專利名稱：超臨界鋼用氣保護(hù)焊絲材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣保護(hù)焊絲材料，具體說(shuō)是涉及一種ICrlOMoVNbN超臨界鋼用氣 保護(hù)焊絲材料。
背景技術(shù)：
隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，大容量的高溫、高壓機(jī)組不斷涌現(xiàn)，逐步淘汰了中溫中 壓機(jī)組。到2000年底全國(guó)擁有100CMW及以上裝機(jī)容量的火電廠66座，全國(guó)現(xiàn)有火電大機(jī) 組容量為 200 210MW的192臺(tái)、250 300MW的180臺(tái)、320 362. 5MW的56臺(tái)、500 660麗的30臺(tái)，800麗的2臺(tái)，大機(jī)組已成為中國(guó)火力發(fā)電的主力機(jī)組。2008年火電建設(shè) 繼續(xù)向著大機(jī)組、大容量、節(jié)水環(huán)保型方向發(fā)展，上海外高橋電廠2臺(tái)、江蘇泰州電廠1臺(tái) 百萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組相繼投運(yùn)，使得全國(guó)在運(yùn)百萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組已達(dá)10臺(tái)，世界首 臺(tái)百萬(wàn)千瓦空冷機(jī)組也已在寧夏開(kāi)工建設(shè)。實(shí)踐證明，提高鍋爐蒸汽溫度和壓力參數(shù)是提高火力發(fā)電效率的最有效的方法之 一，特別是溫度對(duì)效率的影響更為顯著。而增大蒸汽壓力則要求使用耐高溫強(qiáng)度更高的 鋼材，否則必然使構(gòu)件的壁厚成倍地增大；增加蒸汽溫度則必然要求鋼材能在更高的溫度 下保持高的強(qiáng)度。可見(jiàn)電力技術(shù)的發(fā)展在很大程度上依賴于材料技術(shù)的發(fā)展水平。順應(yīng) 這一要求，自20世紀(jì)的80年代以來(lái)，美、德、法、日等國(guó)開(kāi)發(fā)出一系列適用于蒸汽參數(shù)達(dá) 6000C /610°C、25MPa的鐵素體熱強(qiáng)鋼和蒸汽溫度達(dá)625°C的馬氏體耐熱不銹鋼(T91/P91， T92/P92，T122/P122，Super304H, T23/P23)。它們已是我國(guó)新建大容量亞臨界機(jī)組和超臨 界機(jī)組時(shí)首選的材料。電站用鋼的開(kāi)發(fā)需要很長(zhǎng)的周期，建國(guó)以來(lái)我國(guó)電站高溫高壓管用 鋼材大多沿用國(guó)外成熟鋼種，國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明12CrlMoV、2. 25Cr_Mo、TP304、TP347等鋼工 藝性能良好、運(yùn)行可靠。但為了提高蒸汽溫度和壓力，20世紀(jì)60年代以后各國(guó)(也包括我 國(guó))紛紛致力于開(kāi)發(fā)使用溫度高于580°C低于650°C的鋼種。1983年美國(guó)ORNL在花了 8年 時(shí)間對(duì)9CrlMo鋼進(jìn)行了改進(jìn)后，推出的T91/P91鋼具有優(yōu)良的常溫和610°C以下高溫力學(xué) 性能的同時(shí)，還具有良好的加工工藝性能?？梢哉f(shuō)T91/P91鋼的開(kāi)發(fā)成功是電站用鋼領(lǐng)域內(nèi)近30年努力的突破。我國(guó)于1987 年開(kāi)始引進(jìn)使用這種鋼，10多年來(lái)已有一些單位基本掌握了 T91/P91鋼的焊接工藝，同時(shí) 也開(kāi)展了 T91與鋼102、12CrlMoV、TP304鋼異種鋼焊接的研究工作。用T91更換鋼102制 成的過(guò)熱器和高溫再熱器運(yùn)行的可靠度明顯提高。它填補(bǔ)了低合金鋼珠光體耐熱鋼和高合 金奧氏體耐熱鋼之間的空缺。我國(guó)從90年代初開(kāi)始，逐步使用P91鋼作為電站主蒸汽管道 及熱段再熱蒸汽管道的材料，如珞璜電廠、鴨河口電廠、西固熱電廠、楊柳青電廠、邯峰電廠 等。用P91制成的蒸汽管其管壁厚度可成倍地減小。P91鋼焊接材料及其相關(guān)的焊接工藝是超臨界、超(超)臨界機(jī)組制造的關(guān)鍵技 術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)要求，提供一種ICrlOMoVNbN超臨界鋼用氣 保護(hù)焊絲材料。