本發(fā)明屬于金屬材料焊接用實(shí)芯焊絲技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種G115耐熱鋼用氬弧焊實(shí)芯焊絲，特別適用于對(duì)G115耐熱鋼相關(guān)管道進(jìn)行氬弧焊。
背景技術(shù)：
近日，能源局發(fā)布的《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確指出：至2020年，我國(guó)電力總裝機(jī)容量為20億千瓦；在電源結(jié)構(gòu)方面，煤電裝機(jī)容量力爭(zhēng)控制在11億千瓦以內(nèi)，雖然煤電裝機(jī)容量占比55％，但是煤電發(fā)電量占比仍高達(dá)62％。規(guī)劃還表明：國(guó)家層面已經(jīng)下決心進(jìn)行煤電轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)清潔有序發(fā)展。因此，高參數(shù)、高效率、低能耗的超超臨界燃煤機(jī)組是未來我國(guó)新建和改造煤電機(jī)組的方向。
耐熱材料是制約火電機(jī)組向更高參數(shù)發(fā)展的“瓶頸”問題。在電站建設(shè)和鍋爐安裝過程中，管道與管道之間的連接是通過焊接實(shí)現(xiàn)的，因此，電站高溫部件焊接接頭的性能對(duì)電站安全可靠地運(yùn)行有著重要的影響。實(shí)踐表明：焊接接頭的失效是高溫承壓部件失效的一種主要方式，它們常常具有早期失效的傾向。
專利ZL 201210574445.1的《蒸汽溫度超超臨界火電機(jī)組用鋼及制備方法》，是我國(guó)自主研發(fā)的可用于630-650℃超超臨界火電機(jī)組的馬氏體耐熱鋼，企業(yè)牌號(hào)為：G115。國(guó)內(nèi)冶金制造企業(yè)已打通了G115耐熱鋼鍋爐管(40-100噸)EAF+LF+VD/VIM+ESR→熱穿管/熱擠壓管/熱軋管全工業(yè)生產(chǎn)流程，滿足未來市場(chǎng)需求的大、小口徑規(guī)格，并固化了生產(chǎn)工藝。目前，我國(guó)幾家電力集團(tuán)正積極籌建世界首臺(tái)630℃超超臨界燃煤示范電站；受國(guó)家能源局委托，電力規(guī)劃總院已多次組織召開650℃超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)可行性研討會(huì)。未來G115耐熱鋼將成為發(fā)展趨勢(shì)。申請(qǐng)人在申請(qǐng)?zhí)枮椋?01610827615.0，發(fā)明名稱《一種馬氏體耐熱鋼焊接用焊條》的專利文獻(xiàn)中公開了一種馬氏體耐熱鋼的電弧焊焊條，但相應(yīng)的氬弧焊實(shí)芯焊絲仍然處于空白。
研制與G115耐熱鋼匹配的氬弧焊實(shí)芯焊絲，對(duì)于推動(dòng)其工業(yè)應(yīng)用，確保電站機(jī)組安全可靠運(yùn)行，具有重大意義。因此，發(fā)明一種G115耐熱鋼用氬弧焊焊絲迫在眉捷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種G115耐熱鋼用氬弧焊焊絲，以達(dá)到焊接熔敷金屬不但具有與G115耐熱鋼管道母材相近的化學(xué)成分，而且具有與母材匹配的強(qiáng)度-韌性和優(yōu)良的抗裂紋敏感性；以延長(zhǎng)G115耐熱鋼管道服役壽命，確保超超臨界火電機(jī)組安全可靠運(yùn)行；焊接時(shí)飛濺小，焊縫金屬流動(dòng)性好，焊縫成形好。
本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
