專利名稱：：一種可耐正火退火處理的耐熱鋼焊條及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于焊接材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及到一種可耐正火退火處理的耐熱鋼焊條及使用方法。
背景技術(shù)：
：15CrMo、15CrMoR、14CrlMo、14CrlMoR、A387GrllCL2、A387Grl2CL2、1Cr0.5Mo、1.25Cr0.5Mo等耐熱鋼廣泛應(yīng)用于鍋爐管道、高壓容器、石油精煉設(shè)備，其手工電弧焊時(shí)焊接材料選用GB/T5118-1995《低合金鋼焊條》中的E5515-B2、E5516-B2、E5518-B2焊條，ASME/AWSA5.5《手工電弧焊用低合金鋼焊條標(biāo)準(zhǔn)》中的E8015-B2、E8016-B2、E8018-B2焊條，以及其他具有相同焊縫金屬合金成分的焊條，以上焊條的焊縫金屬合金成分見(jiàn)表1，其焊縫經(jīng)退火熱處理溫度和力學(xué)性能要求見(jiàn)表2。表1現(xiàn)有電焊條焊縫金屬合金成分(％)<table>complextableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage4</formula>表2現(xiàn)有電焊條焊接耐熱鋼后退火熱處理溫度和力學(xué)性能要求<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage4</formula>采用現(xiàn)有焊接材料，焊后經(jīng)過(guò)690士15。C的退火熱處理時(shí)，焊縫金屬?gòu)?qiáng)度可以滿足表2的要求。但是，對(duì)厚度較人鋼板進(jìn)行熱成型時(shí)，為保證生產(chǎn)中厚板熱成型過(guò)程的順利進(jìn)行和材料性能，焊接接頭需要先后經(jīng)受920士3(TC的正火和680士3(TC的退火熱處理，以使得母材鋼板滿足Rp。2》275MPa，&為450685MPa的要求。而此時(shí)，采用表l中所列合金成分的電焊條焊縫金屬?gòu)?qiáng)度性能將不能滿足其要求?，F(xiàn)有電焊條不能滿足該要求的典型案例見(jiàn)表3、表4。表3現(xiàn)有電焊條焊縫金屬典型合金成分(％)<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage4</formula>表4現(xiàn)有電焊條焊縫金屬經(jīng)正火退火后強(qiáng)度性能<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage4</formula>針對(duì)上述問(wèn)題，目前生產(chǎn)中解決的方法有兩種第一種是采用含有2.25CrlMo的高合金高強(qiáng)度匹配焊材；第二種方法是先焊接鋼板，然后進(jìn)行正火退火熱處理，然后去除經(jīng)正火退火的焊縫，重新焊接鋼板并進(jìn)行焊后退火處理。采用第一種方法，由于增加了價(jià)格昂貴的Cr、Mo合金的使用量，焊材成本大幅度提高。采用第二種方法，則需要經(jīng)過(guò)兩次焊接和一次熱處理，不僅增加了焊材成本，也使得生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜。以上兩種方法均增加了產(chǎn)品的制造成本。在現(xiàn)有技術(shù)的焊接材料中，涉及耐熱鋼焊條有以下兩項(xiàng)公開(kāi)專利1、CN1113726C，它所公開(kāi)的耐熱鋼焊條，通過(guò)形成超低碳、超低氫成分的焊縫金屬，可在102(TC常溫條件下不預(yù)熱焊接珠光體耐熱鋼，而不形成裂紋，該焊條焊縫金屬合金成分為碳《0.05%、硅《0.30%、錳0.51%、鉻11.5%、鉬O.40.65%、硫《0.025%、磷《0.025%。2、CN1569386A，它所公開(kāi)的耐熱鋼不預(yù)熱焊接用焊條具有硬度低、超低氫、抗裂性、高韌性等特點(diǎn)，其焊縫金屬合金成分為碳《0.08%、硅《0.50%、錳0.50.8%、鉻0.8L2%、鉬0.40.65%、硫《0.035%、磷《0.035%以及釩O.10.2%。