用於改性9Cr－1Mo鋼的焊絲以及埋弧焊材料的製作方法
2023-06-14 01:41:41 1
專利名稱：用於改性9Cr－1Mo鋼的焊絲以及埋弧焊材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於焊接改性9Cr-1Mo鋼的焊絲，該種鋼用於各種型式的耐熱和耐壓管道，包括用於發電的鍋爐、渦輪等等。更具體而言，本發明涉及用於改性9Cr-1Mo鋼的焊絲以及涉及包括焊絲和焊劑組合的焊接材料，所述焊絲用於進行改性9Cr-1Mo鋼的埋弧焊(SAW)工藝和/或鎢隋性氣體(TIG)焊接工藝。
背景技術：
被改性的9Cr-1Mo鋼(以下簡稱「改性9Cr-1Mo鋼」)由在其中加入了Nb和V的9Cr-1Mo鋼構成。例如，改性9Cr-1Mo鋼在American Society forTesting and Materials(ASTM)Specification/American Society of MechanicalEngineers(ASME)Specification中規定為SA387Gr.91或SA213Gr.T91；在European Standards(EN)Specification中規定為X10CrMoVNb9-1；或者Technical Standard for Thermal Power Generating Facilities中規定為KA-STBA28、KA-STPA28、KA-SCMV28或KA-SFVAF28。至今，從為改善抗裂性、蠕變斷裂強度和韌性的鋼組分設計考慮，對用於焊接這些改性9Cr-1Mo鋼的焊接材料如焊絲進行了各種開發。
例如，日本專利2631228提出了一種焊絲，它包含0.030～0.065質量％的碳(該含量相對較小)，Nb和V對C的原子比，即，((Nb+V)/C)在0.26～0.35的範圍內調節，以使具有良好的抗裂性、蠕變斷裂強度和韌性。此外，在焊絲材料中加入Mn用於脫氧和保持強度，以及在焊絲材料中加入Ni用於改善韌性和降低長時間在高溫和高壓的條件下使用的脆性。該文獻公開了一個焊後熱處理(PWHT)溫度為740℃的實例。
JP-A-258894/1989公開了一種使用其中加入了Li化合物的焊劑的埋弧焊方法，以致獲得了良好的抗晶間裂紋性。這種焊接方法包括向焊絲中加入用於脫氧和保持強度的Mn，以及加入Ni到焊絲中用於降低長時間在高溫和高壓的條件下使用的脆性。此外，該出版物公開了一個PWHT溫度為740℃的實例。
在日本專利2668530中公開的焊絲是用於氣體-屏蔽電弧焊接工藝的焊絲。該焊絲包含小含量的碳和最優含量的Nb和V，以使具有良好的抗裂性、蠕變斷裂強度和韌性。此外，在焊絲中加入Mn用於脫氧和維持強度，以及也加入Ni到焊絲中用於降低長時間在高溫和高壓條件下使用的脆性。該文獻公開了一個PWHT溫度為740℃的實例。
日本專利2529843公開了一種埋弧焊的方法，它包括限制焊絲中的Si含量為0.05質量％或更少，而且限制焊劑的SiO2含量為5質量％或更少以使具有良好的抗晶間裂紋性。這種焊接方法還包括加入Mn到焊絲中用於脫氧和維持強度，以及加入Ni到焊絲中用於降低長時間在高溫和高壓條件下使用的脆性。同樣，該文獻公開了一個PWHT溫度為740℃的實例。
在日本專利2594265和JP-B-36996/1994中公開的焊絲中，向該焊絲中加入W元素，並且使W含量和Mo含量之間的關係最優化，以獲得良好的蠕變斷裂強度。此外，在焊絲中加入Mn用於脫氧和維持強度，加入Ni用於降低長時間在高溫和高壓條件下使用的脆性。這些文獻也公開了一個PWHT溫度為750℃的實例。
在日本專利2908228和日本專利2928904中公開的焊接材料中，Ni和Cu混合併加入到材料中，以致獲得優異的高溫強度、抗高溫耐腐蝕性和韌性。此外，在材料中加入Mn以固定S含量，從而防止由S元素引起的不良影響，包括焊接開裂、蠕變脆性等，而在材料中加入Ni以通過改善基質的韌性而確保材料韌性，並且限制了殘留的δ-鐵素體。此外，這些文獻也公開了一個PWHT溫度為740℃的實例。
