的具體成份及含量比例則如分別下表1及2所示，其中，焊絲的規格為4.0 mm，焊劑a~e是將表2中所列的原料進行高溫燒結所製得。

[實施例1]

利用焊絲A與焊劑a配合焊接，焊接製程的條件規範為：電流550A、電壓32V、焊接速度420 mm/min、焊後690℃×22小時的熱處理、高溫拉伸，且焊接過程中作業性良好，焊後試板拍片無氣孔。焊後之熔敷金屬的物化性能如下表3：

[實施例2]

利用焊絲B與焊劑b配合焊接，焊接製程的條件規範為：電流550A、電壓32V、焊接速度420 mm/min、焊後690℃×22小時的熱處理、高溫拉伸，且焊接過程中作業性良好，焊後試板拍片無氣孔。焊後之熔敷金屬的物化性能如下表4：

[實施例3]

利用焊絲C與焊劑c配合焊接，焊接製程的條件規範為：電流550A、電壓32V、焊接速度420 mm/min、焊後690℃×22小時的熱處理、高溫拉伸，且焊接過程中作業性良好，焊後試板拍片無氣孔。焊後之熔敷金屬的物化性能如下表5：

[實施例4]

利用焊絲C與焊劑d配合焊接，焊接製程的條件規範為：電流550A、電壓32V、焊接速度420 mm/min、焊後690℃×22小時的熱處理、高溫拉伸，且焊接過程中作業性良好，焊後試板拍片無氣孔。焊後之熔敷金屬的物化性能如下表6：

通過以上實驗說明：本發明所提供之耐熱鋼埋弧材料之焊絲及焊劑，皆具備優良的焊接操作性，適合於480～660 MPa級別的耐熱鋼在高溫環境下進行焊接，其熔敷金屬的物理、化學性能均能滿足熱電站、核動力、石油精煉、合成化工等場所之焊接。

綜上所述，本發明耐熱鋼埋弧材料透過使用具有特殊成份和含量比例之焊絲與由特殊原料及含量比例所製得之焊劑，使焊縫熔敷金屬可具有良好的綜合力學性能，並在化學性質、物理或機械性質、耐熱性質等性質上，使焊縫熔敷金屬與母材達到最佳匹配。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種耐熱鋼埋弧材料，包含：焊絲及焊劑，其中，以該焊絲所含成分總重量為100 wt%，該焊絲包括以下成份：C：0.07～0.15 wt%；Si：0.05～0.30 wt%；Mn：0.45～1.0 wt%；P：0～0.010 wt%；S：0～0.010 wt%；Cr：1.00～1.75 wt%；Mo：0.45～0.65 wt%；Cu：0～0.15 wt%；餘量為鐵及其他不可避免雜質；該焊劑由以下原料經高溫燒結而成，以該焊劑原料之總重量為100 wt%，該焊劑原料包括：CaF₂：10～30 wt%；MgF₂：5～15 wt%；CaO：5～20 wt%；MgO：10～25 wt%；Al₂O₃：10～30 wt%；及SiO₂：5～15 wt%。