本發(fā)明G115耐熱鋼用氬弧焊焊絲的成分重量百分?jǐn)?shù)為：C 0.07～0.09％；Si≤0.3％；Mn≤0.7％；P≤0.002％；S≤0.001％；Cr 8.5～9.5％；W 2.8～3.3％；Co 2.8～3.5％；Nb 0.04～0.08％；V 0.18～0.25％；Cu 0～0.5％；N 0.007～0.008％；B 0.011～0.014％；Ti 0～0.001％；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素；將生產(chǎn)上述成分焊絲所需的原料按照常規(guī)焊絲冶煉工藝、按比例和一定順序投入真空感應(yīng)爐或鋼水包內(nèi)，經(jīng)冶煉、制成盤條，拉拔至要求直徑后、再經(jīng)表面處理、分卷即成。
本發(fā)明原理闡述如下：
C/N/B：降低C含量，焊縫金屬的強(qiáng)度降低；提高C含量，韌性降低，同時(shí)焊縫出現(xiàn)氣孔和裂紋的傾向增大。N固溶于基體可提高強(qiáng)度，過量的N會(huì)形成氮化物，氮化物易成為裂紋源，對(duì)高溫強(qiáng)度不利。B在熔池金屬凝固過程中與N易結(jié)合為BN，降低固溶N的含量；B還可細(xì)化晶粒；固溶B能抑制奧氏體晶間的先共析鐵素體的析出，提高抗裂性，減小氫脆。但是B元素含量較高時(shí)，若N含量過高，可能會(huì)與形成粗大的BN顆粒，在本身嚴(yán)重弱化鋼的強(qiáng)韌性的同時(shí)，還將消耗用于B元素，從而不利鋼的高溫強(qiáng)度。綜合考慮C、N和B的關(guān)系，即要提高焊接工藝性，同時(shí)要控制碳化物數(shù)量和分布，防止氮化物形成。因此，本發(fā)明焊絲中C含量控制在0.07～0.09％；N含量0.007～0.008％；B含量0.011～0.014％。
Cr：其作用主要有三個(gè)方面：一是溶于基體，起固溶強(qiáng)化作用；二是易形成Cr2O3氧化膜，提高抗高溫氧化和腐蝕性能；三是形成碳化物，起析出強(qiáng)化作用。提高Cr含量有利于高溫抗腐蝕性能，但Cr含量過高會(huì)降低持久強(qiáng)度，因此，本發(fā)明焊絲中Cr含量控制在8.5～9.5％。
W：是典型的固溶強(qiáng)化元素，由于W的原子半徑比Mo的原子半徑大，W固溶引起的晶格畸變比Mo元素大，所以W的固溶強(qiáng)化效果比Mo明顯。當(dāng)W含量過高時(shí)，易導(dǎo)致δ鐵素體的產(chǎn)生，對(duì)鋼的綜合性能非常不利。因此，本發(fā)明焊絲中W含量范圍控制在2.8～3.3％。
Nb和V：都是強(qiáng)碳化物形成元素，能形成穩(wěn)定的碳化物，提高鋼的蠕變極限和持久強(qiáng)度，特別是Nb-V復(fù)合添加時(shí)效果更明顯。本發(fā)明焊絲中Nb含量控制在0.04～0.08％；V含量控制在0.18～0.25％。
Co：對(duì)于鋼中含有較高的Cr-W和Nb-V等促進(jìn)鐵素體形成元素，為抑制鋼中δ鐵素體的形成，加入奧氏體形成元素Co將在顯著抑制δ鐵素體形成的同時(shí)，對(duì)鋼的其它性能基本沒有不利影響。因此，本發(fā)明焊絲中Co含量控制在2.8～3.5％。
Cu：固溶在基體中可以阻礙位錯(cuò)移動(dòng)從而降低蠕變速率。含銅鋼中，銅在基體中的溶解度約為0.5％，基體中固溶其它元素對(duì)Cu溶解度有影響。過量的Cu含量易產(chǎn)生龜裂，提高裂紋敏感性。因此，本發(fā)明焊絲中Cu含量控制在0～0.5％。
Ti：過量的Ti易形成氮化物，必須嚴(yán)控Ti含量，防止與C、N結(jié)合形成碳氮化物。因此，本發(fā)明將焊絲中控制Ti含量的范圍為0～0.001％。
