CN104759782A - 一种具有低回火脆性的合金系焊条 - Google Patents
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Abstract
一种具有低回火脆性的合金系焊条，该焊条由焊芯、药皮和粘结剂三部分组成，其中焊芯采用低S、P的H08E盘条，药皮含有大理石、萤石、碳酸钡、锆英砂、金红石、雾化硅铁、电解金属锰、钛铁、金属铬、金属钼、金属镍、氟化稀土、硅钙合金、纯碱，粘结剂采用纯钠水玻璃，制备2.25Cr-1Mo合金系焊条使用到油压式焊条压涂机，该焊条最大的特点是熔敷金属的回火脆化敏感性较小，阶冷前Vtr54约为-75℃，阶冷后Vtr54约为-60℃，VTr54+3ΔVTr54=-25℃，完全满足现阶段工程上最苛刻的要求，可全位置焊接、工艺性良好、电弧稳定、飞溅极少、脱渣容易，熔敷金属具有良好低温韧性。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，尤其是一种具有低回火脆性的合金系焊条，该合金特指2.25Cr-1Mo合金系焊条。
背景技术
12Cr2Mo1R钢板广泛应用于石油化工、煤化工、核电以及火电等领域承压设备的制造，由于其使用温度较高500~600℃，使用条件较为苛刻，对与其配套的焊条要求也较高，工程上一般采用熔敷金属成分与该钢板相近的2.25Cr-1Mo合金系焊条进行焊接，但12Cr2Mo1R钢与该焊条在长期较高温度使用时发生的回火脆性较严重，给承压设备的安全运行带来了较大的风险。
从成分上来说，出现回火脆性的主要因素是Mn、Si以及杂质P、Sb、Sn、As等，在工程应用中常用J系数即Watanbe系数和X系数即Bruscato系数作为评价钢板和焊材熔敷金属回火脆性倾向的指标，该指标由如下公式表示：
X系数=(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2 ppm
J系数=(Mn+Si)(P+Sn)×104%
在上述公式中，要求：X系数小于10ppm，J系数小于100%。
回火脆性的主要表现为缺口韧性的下降，现在工程上多采用阶梯冷却法来表征回火脆性的倾向，所谓阶梯冷却法就是将试验材料置于回火脆性敏感性大的温度范围内阶梯式地进行保温与冷却，阶梯式一般采用5个阶梯使它发生回火脆性，常用阶梯冷却曲线如图1所示。
实践中，通常用V型缺口夏比试验获得的延性-脆性转变温度VTrs的变化量△VTrs，或者54J夏比冲击吸收功转变温度VTr54的变化量△VTr54来评价回火脆化的程度。工程上一般要求12Cr2Mo1R钢板与配套焊材的阶梯冷却试验应该满足式下式：
VTr54+α△VTr54≤0℃
式中VTr54表示经最小热处理后54J冲击功转变温度，式中△VTr54表示阶冷前后VTr54增量，α为系数，一般取1~3，α值越大对回火脆性要求越苛刻。
随着冶金水平的不断提高，钢板的纯净度越来越高，现阶段12Cr2Mo1R钢板的回火脆化敏感性已经降到了较低的水平，但与其配套的2.25Cr-1Mo合金系焊条的熔敷金属或接头仍然存在着回火脆化敏感性较大的问题，还不能满足
承压设备焊接的需要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种具有低回火脆性的2.25Cr-1Mo合金系焊条，该焊条可全位置焊接、工艺性良好、电弧稳定、飞溅极少、脱渣容易，熔敷金属具有良好低温韧性，且回火脆化敏感性较低，能满足苛刻的步阶冷试验的考核。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有低回火脆性的2.25Cr-1Mo合金系焊条，该2.25Cr-1Mo合金系焊条由焊芯、药皮和粘结剂三部分组成，其中焊芯采用低S、P 的H08E盘条，药皮含有大理石、萤石、碳酸钡、锆英砂、金红石、雾化硅铁、电解金属锰、钛铁、金属铬、金属钼、金属镍、氟化稀土、硅钙合金、纯碱，粘结剂采用纯钠水玻璃，制备2.25Cr-1Mo合金系焊条使用到油压式焊条压涂机，本发明的特征如下：
