[發(fā)明專利]用于薄壁鋼構(gòu)件的電弧焊的高鉻抗蠕變焊接金屬

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• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112536544A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 斯特凡諾·索倫蒂諾
• 申請（專利權(quán)）人: 林肯環(huán)球股份有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/48;C22C38/52;C22C38/54
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;楊明釗

鋼焊接金屬組合物可以包含從9.00至12.00wt％的鉻、從0.02至0.06wt％的碳、從0.3至0.7wt％的錳、從0.1至0.3wt％的硅、從0.5至1.2wt％的鎳、從0.1至0.5wt％的鉬、從1.0至1.5wt％的鈷、從0.03至0.08wt％的鈮、從0.2至0.8wt％的鎢、從0.3至0.8wt％的銅、從0.005至0.010wt％的硼、以及從0.005至0.025wt％的氮；其中，所述鋼焊接金屬組合物的余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。還描述了在不使用焊后熱處理的情況下通過電弧焊工藝將所述鋼焊接金屬組合物沉積在工件上的方法。還描述了生產(chǎn)高鉻抗蠕變鋼焊接金屬組合物的可消耗的電弧焊焊條。

技術(shù)領(lǐng)域

提供了高鉻抗蠕變鋼焊接金屬組合物。還提供了在不使用焊后熱處理(PWHT)的情況下通過電弧焊工藝將高鉻抗蠕變鋼焊接金屬組合物沉積在工件上的方法。還提供了生產(chǎn)高鉻抗蠕變鋼焊接金屬組合物的可消耗的電弧焊焊條。

背景技術(shù)

馬氏體高鉻鋼材料廣泛用于發(fā)電工業(yè)或化學(xué)及石油化學(xué)工業(yè)。特別地，貝氏體和馬氏體Cr鋼被用于薄壁鍋爐膜壁。這些組件承受高工作溫度和伴隨的應(yīng)力。高鉻鋼的構(gòu)造和維修廣泛使用電弧焊，然后進(jìn)行焊后熱處理(PWHT)，以恢復(fù)焊接接頭的足夠延展性和沖擊強(qiáng)度。焊接接頭必須與母鋼的抗氧化性/抗腐蝕性和蠕變強(qiáng)度相匹配。另外，大型焊接結(jié)構(gòu)(如鍋爐膜壁)的PWHT非常不切實際、昂貴且耗時。

具有約9wt％的鉻含量的鋼組合物已被廣泛用于高溫應(yīng)用。然而，這些組合物受制于在高于620℃的溫度下在蒸汽氣氛中抗氧化性不足，這顯著地限制了它們的應(yīng)用溫度范圍。尤其是在具有傳熱作用的鍋爐組件中，氧化皮起到絕熱體的作用，從而提高了金屬的溫度并且因此降低了相應(yīng)組件的壽命。此外，如果氧化皮在操作期間剝落，則將對后面的蒸汽輸送組件造成腐蝕損壞。剝落的氧化皮可能引起堵塞，阻礙蒸汽流動，經(jīng)常導(dǎo)致局部過熱和災(zāi)難性故障。

提高的鉻含量(即，含有超過9wt％的鉻)對于良好的抗蒸汽氧化性至關(guān)重要。目前認(rèn)為鉻含量約為11％-12％可使工作溫度最高達(dá)650℃，這顯著提高了發(fā)電廠的效率。然而，這種鉻含量增加了Z相形成的驅(qū)動力。Z相是復(fù)合氮化物，它會迅速變粗從而消耗周圍的強(qiáng)化MX析出物，主要有助于9％-12％Cr鋼的蠕變強(qiáng)度(M為：鈮或釩，并且X為：碳或氮)。提高的鉻含量還提高了碳化鉻析出物的粗化率。MX和碳化鉻析出物兩者的微觀組織穩(wěn)定作用的損失是造成馬氏體(具有Cr11％)高鉻耐熱鋼種的長期蠕變斷裂強(qiáng)度下降的原因。

高溫材料的蠕變行為和蠕變特性的下降限制了被設(shè)計用于在高溫下在應(yīng)力下長時間操作的組件和結(jié)構(gòu)的壽命。蠕變是材料在外加載荷下隨時間變化的變形，最經(jīng)常發(fā)生在高溫下。材料中的結(jié)構(gòu)變化通常會加速蠕變，這進(jìn)而加速晶間蠕變損傷的出現(xiàn)率。蠕變在不減弱的情況下以斷裂終止，并對組件壽命具有顯著影響。

鑒于馬氏體鋼組合物中鉻含量的限制，所述組合物可用于焊接要求高工作溫度、抗氧化性和抗腐蝕性、以及蠕變強(qiáng)度的鋼構(gòu)件，需要用于動力工程應(yīng)用中的薄壁焊接結(jié)構(gòu)的高鉻鋼。此外，這種高Cr鋼應(yīng)適合在焊接狀態(tài)條件下使用(避免PWHT)。

發(fā)明內(nèi)容

提供了在沒有焊后熱處理(PWHT)的情況下使用的高鉻抗蠕變鋼焊接金屬組合物。還提供了通過電弧焊工藝將高鉻抗蠕變鋼焊接金屬組合物沉積在工件上的方法。

在一個實施例中，鋼焊接金屬組合物包含從9.00至12.00wt％的鉻(Cr)、從0.02至0.06wt％的碳(C)、從0.3至0.7wt％的錳(Mn)、從0.1至0.3wt％的硅(Si)、從0.5至1.2wt％的鎳(Ni)、從0.1至0.5wt％的鉬(Mo)、從1.0至1.5wt％的鈷(Co)、從0.03至0.08wt％的鈮(Nb)、從0.2至0.8wt％的鎢(W)、從0.3至0.8wt％的銅(Cu)、從0.005至0.010wt％的硼(B)、以及從0.005至0.025wt％的氮(N)；其中鋼焊接金屬組合物的余量是鐵(Fe)和不可避免的雜質(zhì)。