在JP-A-96390/1995中公開的焊絲中包含最佳含量的Mn、Ni和N，以獲得良好的蠕變斷裂強度和韌性。在焊絲中加入Mn用於確保強度和用於防止形成大體積鐵素體，而且也加入Ni到焊絲中用於防止形成大體積鐵素體而穩定韌性。此外，該文獻也公開了一個PWHT溫度為740℃的實例。
然而，上面提到的現有技術具有下列問題。在一些現有焊接方法中，按照工作條件採用改善蠕變斷裂強度和韌性的途徑。更具體而言，該途徑涉及提高在海上工作條件下實施的PWHT溫度。在日本與電氣製品有關的法規中(the Technical Standard for Thermal Power GeneratingFacilities)，高含量Cr的鐵素體鋼如改性9Cr-1Mo鋼的PWHT溫度設定為760℃或更小。為此，在日本的工作條件下，考慮到在熱處理爐的溫度變化，PWHT溫度預定在740～750℃的範圍之內，這樣在大多數情況下實際溫度都不超過760℃。另一方面，在其它國家的法規中，例如，根據ASME標準，PWHT溫度設定提高到基材的Acl轉變溫度。嚴格來說，在其它國家並沒有規定要限制PWHT溫度為760℃或更小。
因此，在其它國家的某些焊接工藝中，為了改善蠕變斷裂強度和韌性，PWHT溫度預定設定為760℃，並且PWHT溫度經常升高直到實際溫度達到780℃為止。在這種情況下，出現用於沉積金屬的Acl轉變溫度問題。具體地，當PWHT在沉積金屬的Acl轉變溫度以上的溫度下實施時，在沉積金屬上出現相變，導致蠕變斷裂強度可能顯著降低的危險。最近一些報導建議，即使PWHT溫度不超過沉積金屬的Acl轉變溫度，在PWHT溫度非常接近轉變溫度時，蠕變斷裂強度也降低。
從這種背景來看，為了提高沉積金屬的Acl轉變溫度，AmericanWelding Society(AWS)Specification和EN Specification傾向於限制在焊接材料中的Mn和Ni的總含量為1.5質量％或更少。因為Mn和Ni的總含量與Acl轉變溫度之間負相關，因此Mn和Ni的總含量下降可以提高沉積金屬的Acl轉變溫度。此外，如同在上面提到的引用文獻中公開的那樣，因為Mn和Ni各自具有確保和改善韌性的作用，在高的PWHT溫度條件下僅僅限制焊接材料中的Mn和Ni的總含量是不利的，將導致在韌性改善方面的失敗。在上述文獻中沒有考慮PWHT溫度不低於760℃的焊接材料。在這些文獻公開的焊接材料中，當PWHT溫度超過沉積金屬的Acl轉變溫度時，在沉積金屬中可能出現相變，導致蠕變斷裂強度顯著地降低。因此，需要一種用於改性9Cr-1Mo鋼的焊絲，它可以在760℃或更高的PWHT溫度使用，並且具有良好的韌性。
發明內容
本發明是鑑於在現有技術中遇到的這些問題而完成的，因此本發明的一個目的是提供用於改性9Cr-1Mo鋼的焊絲，該焊絲提供了良好的韌性，即使在760℃或以上的PWHT溫度下蠕變斷裂強度也沒有降低。
根據本發明一個方面的焊絲，主要由以下以質量計的元素組成C0.070～0.150％；Si超過0.15％，但不超過0.30％；Mn不少於0.30％，但少於0.85％；Ni0.30～1.20％；Cr8.00～13.00％；Mo0.30～1.40％；V0.03～0.40％；Nb0.01～0.15％；N0.016～0.055％；P不超過0.010％；S不超過0.010％；Cu少於0.50％；Ti不超過0.010％；Al少於0.10％；B少於0.0010％；W少於0.10％；Co少於1.00％；O不超過0.03％；其餘為Fe和不可避免的雜質，Mn和Ni的總量為不超過1.50％。
在本發明中，Mn和Ni的總含量限制在不超過1.50質量％，並且Co含量也限制在少於1.00質量％，以使即使在760℃或以上的PWHT溫度下蠕變斷裂強度也不降低。每一個可能影響韌性的Mn、Ni、Si、Cr、Mo、V和Nb的含量都是最佳化的，而且每一個可能降低韌性的Al、W、Ti、B、C和O的含量都加以限制，從而產生了良好韌性。
在焊絲中優選Ni含量可以為0.40～1.00質量％，Mo含量為0.80～1.10質量％，Cu含量為不超過0.10質量％，而Al含量少於0.05質量％。這改善了韌性和蠕變斷裂強度。