本發(fā)明的焊絲采用爐外精煉法進(jìn)行冶煉制作，即VOD法，對(duì)鋼液進(jìn)行真空處 理，加上氬氣的攪拌作用，反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件很有利，能獲得良好的去氣、去夾雜物的效果， 適用于自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊。本發(fā)明的超臨界鋼用氣保護(hù)焊絲材料是由下述(具體化學(xué)成分)重量百分比 的原料制備而成，其中碳 C 0. 09-0. 12% ；錳 Mn 0. 5-0. 8 % ；硅 Si 0. 20-0. 30% ；硫 S (0. 010% ；磷 P ≤ 0. 010% ；鉻 Cr 8. 5-10. 0% ；釩 V 0. 18-0. 25% ；鎳 Ni 0. 6-0. 8% ；鉬 Mo 0. 9-1. ；鈮 Nb 0. 05-0. 08% ；銅 Cu ≤ 0. 20% ；氮 N :0. 03-0. 06% ；鋁 Al ≤ 0. 04% ；
余量為鐵Fe。本發(fā)明所述原料的優(yōu)選重量百分比為碳C 0. 09-0. 12% ；錳Mn 0. 5-0.8% ；硅 Si 0. 20-0. 30 % ；硫 S 0. 003-0. 010 % ；磷 P 0. 004-0. 010 % ；鉻 Cr 8. 5-10. 0 % ； fL V 0. 18-0. 25%;鎳 Ni 0. 6-0. 8%;鉬 Mo 0. 9-1. 1%;鈮 Nb 0. 05-0. 08%;銅 Cu 0. 02-0. 10%； 氮 N :0· 03-0. 06% ；鋁 Al 0. 006-0. 01% ；余量為鐵 Fe。本發(fā)明的超臨界鋼用氣保護(hù)焊絲材料的制備方法可采用現(xiàn)有技術(shù)的冶煉方法具 體講，按重量百分比取所需原料，經(jīng)真空爐冶煉后鑄錠，再經(jīng)鍛、軋制、盤(pán)元和拔絲等工藝制 成成品焊絲，焊絲直徑可根據(jù)需要拉拔成1. 2mm或1. 6mm的焊絲。本發(fā)明的超臨界氣保護(hù)焊絲所添加的各合金元素的作用如下鈮Nb 當(dāng)鈮Nb含量減少到低于母材的含量水平時(shí)(母材的規(guī)定含鈮Nb量為 0. 06 0. 1 % )，可有效地提高焊縫金屬的韌性，但是為了不犧牲組織的抗蠕變性能， 0. 04 0. 08%被認(rèn)為是鈮Nb的最佳范圍；鎳Ni 鎳Ni的加入有利于提高焊縫的沖擊韌性。這主要是因?yàn)殒嘚i能夠降低材 料的ACl溫度，從而提高組織對(duì)回火溫度的反應(yīng)程度。同時(shí)鎳M還能降低δ鐵素體形成的 敏感性，而δ鐵素體的存在對(duì)焊縫金屬的性能是有害的。但是，過(guò)高的鎳M含量> 1.0% 則會(huì)過(guò)分降低焊縫金屬的ACl溫度，使其可能低于焊后熱處理的溫度，這將導(dǎo)致冷卻后新 的未回火馬氏體的生成。過(guò)高的鎳M含量還會(huì)影響材料的抗蠕變性能，因此，焊縫的鎳M 含量一般控制在0. 4 1. 0%之間，但也有個(gè)別機(jī)構(gòu)要求鎳Ni含量必須低于0. 4%，即與母 材的鎳Ni含量一致。綜合分析將鎳Ni含量設(shè)計(jì)在0. 6 0. 8之間；錳Mn —般認(rèn)為，適當(dāng)?shù)乇饶覆母咭恍┑腻iMn可以促進(jìn)焊縫的脫氧從而確保焊縫 金屬的重量。但是，有些機(jī)構(gòu)則限制焊縫金屬中錳Mn+鎳Ni的總含量不超過(guò)1.5%，甚至不 超過(guò)1. 0%，以避免在最高的焊后熱處理溫度下重新形成奧氏體。綜合分析將錳Mn含量設(shè) 計(jì)在0.5 0.8%之間；硅Si 硅Si是一種重要的脫氧劑，且在與鉻Cr同時(shí)存在時(shí)還可以提高合金的抗 氧化性能。而適當(dāng)?shù)偷墓鑃i含量則有利于提高焊縫金屬的韌性。因此，根據(jù)一些早期的研 究結(jié)果，美國(guó)的一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定焊縫的硅Si含量須低于0. 30% (即低于母材的0. 20 0. 50%的范圍)。綜合分析將硅Si含量設(shè)計(jì)在0. 2 0. 3之間；釩V、碳C、氮N 這些元素都對(duì)韌性有程度較小的影響。一般情況下，除了因?yàn)椴?正確的化學(xué)成分組成而導(dǎo)致δ鐵素體形成的情況以外，焊縫的釩V、碳C、氮N含量都控制 在與Ρ91鋼母材相同的水平，以確保最佳的焊縫金屬蠕變性能。
