專利名稱：焊接填充材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域。它涉及基于鋼的焊接填充材料，其特征在于相對于已知的焊接填充材料提高的焊接時熔融能力和較高的凝固后蠕變強度。
背景技術(shù)：
已知熱力渦輪機(例如汽輪機)的轉(zhuǎn)子由單片葉片制成，之后再相互焊接起來。對此近年來例如本申請人已使用電弧熔融焊接法/埋弧焊接法(UP)。為提高汽輪機的效率，尤其是在特別高的運行溫度下運行汽輪機。因此轉(zhuǎn)子必須一方面在相當(dāng)高的溫度下具有高蠕變強度，另一方面也須具有良好的其它機械性能以及也具有良好的耐氧化性。當(dāng)然這也適用于使轉(zhuǎn)子葉片相互焊接的焊縫。由現(xiàn)有技術(shù)已知，對于這種汽輪機轉(zhuǎn)子的埋弧焊使用具有下述化學(xué)組成(數(shù)據(jù)為重量％ )的焊接添加材料
O. 09-0. 14 C，最多 O. 40 S，最多 I. 40 Mn,最多 O. 025 P，最多 O. 020 S，最多
11.00-12. 50 Cr, 2. 00-2. 60 Ni, O. 95-1.80 Mo, O. 20-0. 35 V, O. 020-0. 055 N，其余為鐵。已知此焊接填充材料名為SZW 3001-UP。它作為焊絲被提供，其中焊接材料的拉伸強度在700-1200N/mm2的范圍內(nèi)并且此強度的允許偏差在一批料中不允許大于+/-50N/ mm2。此焊接填充材料根據(jù)供貨條件用于埋弧接頭焊接和面層焊接。但是，此材料不再滿足在每種情況下現(xiàn)代汽輪機特別是就高溫性能例如蠕變強度而言的高要求。由EP2221393A1已知一種具有改進性能的焊接填充材料，所述焊接填充材料可以用于汽輪機轉(zhuǎn)子的焊接并具有下列化學(xué)組成(數(shù)據(jù)為重量％ ):0. 05-0. 14 C，8-13 Cr, 1-2. 6 Ni, O. 5-1. 9 Mo, O. 5-1. 5 Mn, O. 15-0. 5 Si, O. 2-0. 4 V, 0-0. 04 B, 2. 1-4. O Re，0-0. 07 Ta, O-最多60ppm Pd，其余為鐵和由于生產(chǎn)帶來的不可避免的雜質(zhì)。所述由EP2221393A1已知的焊接填充材料的性能的進一步改進，特別是關(guān)于韌性的改進是值得期望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為避免現(xiàn)有技術(shù)的所述缺點。本發(fā)明的任務(wù)在于研制基于鋼的耐高溫焊接填充材料，所述焊接填充材料相較于已知的焊接填充材料，除了具有良好的焊接時的熔融能力和凝固后的高蠕變強度之外也具有良好的韌性性能以及良好的耐氧化性。根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)通過具有下列化學(xué)組成(數(shù)據(jù)為重量％)的焊接填充材料完成
O.05-0. 15 C，
8-11 Cr,
2.8-6 Ni,
O.5-1. 9 Mo，0. 5-1. 5 Mn，
0. 15-0. 5 Si，
0. 2-0. 4 V，
0-0.04 B，
1-3Re，
0. 001-0. 07 Ta，
0. 01-0. 06 N，
0-60ppm Pd，
最多0. 25 P，
最多0.02 S，
余量為鐵和由于生產(chǎn)帶來的不可避免的雜質(zhì)。相較于由現(xiàn)有技術(shù)已知并作為焊接填充材料使用的材料，根據(jù)本發(fā)明的材料的特征在于顯著提高的蠕變強度以及大大提高的缺口沖擊韌性。在斷裂伸長值稍有提高的條件下，在室溫下的拉伸試驗中得到只稍有損失的屈服點和拉伸強度。這可歸因于在給定范圍內(nèi)合金組分的組合。具體如下所述
Cr為形成碳化物的元素，其在規(guī)定的8-11重量％的范圍內(nèi)(優(yōu)選10重量％)提高耐氧化性，其中更高的值導(dǎo)致不希望的析出，這引起不利的材料變脆。Re元素以規(guī)定的1-3重量％ (優(yōu)選2. 25重量％)的量非常有助于固溶體增強，并因此而導(dǎo)致良好的強度值，特別也導(dǎo)致良好的蠕變強度值。B以規(guī)定的至最多0.04重量％，優(yōu)選0.01重量％的量為強化晶界的元素。此外， 它也穩(wěn)定碳化物。更高的硼含量是危險的，因為這可導(dǎo)致不希望的具有變脆效果的硼的析出。硼與其它組分的相互作用，特別是與鉈(0.001-0. 07重量％范圍內(nèi))的相互作用，導(dǎo)致良好的強度值，特別是在蠕變時。Ta起沉淀強化劑的作用并提高高溫耐受性。相反，如果使用多于0. 07重量％的 Ta，將不利地減少抗氧化性。Si元素在規(guī)定0. 01-0. 5重量％范圍內(nèi)(優(yōu)選0. 3重量％)導(dǎo)致焊接填充材料具有提高的熔融能力。因此，在使用根據(jù)本發(fā)明的焊接填充材料時，焊接材料變得更加熔融，并且焊接更易于進行。另外，耐氧化性得到提高，但通過添加Si將不利地加強在材料中形成不希望的造成脆性的相。Mn為奧氏體穩(wěn)定化元素。它在0. 5-1. 5重量％的規(guī)定范圍內(nèi)(優(yōu)選I重量％)提高材料的韌性。Ni同樣為奧氏體穩(wěn)定性元素。相較于由現(xiàn)有技術(shù)已知的材料，提高的2. 8-6重量％、優(yōu)選4重量％的Ni含量導(dǎo)致焊接填充材料的韌性顯著提高，而室溫下蠕變強度和剛性沒有明顯的下降。