根據本發明另一個方面的埋弧焊材料主要由具有上述組分的焊絲和焊劑組成。焊劑包括以質量表示的如下物質CaF210～60％、CaO2～25％、MgO10～50％、Al2O32～30％以及Si和SiO2按照SiO2計為6～30％。
具體實施例方式
下文中將詳細描述根據本發明的用於改性9Cr-1Mo鋼的焊絲。本申請人等為解決上述問題，從焊絲組分與韌性之間的關係研究中獲得了以下發現。即，本申請人等發現了Mn和Ni的各自含量應該最佳化以具有良好的韌性，而且通過設定Mn和Ni的總含量在0.60％～1.50質量％範圍之內可獲得最好的韌性。此外，本申請人等發現了加入鐵素體穩定化元素應該加以限制，以防止對韌性可能有不利影響的δ-鐵素體的殘留。例如，當Mn含量、Ni含量、以及Mn和Ni的總含量受到限制時，尤其是在鐵素體穩定化元素中Si、Cr、Mo、V、Nb、Al和W的含量必需應該加以限制。
雖然Cu元素具有防止δ-鐵素體殘留在焊接金屬中的作用，但是加入過量Cu在焊接金屬中會引起脆化，導致韌性降低。同樣，雖然Co具有通過防止δ-鐵素體殘留在焊接金屬中而改善韌性的大作用，但是加入過量Co會降低Acl轉變溫度和蠕變斷裂強度。N元素具有改善蠕變斷裂強度和防止δ-鐵素體殘留在焊接金屬中的作用。需要加入過量N到焊絲以表現出通過將N加入到焊絲中而改善韌性的作用，這可能會產生氣泡。Ti和B分別地析出成為微小碳化物顆粒和微小硼化物顆粒，導致韌性顯著降低。因此，必須限制這些元素的含量。
下面開始解釋本發明用於改性9Cr-Mo鋼的焊絲化學組成的數量限制的原因。
C0.070～0.150質量％C元素具有與元素Cr、Mo、W、V和Nb結合析出不同種類的碳化物的作用，從而改善了蠕變斷裂強度。注意到在C含量少於0.070質量％的情況下，該作用是不充分的。相反，過量加入C元素，例如，當C含量超過0.150質量％時，會引起抗裂性能的降低。因此，C含量優選0.070～0.150質量％。
Si超過0.15質量％，但不超過0.30質量％Si元素具有充當脫氧劑的作用以降低沉積金屬中的氧含量，從而改善了焊接金屬的韌性。注意到具有0.15質量％或更少Si含量的焊絲沒有表現出這種作用。相反，因為Si是鐵素體穩定化元素之一，過量加入Si，例如，當Si含量超過0.30質量％時，將引起在焊接金屬中的殘留δ-鐵素體，因此導致焊接金屬的韌性降低。因此，Si含量優選超過0.15質量％，但不超過0.30質量％。
Mn不少於0.30質量％，但少於0.85質量％，Ni0.30～1.20質量％，以及Mn+Ni總計不超過1.50質量％。
Mn元素具有充當脫氧劑以降低沉積金屬中的氧含量的作用，由此而改善焊接金屬的韌性。Mn和Ni是奧氏體形成元素，並且它們中的每一個都具有防止由於在焊接金屬中殘留δ-鐵素體而韌性降低的作用。注意到在Mn含量少於0.30質量％或Ni含量少於0.30質量％的情況下，不能獲得這種作用，這會導致韌性降低。相反，在Mn含量至少為0.85％的情況下或Ni含量在1.20質量％以上的情況下，焊接金屬的韌性是降低的。在Mn和Ni總含量超過1.50質量％的情況下，當沉積金屬的Acl轉變溫度降低時，焊接金屬的韌性是降低的，因此導致蠕變斷裂強度降低。因此，Mn含量優選不少於0.30質量％，但少於0.85質量％，Ni含量優選0.30～1.20質量％，以及Mn和Ni總含量優選不超過1.50質量％。注意Ni含量更優選0.40～1.00質量％。這可進一步改善焊接金屬的韌性。
Cr8.00～13.00質量％Cr元素是改性9Cr-1Mo鋼的重要元素，因為其是本發明的焊絲所用的，而且它對於確保抗氧化性和高溫強度是必要的。應該注意到，當Cr含量少於8.00質量％時，抗氧化性和高溫強度是不充分的。相反，因為Cr是鐵素體穩定化元素之一，過量加入Cr，例如，當Cr含量大於13.00質量％時，引起殘留δ-鐵素體，由此導致韌性的降低。因此，Cr含量優選8.00～13.00質量％。這可提供優異的抗氧化性和高溫強度。