要求H08E盘条的各化学成分wt.%达到：C≤0.010，Mn 0.35~0.60，Si≤0.030，S≤0.005，P≤0.005；
要求纯钠水玻璃的模数达到3.2、波美度控制在42~43°，要求纯钠水玻璃的各化学成分wt.%达到：Na2O≥8.2，SiO2≥26.0，S≤0.010，P≤0.010；
药皮按重量份的配比是：30~42份大理石、17~23份萤石、7~10份碳酸钡，3~6份锆英砂、3~5份进口金红石、4~6份雾化硅铁、2~4份电解金属锰、2~4份钛铁、7~8份金属铬、3~4份金属钼、0.4~0.6份金属镍、1~3份氟化稀土、1~2份硅钙合金、0.5~1.5份纯碱；
在上述药皮构成中：
大理石的粒度要求达到40目，大理石的各化学成分wt.%达到：CaCO3≥98.0，S≤0.010，P≤0.010；
萤石的粒度要求达到60目，萤石的各化学成分wt.%达到：CaF2≥95.0，SiO2≤1.0，S≤0.010，P≤0.010；
碳酸钡的各化学成分wt.%达到：BaCO3≥98.0，S≤0.08，P≤0.005；
锆英砂的粒度要求达到40目，锆英砂的各化学成分wt.%达到：SiO2≥30，ZrO2≥60，S≤0.004，P≤0.010；
金红石的粒度要求达到60目，金红石的各化学成分wt.%达到：TiO2≥95.0，S≤0.02，P≤0.02；
雾化硅铁的粒度要求达到40目，雾化硅铁的各化学成分wt.%达到：Si 43.0~47.0，C≤0.020，S≤0.010，P≤0.010；
电解金属锰的粒度要求达到60目，电解金属锰的各化学成分wt.%达到：C≤0.01,S ≤0.03，P≤ 0.01，Si<0.050，Mn≥99.5；
钛铁的粒度要求达到40目，钛铁的各化学成分wt.%达到：Ti 25~35， S≤0.03，P≤0.02，Al≤8.0，Si≤4.5；
金属铬的粒度要求达到100目，金属铬的各化学成分wt.%达到：Cr≥99.0，C≤0.020，S≤0.010，P≤0.010；
金属钼的粒度要求达到100目，金属钼的各化学成分wt.%达到：Mo ≥99.0，C≤0.020，S≤0.010，P≤0.010；
金属镍的粒度要求达到80目，金属镍的各化学成分wt.%达到：Ni+Co≥99.5，C≤0.05，S≤0.005，P≤0.005；
氟化稀土的各化学成分wt.%达到：REO≥80，F≥25；
硅钙合金的粒度要求达到40目，硅钙合金的各化学成分wt.%达到：Si≥60，Ca≥28，S≤0.050，P≤0.010；
纯碱的粒度要求达到60目，纯碱的各化学成分wt.%达到：Na2CO3≥98.0；
将上述药皮各组分进行勾兑混合均匀，再按药皮总重的22~26%加入纯钠水玻璃并搅拌均匀，通过油压式焊条压涂机对H08E盘条实施加工，油压式焊条压涂机的压涂压力控制在10~15MPa，即可制备出具有低回火脆性的2.25Cr-1Mo合金系焊条。
由于采用如上所述技术方案，本发明具有如下特点：
1、本发明的制备工艺简单，性能优良，焊条表面光滑、偏心稳定、成品率高。
2、本发明的具有低回火脆性的2.25Cr-1Mo合金系焊条，其全位置焊接工艺性良好、电弧稳定、熔池清晰、脱渣容易，焊缝成型美观。
3、本发明的2.25Cr-1Mo合金系焊条其熔敷金属扩散氢较低，气相色谱法测定的熔敷金属扩散氢小于2.5ml/100g。
4、本发明的2.25Cr-1Mo合金系焊条其熔敷金属经最小热处理如690℃×8h后韧性极佳，在-30℃的V型缺口冲击功可以达到160J以上。
5、本发明的2.25Cr-1Mo合金系焊条其熔敷金属的回火脆化敏感性较小，阶冷前Vtr54约为-75℃，阶冷后Vtr54约为-60℃，VTr54+3ΔVTr54=-25℃，完全满足现阶段工程上最苛刻的要求。
附图说明
图1是常用阶梯冷却曲线简图。
具体实施方式
本发明是一种具有低回火脆性的2.25Cr-1Mo合金系焊条，该焊条最大的特点是熔敷金属的回火脆化敏感性较小，阶冷前Vtr54约为-75℃，阶冷后Vtr54约为-60℃，VTr54+3ΔVTr54=-25℃，完全满足现阶段工程上最苛刻的要求，可全位置焊接、工艺性良好、电弧稳定、飞溅极少、脱渣容易，熔敷金属具有良好低温韧性。
