[發明專利]一種用于異種鋼焊接接頭的高熱強性焊絲

在審

• 申請號: 201810551853.2
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN110549031A
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 李克儉;王朋;霍鑫;范曼杰;蔡志鵬;李軼非
• 申請（專利權）人: 上海電氣電站設備有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K35/40
• 代理公司: 31219 上海光華專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 許亦琳

本發明提供一種用于異種鋼焊接接頭的高熱強性焊絲，由以下質量百分比的元素組成：C：0.08~0.20%；Si：0.02~0.30%；Mn：0.40~1.00%；Ni：0.10~0.30%；P≤0.0090%；S≤0.0090%；Cr：4.50~5.50%；Mo：0.80~1.30%；V：0.10~0.40%；Al≤0.050%；N：0.010~0.090%；Nb：0.010~0.070%；余量為Fe。本發明進一步提供一種高熱強性焊絲的制備方法及其在異種鋼焊接接頭上的用途。本發明提供的一種高熱強性焊絲，具有良好的熱強性，并且能夠降低異種鋼焊接接頭的成分、組織和力學性能梯度。

技術領域

本發明屬于焊接材料的技術領域，涉及一種用于異種鋼焊接接頭的高熱強性焊絲。

背景技術

大量的火電、核電高溫構件在制造過程中均會涉及到異種鋼的焊接連接問題，不同鋼種之間的焊接連接以及相同鋼種之間使用不同于其成分的焊材連接形成的焊接接頭都可稱為異種鋼焊接接頭，其中低合金貝氏體耐熱鋼與高合金馬氏體耐熱鋼之間的焊接接頭是發電、石油、化工行業中較為常見的異種鋼焊接接頭。低合金貝氏體耐熱鋼中主合金元素Cr的含量(質量分數，下同)在2％左右，而高合金馬氏體耐熱鋼含Cr量在9％左右，這兩種被連接鋼種之間較大的Cr元素含量梯度為焊材的選擇提出了較大的挑戰。

在目前的解決方案中，上述異種耐熱鋼的焊接常采用2.25％Cr焊材，或者采用具有簡單合金系統的5％Cr焊材(即ASME規定的5Cr0.5Mo焊材)，但上述兩種焊材均存在一些難以克服的問題。

對采用2.25％Cr焊材作為連接材料的異種鋼焊接接頭而言，由于焊縫金屬與被連接的9％Cr馬氏體耐熱鋼之間有較大的Cr元素含量梯度，進而導致焊縫金屬與9％Cr耐熱鋼之間C活度不同，造成C元素從焊縫側遷移到9％Cr馬氏體耐熱鋼側，在焊縫中形成貧碳層，其組織為鐵素體，在緊鄰焊縫貧碳層的9％Cr鋼一側形成富碳層，其組織為馬氏體，貧/富碳層的產生對接頭的高溫持久強度和斷裂韌性均會產生不利的影響，具體表現為：1)由于貧碳層硬度很低，在高溫低應力服役條件下易在此處產生應變集中，隨服役時間延長，此處會生成蠕變空洞并進一步合并為蠕變裂紋，造成接頭斷裂失效；2)與貧碳層相鄰的富碳層硬度顯著高于貧碳層，二者相比較來說貧碳層的彈性能儲備能力顯著低于富碳層，且由于富碳層的約束作用在貧碳層中出現三向應力狀態，塑性能儲備也進一步下降，導致貧碳層的臨界斷裂韌性遠低于富碳層，一旦在其附近有裂紋形成，貧碳層就會成為裂紋的優先擴展區，導致焊接接頭斷裂失效。

具有簡單合金系統的5％Cr焊材雖然可以在較大程度上抑制碳遷移的發生，但由于其本身合金元素種類少，缺乏Nb、N等可形成穩定MX型析出相的元素(其中M代表V和Nb，X代表C和N)，析出相對基體中位錯的釘扎作用不足，在高溫持久過程中基體組織(回火馬氏體)易發生滑移導致應變在焊縫集中，最終導致焊縫金屬早于兩側被連接母材斷裂，成為整個異種鋼焊接接頭高溫持久強度的最薄弱環節。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于異種鋼焊接接頭的高熱強性焊絲，能夠有效解決現有技術中馬氏體耐熱鋼與貝氏體耐熱鋼連接存在的問題：一是使用2.25％Cr焊材帶來的嚴重碳遷移問題，進而導致接頭存在較大的組織、力學性能梯度；二是使用ASME規定的5Cr0.5Mo焊材帶來的高溫持久斷裂強度不足的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明第一方面提供一種用于異種鋼焊接接頭的高熱強性焊絲，由以下質量百分比的元素組成：

C(碳)：0.08～0.20％；Si(硅)：0.02～0.30％；Mn(錳)：0.40～1.00％；Ni(鎳)：0.10～0.30％；P(磷)≤0.0090％；S(硫)≤0.0090％；Cr(鉻)：4.50～5.50％；Mo(鉬)：0.80～1.30％；V(釩)：0.10～0.40％；Al(鋁)≤0.050％；N(氮)：0.010～0.090％；Nb(鈮)：0.010～0.070％；余量為Fe(鐵)。