Mo0.30～1.40質量％Mo元素是固溶體強化元素，並且具有改善蠕變斷裂強度的作用。注意到當Mo含量少於0.30質量％時，不能獲得足夠的蠕變斷裂強度。相反，因為Mo是鐵素體穩定化元素之一，過量加入Mo，例如，當Mo含量大於1.40質量％時，在焊接金屬中會引起殘留δ-鐵素體，由此導致它的韌性降低。因此，Mo含量優選0.30～1.40質量％，並且更優選0.80～1.10質量％。這可改善蠕變斷裂強度和韌性。
V0.03～0.40質量％V元素是沉析強化元素，並且具有沉析成為碳氮化物以改善蠕變斷裂強度的作用。注意到當V含量少於0.03質量％時，不能獲得足夠的蠕變斷裂強度。相反，因為V是鐵素體穩定化元素之一，過量加入V，例如，當V含量大於0.40質量％時，在焊接金屬中將引起殘留δ-鐵素體，由此導致它的韌性降低。因此，V含量優選0.03～0.40質量％。
Nb0.01～0.15質量％Nb元素是析出成為固溶體強化氮化物從而有助於穩定蠕變斷裂強度的元素。注意到當Nb含量少於0.01質量％時，不能獲得足夠的蠕變斷裂強度。相反，因為Nb是鐵素體穩定化元素之一，過量加入Nb，例如，當Nb含量大於0.15質量％時，在焊接金屬中將引起殘留δ-鐵素體，由此導致它的韌性降低。因此，Nb含量優選0.01～0.15質量％。
N0.016～0.055質量％N元素是析出成為固溶體強化氮化物從而有助於穩定蠕變斷裂強度的元素。注意到當N含量少於0.016質量％時，不能獲得足夠的蠕變斷裂強度。相反，過量加入N，例如，當N含量大於0.055質量％時，將產生氣泡。因此，N含量優選0.016～0.055質量％。
P不超過0.010質量％P元素是提高熱裂敏感度的元素。當P含量超過0.010質量％時，出現熱裂。因此，P含量限制為不超過0.010質量％。
S不超過0.010質量％S元素是提高熱裂敏感度的元素。當S含量超過0.010質量％時，發生熱裂。因此，S含量限制到不超過0.010質量％。
Cu少於0.50質量％Cu元素是降低韌性的元素。在某些情況下，焊絲的表面塗敷有鍍Cu層以改善通電和加料性能。如上所述，過量加入Cu，例如，當Cu含量不少於0.50質量％時，在焊接金屬中引起脆化，導致韌性降低。因此，在包括鍍層的整個焊絲中Cu含量限制為少於0.50質量％。注意到Cu含量更優選限制為不超過0.10質量％。這可以改善韌性。
Ti不超過0.010質量％Ti元素析出成為微小碳化物以使沉積金屬變硬，因此顯著地降低了焊接金屬的韌性。例如，當Ti含量超過0.010質量％時，韌性降低。因此，Ti含量限制為不超過0.010質量％。
Al少於0.10質量％Al元素是鐵素體穩定化元素之一。過量加入Al，例如，當Al含量不少於0.10質量％時，將引起殘留δ-鐵素體，這對於焊接金屬的韌性是不利的。因此，Al含量限制少於0.10質量％。注意到Al含量優選限制為少於0.05質量％。這改善了韌性。
B少於0.0010質量％B元素沉析成為碳硼化物和硼化物以使沉積金屬變硬，因此顯著地降低了焊接金屬的韌性。例如，當B含量不少於0.0010質量％時，韌性降低。因此，B含量限制為少於0.0010質量％。
W少於0.10質量％W元素是鐵素體穩定化元素之一。過量加入W，例如，W含量不少於0.10質量％，在焊接金屬中將引起殘留δ-鐵素體，導致它的韌性降低。因此，W含量限制為少於0.10質量％。
Co少於1.00質量％Co元素是奧氏體形成元素之一，並且在焊接金屬中具有防止殘留δ-鐵素體從而改善它的韌性的作用。然而，過量加入Co，例如，當Co含量不少於1.00質量％時，降低了沉積金屬的Acl轉變溫度，由此導致蠕變斷裂強度的降低。因此，Co含量限制為少於1.00質量％。
O不超過0.03質量％O元素作為氧化物保留在沉積金屬中而降低了焊接金屬的韌性。例如，當O含量超過0.03質量％時，殘留氧化物的量增加，導致韌性降低。因此，O含量限制為不超過0.03質量％。