硫S、磷P:通過(guò)精煉的方式嚴(yán)格控制焊絲中雜質(zhì)元素的含量，可以明顯降低焊接 裂紋的敏感性，根據(jù)實(shí)際冶煉條件，將硫S控制在0.01以內(nèi)，磷P控制在0.010以內(nèi)。同時(shí)，焊縫中的非金屬元素如氧含量高會(huì)顯著降低P91鋼焊縫的沖擊韌性。需要 嚴(yán)格控制，將氧控制在0.01以內(nèi)。采用真空VOD法可有效控制氣體含量。本發(fā)明的有益效果如下 本發(fā)明的焊縫具有良好的綜合性能，特別是具有很高強(qiáng)度，但硬度不高。其綜合性能為 Qb^ 620MPa ； σ 0. 2 ^ 530MPa ； δ (% ) ^ 17 ；Akv2 (J) 47/38 平均值 / 最低值；硬度(HV)彡 350。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述，但并不限制本發(fā)明。實(shí)施例1本實(shí)施例為T(mén)/P91鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量為(重量百分 比)，其中碳(C) 0. 10% ；硅(Si) 0. 20% ；錳(Mn) 0. 51 % ；磷(P) 0. 009% ；硫(S) 0. 008 % ；鉻(Cr) 9. 06 % ；鎳(Ni) 0. 71 % ；鉬(Mo) 0. 95 % ；釩(V) 0. 23 % ；鋁(Al) 0. 008% ；鈮(Nb) 0. 06% ；氮(N) 0. 06% ；銅(Cu) 0. 08% ；余量為鐵(Fe)；本實(shí)施例的制備方法如下(現(xiàn)有技術(shù)工藝)按上述重量百分比取所需原料進(jìn)行 配料，經(jīng)真空爐冶煉后鑄錠，再經(jīng)鍛、軋制、盤(pán)元和拔絲等工藝制成成品焊絲，焊絲直徑可根 據(jù)需要拉拔成1. 2mm或1. 6mm的焊絲。本實(shí)施例的焊絲熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)均按照GB/T8110-1995《氣體 保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。試板料選用鑄件試板GX12CrMoVNbN9-l，焊 絲直徑Φ1. 2，焊接電流200-280A，焊接電壓22-30V，采用Ar+C02氣體保護(hù)焊，流量控制在 20-25 (1/min)，焊速大約32cm/min，層溫控制在150°C，焊后試板經(jīng)740士 10°C、10小時(shí)焊后 熱處理。焊接后熔敷金屬性能見(jiàn)表一。表一實(shí)施例一焊絲熔敷金屬力學(xué)性能 實(shí)施例2本實(shí)施例為Τ/Ρ91鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量為(重量百分 比)，其中碳(C) 0. 115 ；硅(Si) 0. 20% -Jl (Mn) 0. 60 % ；磷(P) 0. 009 % ；硫(S) 0. 009 % ；鉻(Cr) 8. 50 % ；鎳(Ni) 0. 60 % ；鉬(Mo) 1. 05 % ；釩(V) 0. 20 % ；鋁(Al) 0. 007% ；鈮(Nb) 0. 05% ；氮(N) 0. 03% ；銅(Cu) 0. 04% ；余量為鐵(Fe)；本實(shí)施例的制備方法同于實(shí)施例1。本發(fā)明實(shí)施例焊絲熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)均按照GB/T8110-1995《氣 體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。試板料選用鑄件試板GX12CrMoVNbN9-l，焊絲直徑φι. 2，焊接電流200-280A，焊接電壓22-30V，采用Ar+C02氣體保護(hù)焊，流量控制在20-25(l/min)，焊速大約32cm/min，層溫控制在150°C，75(TC X4h焊后熱處理。焊接后
熔敷金屬性能見(jiàn)表二。表二實(shí)施例二焊絲熔敷金屬力學(xué)性能 實(shí)施例3本實(shí)施例為Τ/Ρ91鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量為(重量百分 比)，其中碳(C) :0· 11 ；硅(Si) 0. 25 ；錳(Mn) 0. 65 ；磷(P) 0. 009 ；硫(S) 0. 009 ；鉻 (Cr) 10. 0 ；鎳(Ni) 0. 74 ；鉬(Mo) 1. 10 ；釩(V) 0. 23 ；鋁(Al) 0. 008 ；鈮(Nb) 0. 05 ；氮 (N) 0. 03 ；銅(Cu) 0. 03 ；余量為鐵(Fe)；本實(shí)施例的制備方法同于實(shí)施例1。本發(fā)明實(shí)施例焊絲熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)均按照GB/T8110-1995《氣 體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。試板料選用鑄件試板GX12CrMoVNbN9-l， 焊絲直徑Φ1. 2，焊接電流200-280A，焊接電壓22-30V，采用Ar+C02氣體保護(hù)焊，流量控制 在20-25(l/min)，焊速大約32cm/min，層溫控制在150°C，75(TC X4h焊后熱處理。焊接后