本发明的焊条由焊芯、药皮和粘结剂三部分组成，其中焊芯采用低S、P 的H08E盘条，药皮含有大理石、萤石、碳酸钡、锆英砂、金红石、雾化硅铁、电解金属锰、钛铁、金属铬、金属钼、金属镍、氟化稀土、硅钙合金、纯碱，粘结剂采用纯钠水玻璃，制备2.25Cr-1Mo合金系焊条使用到油压式焊条压涂机。
药皮中选用了造气或造渣的大理石、碳酸钡、萤石、金红石、锆英砂，选用了脱氧的电解金属锰、雾化硅铁、钛铁、硅钙合金，选用了过渡合金元素的金属铬、金属钼，以及改善压涂性的纯碱，药皮中各组分的化学成分参见技术方案所示。
本发明在焊芯和药皮各组分方面尽量选用P、Sb、Sn、As等杂质元素含量较低的原料，以减少这些杂质向熔敷金属中的过渡，降低熔敷金属的X系数。
从熔渣的物理性质考虑，合理调整大理石、萤石、碳酸钡，金红石、锆英砂的配比，使熔渣具有合适的熔点、粘度以及表面张力，以提高全位置焊接的工艺性。
采用新型CaO- BaO-CaF2- SiO2-ZrO2-TiO2渣系，该渣系的特点是碱度较高，不但脱硫效果比较明显，而且还有较强的脱杂质P、Sb、Sn、As的效果，使熔敷金属更纯净，X系数较低。
严格控制熔敷金属中Mn和Si的含量，如Mn<0.85%而Si<0.3%，尤其是Si的含量可以降低熔敷金属的J系数。虽然Mn、Si含量的降低可能会造成熔敷金属脱氧不足，对熔敷金属的韧性不利，但本发明通过添加适量的钛铁和硅钙合金，可以提高药皮的脱氧能力。
药皮中添加了一定量稀土氟化物，稀土氟化物一方面可降低熔敷金属中的扩散氢，一方面可细化晶粒，提高熔敷金属的低温韧性。
药皮中添加了一定量的锆英砂，锆英砂一方面可以改善立焊的工艺性，一方面可以向熔敷金属中过渡一定量的Zr，起到细化晶粒作用，提高熔敷金属低温韧性的作用。
药皮中添加了少量的Ni，熔敷金属中Ni含量低于0.2%时可以提高其低温韧性，超过0.2%时会增大回火脆性。
下面所举的三个实施例按重量份可以对本发明的技术方案做出进一步说明。
按上表配比将药皮各组分进行勾兑混合均匀，再按药皮总重的22~26%加入纯钠水玻璃并搅拌均匀，通过油压式焊条压涂机对H08E盘条实施压涂加工，油压式焊条压涂机的压涂压力控制在10~15MPa，即可制备出具有低回火脆性的2.25Cr-1Mo合金系焊条，对焊条进行检测，在焊接检测前，焊条经过350~380℃烘焙2小时，然后根据国标GB/T 5118-2012规定进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试及熔敷金属扩散氢含量测定，以Φ4.0mm焊条为例，焊接工艺参数为：焊接电源直流反接，焊接电流170~180A，焊接电压22~28V，道间温度160~250℃，焊后最小热处理690℃保温8h，最小热处理后的阶冷试验按照图1曲线进行，测试结果如下各表所示。
熔敷金属化学成分wt%以及X系数、J系数检测参考数据表
| C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | X系数 | J系数 | |
| 实施例1 | 0.092 | 0.717 | 0.230 | 0.0061 | 0.002 | 0.128 | 2.15 | 1.05 | 6.5ppm | 61% |
| 实施例2 | 0.093 | 0.707 | 0.272 | 0.0066 | 0.002 | 0.118 | 2.21 | 1.09 | 7.1ppm | 66% |
| 实施例3 | 0.097 | 0.852 | 0.264 | 0.0071 | 0.002 | 0.112 | 2.28 | 1.15 | 7.6ppm | 71% |
熔敷金属扩散氢含量参考数据表，采用气相色谱法检测
熔敷金属力学性能参考数据表，采用690℃×8h热处理
| Rp0.2/MPa | Rm/MPa | A/% | Akv /J(-30℃) | |
| 实施例1 | 505 | 655 | 27.5 | 179,190,235 |
| 实施例2 | 498 | 636 | 28 | 169,164,185 |