本發明的焊絲用於焊接方法如埋弧焊的情況下，電流極性對於沉積金屬的化學組成、機械性能以及可焊接性有顯著影響。更具體地說，直流正極(以下簡稱DCEP)與交流電(AC)相比，傾向於增加沉積金屬中的氧含量和降低焊接金屬的韌性。此外，DCEP傾向於具有磁吹熄弧，以及引起芯彎曲(slug winding)和不完全熔化。為了解決這種問題以及為了具有良好的機械性能，本發明焊絲優選與焊劑結合使用，該焊劑包括CaF210～60質量％、CaO2～25質量％、MgO10～50質量％、Al2O32～30質量％以及Si和SiO2以SiO2質量總計為6～30％。
下面開始解釋與用於本發明改性9Cr-1Mo鋼的焊絲相結合使用的焊劑化學組成的數量限制原因。
CaF210～60質量％CaF2化合物具有提高鍛造毛坯(slug)鹼度以降低沉積金屬中的氧含量的作用，由此改善了焊接金屬的韌性。同樣，CaF2具有固定焊道形狀的作用，因為CaF2減小了鍛造毛坯的熔點以及改善了它的移動性。注意到當焊劑中的CaF2含量少於10質量％時，不能獲得這種作用。當焊劑中的CaF2含量超過60質量％時，鍛造毛坯的移動性過大，因此明顯損傷了焊道的形狀。因此，焊劑中的CaF2含量優選10～60質量％。
CaO2～25質量％CaO化合物是基本成分，並且以與上面提到的化合物CaF2的相同方式，具有減少沉積金屬中的氧含量從而改善焊接金屬韌性的作用。同樣，CaO具有通過調節鍛造毛坯粘性固定焊道形狀的作用。注意到當焊劑中CaO含量少於2質量％時，不能獲得這種作用。當焊劑中的CaO含量超過25質量％時，增加了沉積金屬中的氧含量，導致焊接金屬的韌性降低。因此，焊劑中CaO含量優選為2～25質量％。
MgO10～50質量％MgO化合物是基本成分，並且以與上面提到的化合物CaF2的相同方式，具有減少沉積金屬中的氧含量從而改善焊接金屬韌性的作用。同樣，MgO也具有通過調節鍛造毛坯粘性固定焊道形狀的作用。注意到當焊劑中的MgO含量少於10質量％時，不能獲得這種作用。當焊劑中的MgO含量超過50質量％時，增加了沉積金屬中的氧含量，導致焊接金屬韌性降低。因此，焊劑中的MgO含量優選10～50質量％。
Al2O32～30質量％Al2O3化合物具有提高鍛造毛坯熔點以調節它的移動性的作用，從而固定焊道形狀。注意到當焊劑中Al2O3含量少於2質量％時，不能獲得這種作用。當焊劑中Al2O3含量超過30質量％時，出現鍛造毛坯磨損，因此損傷了焊道的外觀。因此，焊劑中Al2O3含量優選2～30質量％。
Si和SiO2總計6～30質量％SiO2化合物具有提高鍛造毛坯粘性以固定焊道形狀的作用。注意到當焊劑中SiO2含量少於6質量％時，不能獲得這種作用。因為SiO2在電弧中被還原而包含在沉積金屬中，過量加入SiO2增加了還原Si的量，這導致由於在沉積金屬中殘留δ-鐵素體的韌性降低。對於Si元素同樣的情況，其作為脫氧劑任意地加入到焊劑中。為此，焊劑中的Si和SiO2的總數需要限制，包括在當焊劑粒化時用作粘合劑的可溶玻璃中的SiO2。因此，焊劑中的Si和SiO2總含量按照SiO2計優選為6～30質量％。
這些主要成分可以以單一材料、包括這些元素的化合物、礦石、熔融焊劑等的形式加入。例如，螢石可以作為CaF2加入；方解石和熔融焊劑作為CaO加入；氧化鎂熔渣和熔融焊劑作為MgO加入；氧化鋁和熔融焊劑作為Al2O3加入以及鉀長石、鈉長石、熔融焊劑等作為SiO2加入。除以上主要成分之外，合金粉末、氧化物、和/或氟化物可能任意地加到焊劑中，以便調節合金成分和焊接可加工性。注意到在本發明焊絲中不可避免的雜質包括Sn、As、Sb、Ca、Mg等。
實施例現在，通過與背離本發明範圍的比較實施例對比來解釋根據本發明實施例的效果。首先，具有如下表1和表2所示組成的焊絲用作本發明的第一個實施例。具有下表3所示組成以及厚度為20mm、45度的坡口角度、根部間隙為13mm的樣品鋼板，在下表4所示條件下的埋弧焊工藝中使用每一種上述焊絲進行焊接。測定這樣獲得的每一個焊接金屬的韌性和蠕變斷裂強度。下表5示出了複合焊劑的成分。複合焊劑通過使焊劑原材料和作為粘合劑的水玻璃粒化並在500～550℃下燒結大約1小時獲得，以致在整個焊劑中的10×48目顆粒的含量為70質量％或更多。注意到在表1和2所示餘量是Fe和不可避免的雜質。
表1
表2
表3
表4
表5