但是，高于6重量％的Ni含量會對蠕變形為產(chǎn)生負(fù)面影響，因此不應(yīng)超過該值。Mo和V為碳化物形成劑并且在以要求的范圍(0.5-1. 9重量％ Mo，優(yōu)選1.7重量％ Mo和0.2-0. 4重量％ V，優(yōu)選0.35重量％ V)添加時會正面影響抗氧化性。即使很少量的Pd (最多60ppm，優(yōu)選IOppm)也能夠?qū)μ岣邉傂宰鞒鲐暙I，因為Pd是固溶體強化劑且此外改善耐氧化性。通過添加O. 01-0. 06重量％，優(yōu)選O. 04重量％的N將實現(xiàn)形成非常穩(wěn)定且對于材料的蠕變行為即蠕變強度性能具有有利影響的VN。連同根據(jù)本發(fā)明的焊接填充材料的提高的Ni含量，其得到相較于由現(xiàn)有技術(shù)已知的材料而言的高韌性配以非常好的蠕變強度的更好的結(jié)合。


附圖中顯示了本發(fā)明的實施例。其中
圖I幾種被研究的合金的屈服點和拉伸強度的柱狀圖2如圖I中相同的被研究的合金的斷裂伸長的柱狀圖3幾種被研究的合金在600°C /160MPa時的斷裂時間的柱狀圖，和圖4室溫下缺口沖擊試驗的結(jié)果。
具體實施例方式以下借助于實施例和附圖進一步說明本發(fā)明。使用由現(xiàn)有技術(shù)已知的商購合金SZW 3001和根據(jù)EP2221393A1的合金SZWX3作為比較合金，以及使用根據(jù)本發(fā)明的材料SZWX5-7。其化學(xué)組成(數(shù)據(jù)為重量％)列于下表 I中
表I :被研究的合金的化學(xué)組成。
權(quán)利要求
1.焊接填充材料，其特征在于以重量％計具有下列化學(xué)組成0. 05-0. 15 C，8-11 Cr，2.8-6 Ni，0. 5-1. 9 Mo，0. 5-1. 5 Mn，0. 15-0. 5 Si，0. 2-0. 4 V，0-0.04 B，1-3Re，0. 001-0. 07 Ta，0. 01-0. 06 N，0-60ppm Pd，最多0. 25 P，最多0.02 S，余量為鐵和由于生產(chǎn)帶來的不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的焊接填充材料，其特征在于具有0.10-0. 14重量％，優(yōu)選0. 12重量％的C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的焊接填充材料，其特征在于具有10重量％的Cr。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之ー的焊接填充材料，其特征在于具有3-4重量％的Ni。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之ー的焊接填充材料，其特征在于具有I重量％的Mn。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之ー的焊接填充材料，其特征在于具有0.2-0. 3重量％的Si。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之ー的焊接填充材料，其特征在于具有I.7重量％的Mo。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之ー的焊接填充材料，其特征在于具有2.25重量％的Re。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之ー的焊接填充材料，其特征在于具有0.005-0. 2重量％，優(yōu)選 0.01重量％的B。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之ー的焊接填充材料，其特征在于具有IOppm的Pd。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10之ー的焊接填充材料，其特征在于具有0.35重量％的V。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11之ー的焊接填充材料，其特征在于具有0.001重量％的Ta。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12之ー的焊接填充材料，其特征在于具有0.02-0. 05重量％，優(yōu)選·0. 04重量％的N。
全文摘要
本發(fā)明涉及焊接填充材料，其特征在于具有下列化學(xué)組成(數(shù)據(jù)為重量％)0.05-0.15C，8-11Cr，2.8-6Ni，0.5-1.9Mo，0.5-1.5Mn，0.15-0.5Si，0.2-0.4V，0-0.04B，1-3Re，0.001-0.07Ta，0.01-0.06N，0-60ppmPd，最多0.25P，最多0.02S，余量為鐵和由于生產(chǎn)帶來的不可避免的雜質(zhì)。該材料具有突出的性能，特別是良好的蠕變強度/抗蠕變性，良好的耐氧化性和非常高的韌性。
文檔編號B23K35/30GK102601538SQ20121001853
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者A.屈恩茨勒, C.P.格德斯, M.Y.納茨米, S.凱勒 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司