| 实施例3 | 516 | 662 | 27 | 188,208,192 |
最小热处理和最小热处理后阶冷试验韧/脆转变温度Vtr54
通过上述各表可以明显看出：本发明焊条的全位置焊接工艺性良好，力学性能稳定，扩散氢含量低，回火脆化敏感性低，符合AWS A5.5 E9015-B3，GB/T-5118-2012、和NB/T47018.2-2011标准的要求，可满足对回火脆性要求高的12Cr2Mo1R钢制压力容器的焊接。
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (1)
1.一种具有低回火脆性的合金系焊条，该2.25Cr-1Mo合金系焊条由焊芯、药皮和粘结剂三部分组成，其中焊芯采用低S、P 的H08E盘条，药皮含有大理石、萤石、碳酸钡、锆英砂、金红石、雾化硅铁、电解金属锰、钛铁、金属铬、金属钼、金属镍、氟化稀土、硅钙合金、纯碱，粘结剂采用纯钠水玻璃，制备2.25Cr-1Mo合金系焊条使用到油压式焊条压涂机，其特征是：
要求H08E盘条的各化学成分wt.%达到：C≤0.010，Mn 0.35~0.60，Si≤0.030，S≤0.005，P≤0.005；
要求纯钠水玻璃的模数达到3.2、波美度控制在42~43°，要求纯钠水玻璃的各化学成分wt.%达到：Na2O≥8.2，SiO2≥26.0，S≤0.010，P≤0.010；
药皮按重量份的配比是：30~42份大理石、17~23份萤石、7~10份碳酸钡，3~6份锆英砂、3~5份进口金红石、4~6份雾化硅铁、2~4份电解金属锰、2~4份钛铁、7~8份金属铬、3~4份金属钼、0.4~0.6份金属镍、1~3份氟化稀土、1~2份硅钙合金、0.5~1.5份纯碱；
在上述药皮构成中：
大理石的粒度要求达到40目，大理石的各化学成分wt.%达到：CaCO3≥98.0，S≤0.010，P≤0.010；
萤石的粒度要求达到60目，萤石的各化学成分wt.%达到：CaF2≥95.0，SiO2≤1.0，S≤0.010，P≤0.010；
碳酸钡的各化学成分wt.%达到：BaCO3≥98.0，S≤0.08，P≤0.005；
锆英砂的粒度要求达到40目，锆英砂的各化学成分wt.%达到：SiO2≥30，ZrO2≥60，S≤0.004，P≤0.010；
金红石的粒度要求达到60目，金红石的各化学成分wt.%达到：TiO2≥95.0，S≤0.02，P≤0.02；
雾化硅铁的粒度要求达到40目，雾化硅铁的各化学成分wt.%达到：Si 43.0~47.0，C≤0.020，S≤0.010，P≤0.010；
电解金属锰的粒度要求达到60目，电解金属锰的各化学成分wt.%达到：C≤0.01,S ≤0.03，P≤ 0.01，Si<0.050，Mn≥99.5；
钛铁的粒度要求达到40目，钛铁的各化学成分wt.%达到：Ti 25~35， S≤0.03，P≤0.02，Al≤8.0，Si≤4.5；
金属铬的粒度要求达到100目，金属铬的各化学成分wt.%达到：Cr≥99.0，C≤0.020，S≤0.010，P≤0.010；
金属钼的粒度要求达到100目，金属钼的各化学成分wt.%达到：Mo ≥99.0，C≤0.020，S≤0.010，P≤0.010；
金属镍的粒度要求达到80目，金属镍的各化学成分wt.%达到：Ni+Co≥99.5，C≤0.05，S≤0.005，P≤0.005；
氟化稀土的各化学成分wt.%达到：REO≥80，F≥25；
硅钙合金的粒度要求达到40目，硅钙合金的各化学成分wt.%达到：Si≥60，Ca≥28，S≤0.050，P≤0.010；
纯碱的粒度要求达到60目，纯碱的各化学成分wt.%达到：Na2CO3≥98.0；
将上述药皮各组分进行勾兑混合均匀，再按药皮总重的22~26%加入纯钠水玻璃并搅拌均匀，通过油压式焊条压涂机对H08E盘条实施加工，油压式焊条压涂机的压涂压力控制在10~15MPa，即可制备出具有低回火脆性的2.25Cr-1Mo合金系焊条。
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