下文開始描述各個項目的評價方法。首先，對於分級，在焊接以後的樣品上進行放射照相檢驗(JIS規範Z3104)。相當於JIS 1級的結果判定為良好，然後具有這個結果的樣品經受760℃的PWHT兩個小時。隨後，在這些樣品上進行蠕變斷裂和夏氏(Charpy)衝擊測試。蠕變測試使用在JIS標準Z2273中規定的具有直徑為6.0mm的樣品。並且測試條件如下650℃和86MPa。夏氏衝擊測試使用JIS標準Z3114中規定的樣品，並且測試溫度設定為20℃。用於蠕變斷裂和衝擊測試的各個樣品取自位於所獲得鋼板的整個厚度中心區域的焊接金屬的中心部分。這些測試的評定標準如下。在放射照相檢驗中，相當於JIS 1級的結果判定為良好(○)，除JIS1級以外的結果判定為差(X)。在蠕變斷裂測試中，具有不少於1000小時破裂時間的結果判定為良好(○)，具有少於1000小時破裂時間的結果判定為差(×)。在夏氏衝擊測試中，具有不少於40J的vE20℃平均值的結果判定為良好(○)，具有少於40J的vE20℃平均值的結果判定為差(×)。這些結果在下表7和9中示出。下表6和8示出了沉積金屬的化學組成。
表6
表7 注「JIS Class 1」表示「JIS 1級」
表8
表9
注「JIS Class 1」表示「JIS 1級」 20
現在，在本發明第二個實施例中，上述表2所述實施例編號W43～W48和編號W55～W60的焊絲進行拉絲處理直到每條焊絲的直徑都達到1.6mm為止。具有如上述表3所示組成以及厚度為12mm、45度的坡口角度、根部間隙為6mm的樣品鋼板在下表10所示條件下使用每一種上述焊絲以TIG焊接工藝進行焊接。這樣獲得的每個焊接金屬的韌性和蠕變斷裂強度以與上述第一個實施例相同的方式和條件進行測定。結果在表11中示出。
表10
表11
注「JIS Class 1」表示「JIS 1級」
如上述表6和7所示，在比較實施例編號W1的焊絲中，C含量小於本發明範圍所涵蓋的值。因此，焊絲的強度是不夠的，並且蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W2的焊絲中，C含量超過本發明的範圍所涵蓋的值，因此導致在放射照相檢驗中出現熱裂。在比較實施例編號W3的焊絲中，因為Si含量小於本發明範圍所涵蓋的值，沉積金屬脫氧不足，而且焊接金屬的韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W4的焊絲中，因為Si含量超過本發明範圍所涵蓋的值，δ-鐵素體殘留在焊接金屬中，並且韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W5的焊絲中，因為Mn含量小於本發明範圍所涵蓋的值，沉積金屬脫氧不足，並且δ-鐵素體殘留在焊接金屬中。結果，韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W6的焊絲中，Mn含量以及Mn和Ni的總含量超過本發明範圍所涵蓋的值，導致沉積金屬的Acl轉變溫度降低，由此蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求。同樣，韌性也不能滿足預定的性能需求。
在比較實施例編號W7的焊絲中，P含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此導致在放射照相檢驗中出現熱裂。同樣，在比較實施例編號W8的焊絲中，S含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此導致在放射照相檢驗中出現熱裂。在比較實施例編號W9的焊絲中，因為Cu含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W10的焊絲中，因為Ni含量小於本發明範圍所涵蓋的值，因此δ-鐵素體殘留在焊接金屬中，並且韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W11的焊絲中，Ni含量以及Mn和Ni的總含量超過本發明範圍所涵蓋的值，導致沉積金屬的Acl轉變溫度降低，由此蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求。同樣，韌性也不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W12的焊絲中，Co含量超過本發明範圍所涵蓋的值，導致沉積金屬的Acl轉變溫度降低，由此蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求。