焊絲中S、P等有害元素盡可能的最低，分別控制S≤0.001％；P≤0.002％。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明由于通過各元素的綜合作用，特別是C、B、N、Cu、Ti含量?jī)?yōu)化添加，合理控制碳化物形成，防止了氮化物形成，抗裂紋敏感性提高50％；焊接熔敷金屬成分不但具有與母材相近的化學(xué)成分，而且具有與母材相匹配的優(yōu)異物理、力學(xué)性能和優(yōu)良的沖擊韌性；焊接接頭室溫沖擊功≥50J；室溫下抗拉強(qiáng)度≥745MPa，屈服強(qiáng)度≥585MPa；焊接工藝性能優(yōu)良，焊接時(shí)飛濺小，焊縫金屬流動(dòng)性好，焊縫成形性好。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。以下實(shí)施例均按照常規(guī)埋弧焊焊絲冶煉工藝后制成盤條，經(jīng)拉拔至直徑Φ2.4mm后，再經(jīng)表面處理、分卷得到成品焊絲。
實(shí)施例1：
焊絲化學(xué)成分及重量百分比為：C 0.09％；Si 0.3％；Mn 0.7％；P 0.002％；S 0.001％；Cr 8.8％；W 2.9％；Co 3.0％；Nb 0.05％；V 0.21％；Cu 0.5％；N 0.008％；B 0.013％；Ti 0.001％；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例焊絲采用氬弧焊焊接，高純氬氣(≥99.99％)保護(hù)，焊接參數(shù)為：焊接電流為130A，電弧電壓13V，預(yù)熱溫度120℃，層間溫度100℃；焊后熱處理溫度760℃。焊縫金屬力學(xué)性能為：室溫沖擊功65J；室溫下抗拉強(qiáng)度780MPa，屈服強(qiáng)度600MPa。
實(shí)施例2：
焊絲化學(xué)成分及重量百分比為：C 0.85％；Si 0.2％；Mn 0.5％；P 0.002％；S 0.001％；Cr 9.0％；W 3.3％；Co 3.1％；Nb 0.07％；V 0.20％；Cu 0.1％；N 0.007％；B 0.014％；Ti 0％；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例焊絲采用氬弧焊焊接，高純氬氣(≥99.99％)保護(hù)，焊接參數(shù)為：焊接電流為130A，電弧電壓13V，預(yù)熱溫度120℃，層間溫度100℃；焊后熱處理溫度760℃。焊縫金屬力學(xué)性能為：室溫沖擊功62J；室溫下抗拉強(qiáng)度790MPa，屈服強(qiáng)度610MPa。
實(shí)施例3：
焊絲化學(xué)成分及重量百分比為：C 0.07％；Si 0.3％；Mn 0.6％；P 0.002％；S 0.001％；Cr 8.5％；W 3.0％；Co 2.9％；Nb 0.06％；V 0.18％；Cu 0％；N 0.007％；B 0.012％；Ti 0％；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例焊絲采用氬弧焊焊接，高純氬氣(≥99.99％)保護(hù)，焊接參數(shù)為：焊接電流為130A，電弧電壓13V，預(yù)熱溫度120℃，層間溫度100℃；焊后熱處理溫度760℃。焊縫金屬力學(xué)性能為：室溫沖擊功70J；室溫下抗拉強(qiáng)度765MPa，屈服強(qiáng)度590MPa。
本發(fā)明采用上述方案，焊接熔敷金屬成分不但具有與母材相近的化學(xué)成分，而且具有與母材相匹配的優(yōu)異物理、力學(xué)性能和優(yōu)良的沖擊韌性；焊接工藝性能優(yōu)良，焊接時(shí)飛濺小，焊縫金屬流動(dòng)性好，焊縫成形好，具有優(yōu)良的抗裂紋敏感性，為推動(dòng)G115耐熱鋼工程化應(yīng)用提供了一種理想的新型焊接材料。