以上兩種公開(kāi)專利的悍條，均未表明其可經(jīng)受正火退火熱處理后，焊縫強(qiáng)度滿足Rp。.2^275MPa，1^為450685MPa的要求。需要采用如上所述的高合金高強(qiáng)度匹配焊材和復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，增加了焊材成本和生產(chǎn)過(guò)程。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可耐正火退火處理的耐熱鋼悍條及使用方法，該焊條成分設(shè)計(jì)合理，其焊縫經(jīng)正火退火熱處理后，具有良好的高溫使用性能并兼顧其他機(jī)械性能，可以防止焊縫產(chǎn)生熱裂紋，焊縫強(qiáng)度滿足Rp。.2^275MPa、Rm為450685MPa的要求，而且還可能減少接頭的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而防止焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，降低材料消耗和生產(chǎn)成本。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案所述的可耐正火退火處理的耐熱鋼焊條，該耐熱鋼焊條包括焊芯H08A或H08E和藥皮，其藥皮按重量份構(gòu)成如下大理石4060、螢石1820、石英57、鈦鐵1113、硅鐵37、中碳錳鐵1.53、鉬鐵2.53.5、高碳鉻鐵4.57.5、純堿0.51.5，此外加入1623重量份的鈉水玻璃作粘結(jié)劑。所述的可耐正火退火處理的耐熱鋼焊條，將大理石4060份、螢石18520份、石英57份、鈦鐵1113份、硅鐵37份、中碳錳鐵1.53份、鉬鐵2.53.5份、高碳鉻鐵4.57.5份、純堿0.51.5份混合均勻后，再加入作為粘結(jié)劑的鈉水玻璃1623份混合均勻，在油壓型焊條壓涂機(jī)上對(duì)焊芯H08A或H08E壓涂成型為半成品耐熱鋼焊條，再經(jīng)8(TC低溫烘干和40(TC的高溫烘干制成成品耐熱鋼焊條。所述的PJ耐正火退火處理的耐熱鋼焊條使用方法是在焊接前將耐熱鋼焊條在35040(TC條件下進(jìn)行1小時(shí)的烘干，焊接時(shí)釆用直流反接，焊接電流控制在150180A，電弧電壓控制在2228V，焊接速度控制在100200mm/min，道間溫度控制在160220°C。由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性1、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有成分設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，成本低的特點(diǎn)。2、本發(fā)明在對(duì)15CrMo、15CrMoR、14CrlMo、14CrlMoR等耐熱鋼焊接后，其焊縫經(jīng)受正火退火處理后，能夠滿足Rp。》275MPa，Rm為450685MPa的強(qiáng)度要求。3、本發(fā)明降低了材料消耗和生產(chǎn)成本。具體實(shí)施例方式現(xiàn)以表5形式舉出本發(fā)明藥皮構(gòu)成，焊芯H08A或H08E的直徑為①4腿。表5:藥皮按重量份構(gòu)成<table>complextableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例24519.5122.5361.020實(shí)施例3601851371.53.50.51將表5組分混合均勻，在油壓型焊條壓涂機(jī)上對(duì)04mm焊芯H08A或H08E壓涂成型為半成品耐熱鋼焊條，壓涂后焊條外徑為06.3mm，再經(jīng)8(TC低溫烘干和40(TC的高溫烘干制成成品耐熱鋼焊條。焊接試板坡口尺寸、取樣位置及試驗(yàn)方法等均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5118-1995《低合金鋼焊條》的規(guī)定進(jìn)行實(shí)施。本發(fā)明的耐熱鋼悍條使用方法是在焊接前將耐熱鋼焊條在35040(TC條件下進(jìn)行1小時(shí)的烘干，焊接時(shí)采用直流反接，焊接電流控制在150180A，電弧電壓控制在2228V，焊接速度控制在100200mm/min，道間溫度控制在160220°C。