在比較實施例編號W13的焊絲中，因為Cr含量小於本發明範圍所涵蓋的值，因而焊絲強度是不夠，並且蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W14的焊絲中，因為Cr含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此δ-鐵素體殘留在焊接金屬中，並且它的韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W15的焊絲中，因為Mo含量小於本發明範圍所涵蓋的值，因而焊絲的強度不夠，並且蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W16的焊絲中，因為Mo含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此δ-鐵素體殘留在焊接金屬中，並且韌性不能滿足預定的性能需求。同樣，在比較實施例編號W17的焊絲中，因為Al含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此δ-鐵素體殘留在焊接金屬中，並且韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W18的焊絲中，Ti含量超過本發明範圍所涵蓋的值，導致焊接金屬的強度顯著地提高，由此韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W19的焊絲中，Nb含量小於本發明範圍所涵蓋的值，導致焊絲的強度不夠，並導致蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求的事實。在比較實施例編號W20的焊絲中，因為Nb含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此δ-鐵素體殘留在焊接金屬中，並且韌性不能滿足預定的性能需求。
在比較實施例編號W21的焊絲中，因為V含量小於本發明範圍所涵蓋的值，導致焊絲的強度不夠，因而蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W22的焊絲中，因為V含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此δ-鐵素體殘留在焊接金屬中，並且它的韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W23的焊絲中，因為W含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此δ-鐵素體殘留在焊接金屬中，並且它的韌性不能滿足預定的性能需求。同樣，在比較實施例編號W24的焊絲中，B含量超過本發明範圍所涵蓋的值，導致在焊接金屬中殘留δ-鐵素體，因而韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W25的焊絲中，N含量小於本發明範圍所涵蓋的值，導致強度不夠。因此，蠕變斷裂時間沒能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W26的焊絲中，N含量超過本發明範圍所涵蓋的值，導致在放射照相檢驗中出現氣泡。