熔敷金屬性能見(jiàn)表三。表三實(shí)施例三焊絲熔敷金屬力學(xué)性能 實(shí)施例4本實(shí)施例為Τ/Ρ91鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量為(重量百分 比)，其中碳(C) 0. 12% ；硅(Si) 0. 30% ；錳(Mn) 0. 80% ；磷(P) 0. 009% ；硫(S) 0. 01%;鉻(Cr) 9. 1%;Ι1 (Ni) 0. 80%;鉬(Mo) 1. 00%;釩(V) 0. 25%;鋁(Al) 0. 01%； 鈮(Nb) 0. 08% ；氮(N) 0. 03% ；銅(Cu) 0. 06% ；余量為鐵(Fe)；本實(shí)施例的制備方法同于實(shí)施例1。本發(fā)明實(shí)施例焊絲熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)均按照GB/T8110-1995《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。試板料選用鑄件試板GX12CrMoVNbN9-l， 焊絲直徑Φ1. 2，焊接電流200-280A，焊接電壓22-30V，采用Ar+C02氣體保護(hù)焊，流量控制 在20-25(l/min)，焊速大約32cm/min，層溫控制在150°C，75(TC X4h焊后熱處理。焊接后 熔敷金屬性能見(jiàn)表四。表四實(shí)施例四焊絲熔敷金屬力學(xué)性能 表五為施焊試板的成分，表六為施焊試板的力學(xué)性能。表五施焊試板的化學(xué)成分(％ ) 表六施焊試板的力學(xué)性能 根據(jù)上述所列舉的實(shí)施例和施焊結(jié)果可看出，采用本發(fā)明實(shí)施例氣保護(hù)焊絲均能 獲得較高的強(qiáng)度和韌性，經(jīng)試驗(yàn)證明，本焊絲工藝性能優(yōu)良，焊接電弧穩(wěn)定，飛濺小，成形美 觀，無(wú)氣孔等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種超臨界鋼用氣保護(hù)焊絲材料，其特征在于所述焊絲材料是由下述重量百分比的原料制備而成，其中碳C0.09-0.12％；錳Mn0.5-0.8％；硅Si0.20-0.30％；硫S≤0.010％；磷P≤0.010％；鉻Cr8.5-10.0％；釩V0.18-0.25％；鎳Ni0.6-0.8％；鉬Mo0.9-1.1％；鈮Nb0.05-0.08％；銅Cu≤0.20％；氮N0.03-0.06％；鋁Al≤0.04％；余量為鐵Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界鋼用氣保護(hù)焊絲材料，其特征在于所述原料的 優(yōu)選重量百分比為碳 C :0. 09-0. 12 % ；錳胞0. 5-0. 8 % ；硅 Si :0. 20-0. 30 % ；硫 S 0. 003-0. 010 % ；磷 P 0. 004-0. 010 % ；鉻 Cr 8. 5-10. 0 % ； fL V 0. 18-0. 25 % ； If Ni 0. 6-0. 8%;鉬 Mo 0. 9-1. 1%;鈮 Nb 0. 05-0. 08%;銅 Cu 0. 02-0. 10%;氮 N:0. 03-0. 06% ； 鋁 Al 0. 006-0. 01% ；余量為鐵 Fe。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超臨界鋼用氣保護(hù)焊絲材料，其特征在于所述焊絲材料是由下述重量百分比的原料制備而成碳C0.09-0.12％；錳Mn0.5-0.8％；硅Si0.20-0.30％；硫S≤0.010％；磷P≤0.010％；鉻Cr8.5-10.0％；釩V0.18-0.25％；鎳Ni0.6-0.8％；鉬Mo0.9-1.1％；鈮Nb0.05-0.08％；銅Cu≤0.20％；氮N0.03-0.06％；鋁Al≤0.04％；余量為鐵Fe。本發(fā)明的焊縫具有良好的綜合性能。相比現(xiàn)有技術(shù)，具有強(qiáng)度高、韌性好等特點(diǎn)，熔敷金屬機(jī)械性能達(dá)到下面要求(熱處理狀態(tài)740±10℃×4h)σb(MPa)≥620；σ0.2(MPa)≥530；δ5(％)≥17；ψ(％)≥40；Akv2(J)47/38平均值/最低值；硬度(HV)≤350。
文檔編號(hào)B23K35/30GK101862924SQ20101021300
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者潘健, 王欣, 許健, 魏建軍, 黃智泉 申請(qǐng)人:鄭州機(jī)械研究所