本發(fā)明的耐熱鋼焊條在對(duì)耐熱鋼焊接后其焊縫經(jīng)過(guò)920士3(TC的正火和680士30。C退火后的合金成分見(jiàn)表6。表6:<table>complextableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明的耐熱鋼焊條焊接后其焊縫強(qiáng)度性能見(jiàn)表7。表7:<table>complextableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明的耐熱鋼焊條，其焊芯及藥皮組成、粘結(jié)劑的限定理由分別敘述如下焊芯H08A或H08E:這兩種材料為普通低合金鋼焊芯，來(lái)源廣泛，價(jià)格較低，可以通過(guò)焊芯過(guò)渡碳、錳合金。大理石大理石作為造渣劑和造氣劑，焊接時(shí)形成熔渣，保護(hù)熔滴和熔池金屬，改善焊縫成型，在電弧高溫作用下分解，產(chǎn)生氣體，保護(hù)電弧及熔池金屬，防止周圍空氣中的氧和氮的侵入，此外，大理石還有較強(qiáng)的降氫和穩(wěn)定電弧作用。藥皮中大理石超過(guò)60份時(shí)，電弧吹力過(guò)大，熔渣較粘、飛濺增大和成型不良，當(dāng)大理石含量低于40份時(shí)，藥皮套筒太短，造氣不足、電弧吹力不夠、電弧不穩(wěn)、飛濺增大和熔渣過(guò)稀。大理石的最佳范圍在40份60份之間。螢石螢石作為重要的降氫物質(zhì)，當(dāng)螢石低于18份時(shí)，焊條去氫不足，容易形成氫氣孔，當(dāng)螢石高于20份時(shí)，由于螢石含有對(duì)電弧穩(wěn)定不利的氟，含量過(guò)高會(huì)造成電弧不穩(wěn)。螢石的最佳范圍在1820份之間。石英石英對(duì)堿性熔渣有一定稀渣作用，當(dāng)配比較小時(shí)，熔渣流動(dòng)性不良，成型變差，當(dāng)含量過(guò)高時(shí)，容易造成脫渣困難。石英的最佳范圍在57份之間。鈦鐵、硅鐵鈦鐵和硅鐵是主要的脫氧劑，鈦鐵的脫氧產(chǎn)物二氧化鈦具有較強(qiáng)的稀渣作用。鈦鐵還能改善焊條的電弧穩(wěn)定性。硅鐵除了脫氧以外，還向焊縫過(guò)渡硅，鈦鐵和硅鐵含量過(guò)低，則焊縫脫氧不完全，含量過(guò)高，則過(guò)渡過(guò)多的鈦和硅會(huì)降低焊縫金屬韌性，鈦鐵和硅鐵的最佳范圍分別為1113份和37份。中碳錳鐵中碳錳鐵主要是脫氧，并向焊縫過(guò)渡錳元素，過(guò)量的錳鐵，會(huì)造成氧化錳過(guò)多，使熔渣堿度增大，導(dǎo)致流動(dòng)性變差，焊縫成型不良，脫渣困難。中碳錳鐵的最佳范圍在1.53份。鉬鐵鉬鐵的作用是向焊縫金屬過(guò)渡鉬元素，提高耐熱鋼悍條的耐高溫性能。鉬鐵的最佳含量在2.53.5份之間。高碳鉻鐵高碳鉻鐵除了向焊縫金屬過(guò)渡鉻合金以外，還向焊縫金屬過(guò)渡碳元素，其含量過(guò)低，則焊縫鉻含量不足，含量過(guò)高，則焊縫含碳量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度上升和韌性下降。高碳鉻鐵的最佳范圍在4.57.5之間。純堿加入0.51.5份的純堿，可以增加藥皮滑性，改善壓涂性能，但過(guò)多的純堿，會(huì)使得藥皮吸潮，飛濺增大。純堿的合適范圍在0.51.5份之間。鈉水玻璃鈉水玻璃是低合金鋼焊條常見(jiàn)的粘結(jié)劑，當(dāng)其含量低于16份時(shí)，藥皮較硬，不易壓涂，當(dāng)含量超過(guò)23份時(shí)，藥皮較軟，焊條藥皮強(qiáng)度較低。鈉水玻璃的事宜范圍是1623份。本發(fā)明的焊條焊縫金屬成分中，各種元素的限定理由分別敘述如下碳的影響碳是一種廉價(jià)的合金元素，碳含量上升，將使得焊縫組織細(xì)化，從而產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化，此外，根據(jù)亞共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，碳含量的升高將使得連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線右移，從而焊縫冷卻時(shí)更多地生成強(qiáng)度較高的珠光體，減少?gòu)?qiáng)度較低的鐵素體含量。但是，隨著碳含量的增加，耐熱鋼的抗蠕變性能下降，且碳含量超過(guò)O.18%時(shí)，焊縫強(qiáng)度超過(guò)685MPa。試驗(yàn)表明，碳含量的范圍在O.100.18%之間為宜。硅的影響硅能提高焊縫的抗氧化性能及室溫強(qiáng)度，但是硅是促進(jìn)石墨化的元素，隨著硅含量的增加，焊縫的塑性和韌性降低，并使焊縫蠕變抗力下降。因此，需要嚴(yán)格控制硅的含量。試驗(yàn)表明，硅含量需要控制在《0.60%的水平。錳的影響對(duì)于耐熱鋼焊接材料，提高錳含量，可以提高焊縫強(qiáng)度，可以凈化焊縫金屬，減少熱裂傾向，同時(shí)由于錳硅比的提高，可以提高焊縫金屬?zèng)_擊韌性，但是，過(guò)高的錳含量也會(huì)降低韌性。試驗(yàn)表明，焊縫金屬中錳含量適宜范圍為0.51.2%。鉻的影響鉻能提高鋼的耐蝕性、持久強(qiáng)度和蠕變能力，并阻止鋼中石墨化過(guò)程，降低碳化物的球化速度，但鉻引起熱脆性，降低鋼的焊接性。試驗(yàn)表明，鉻含量的適宜范圍在0.81.5%之間。鉬的影響鋼的抗蠕變性能隨鉬含量的增加而提高，加入少量的鉬能夠消除鋼的熱脆性，提高其耐蝕性，但是鉬容易產(chǎn)生石墨化。試驗(yàn)表明，鉬含量的適宜范圍是0.400.65%。硫、磷的影響硫、磷是焊縫金屬中的雜質(zhì)，隨著硫、磷含量的增加，焊縫金屬的沖擊韌性將下降。因此，需要嚴(yán)格控制焊縫金屬中硅的含量。試驗(yàn)表明，硫、磷含量需要控制在《0.035%的水平。權(quán)利要求1、一種可耐正火退火處理的耐熱鋼焊條，該耐熱鋼焊條包括焊芯H08A或H08E和藥皮，其特征在于耐熱鋼焊條的藥皮按重量份構(gòu)成如下大理石40～60、螢石18～20、石英5～7、鈦鐵11～13、硅鐵3～7、中碳錳鐵1.5～3、鉬鐵2.5～3.5、高碳鉻鐵4.5～7.5、純堿0.5～1.5，此外加入16～23重量份的鈉水玻璃作粘結(jié)劑。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可耐正火退火處理的耐熱鋼焊條，其特征在于將大理石4060份、螢石1820份、石英57份、鈦鐵1113份、硅鐵37份、中碳錳鐵1.53份、鉬鐵2.53.5份、高碳鉻鐵4.57.5份、純堿0.51.5份混合均勻后，再加入作為粘結(jié)劑的鈉水玻璃1623份混合均勻，在油壓型焊條壓涂機(jī)上對(duì)焊芯H08A或H08E壓涂成型為半成品耐熱鋼焊條，再經(jīng)80°C低溫烘干和400°C的高溫烘干制成成品耐熱鋼焊條。3、一種可耐正火退火處理的耐熱鋼悍條使用方法，其特征在于是在焊接前將耐熱鋼焊條在35040(TC條件下進(jìn)行1小時(shí)的烘干，焊接時(shí)采用直流反接，焊接電流控制在150180A，電弧電壓控制在2228V，焊接速度控制在100200mm/rain，道間溫度控制在160220°C。全文摘要一種可耐正火退火處理的耐熱鋼焊條，包括大理石40～60份、螢石18～20份、石英5～7份、鈦鐵11～13份、硅鐵3～7份、中碳錳鐵1.5～3份、鉬鐵2.5～3.5份、高碳鉻鐵4.5～7.5份、純堿0.5～1.5份混合均勻后加入鈉水玻璃16～23份，在油壓型焊條壓涂機(jī)上對(duì)焊芯H08A壓涂成型為半成品，經(jīng)80℃低溫烘干和400℃的高溫烘干制成成品。焊接前在350～400℃條件下烘干1小時(shí)，焊接時(shí)直流反接，電流150～180A，電弧電壓22～28V，焊接速度100～200mm/min，道間溫度160～220℃。焊縫經(jīng)熱處理具有良好高溫使用性，滿足R_p0.2≥275MPa、R_m為450～685MPa要求。文檔編號(hào)B23K35/36GK101342650SQ200810141219公開(kāi)日2009年1月14日申請(qǐng)日期2008年8月21日優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日發(fā)明者吳倫發(fā),姚上衛(wèi),新陳申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所