在比較實施例編號W27的焊絲中，O含量超過本發明範圍所涵蓋的值，導致在沉積金屬中的氧含量增加，由此韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W28的焊絲中，Mn和Ni的總含量超過本發明範圍所涵蓋的值，導致沉積金屬的Acl結晶溫度降低，因而蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求。同樣，韌性不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W29的焊絲中，因為Cu含量超過本發明範圍所涵蓋的值，因此韌性不能滿足預定的性能需求。此外，因為Nb含量小於本發明範圍所涵蓋的值，因而強度不夠，由此蠕變斷裂時間不能滿足預定的性能需求。在比較實施例編號W30的焊絲中，Ni含量以及Mn和Ni的總含量超過本發明範圍所涵蓋的值，導致韌性不能滿足預定的性能需求的事實。這降低了沉積金屬的Acl轉變溫度。即使以比本發明範圍所涵蓋的值更大的量加入Nb，也不能使蠕變斷裂時間滿足預定的性能需求。
相反，如上述表8和9所示，在實施例編號W31～W60的焊絲中，因為組分組成在本發明的範圍之內，即使在760℃下進行兩小時的PWHT，韌性和蠕變斷裂時間也能滿足預定的性能需求。尤其，在焊絲編號W49～W60中，Cu、Ni、Mo和Al中每一種的含量都在優選範圍內調節，從而獲得優異的韌性和蠕變斷裂強度。如上述表11所示，焊絲編號W43～W48以及焊絲編號W55～W60即使在TIG焊接工藝中也滿足預定的性能需求。尤其是Cu、Ni、Mo和Al的每一種含量都在優選範圍內的焊絲編號W55～W60具有顯著優異的韌性和蠕變斷裂強度。
權利要求
1.一種主要由以下以質量計的元素組成的焊絲C0.070～0.150％，Si超過0.15％，但不超過0.30％，Mn不小於0.30％，但小於0.85％，Ni0.30～1.20％，Cr8.00～13.00％，Mo0.30～1.40％，V0.03～0.40％，Nb0.01～0.15％，N0.016～0.055％，P不超過0.010％，S不超過0.010％，Cu小於0.50％，Ti不超過0.010％，Al小於0.10％，B小於0.0010％，W小於0.10％，Co小於1.00％，O不超過0.03％，以及餘量鐵和不可避免的雜質，而Mn和Ni的總量不超過1.50％。
2.如權利要求1所述的焊絲，其中所述Ni含量為0.40～1.00質量％。
3.如權利要求1所述的焊絲，其中所述Mo含量為0.80～1.10質量％。
4.如權利要求1所述的焊絲，其中所述Cu含量不超過0.10質量％。
5.如權利要求1所述的焊絲，其中所述Al含量小於0.05質量％。
6.一種埋弧焊材料，主要由權利要求1所述的焊絲和焊劑組成，所述焊劑包括以質量計的下列物質CaF210～60％，CaO 2～25％，MgO 10～50％，Al2O32～30％，以及Si和SiO2按照SiO2計為6～30％。
7.如權利要求6所述的焊接材料，其中所述焊絲的Ni含量為0.40～1.00質量％。
8.如權利要求6所述的焊接材料，其中所述Mo含量為0.80～1.10質量％。
9.如權利要求6所述的焊接材料，其中所述Cu含量不超過0.10質量％。
10.如權利要求6所述的焊接材料，其中所述Al含量小於0.05質量％。
全文摘要
提供了一種用於改性9Cr－1Mo鋼的焊絲，該焊絲包括C0.070～0.150質量％；Si超過0.15質量％，但不超過0.30質量％；Mn至少0.30質量％，但小於0.85質量％；Ni0.30～1.20質量％；Cr8.00～13.00質量％；Mo0.30～1.40質量％；V0.03～0.40質量％；Nb0.01～0.15質量％；N0.016～0.055質量％；P不超過0.010質量％；S不超過0.010質量％；Cu小於0.50質量％；Ti不超過0.010質量％；Al小於0.10質量％；B小於0.0010質量％；W小於0.10質量％；Co小於1.00質量％以及O不超過0.03質量％，其中所述Mn和Ni的總量不超過1.50％。即使在760℃或以上的PWHT溫度下，所述焊絲也能提供良好的韌性而不降低蠕變斷裂強度。
文檔編號B23K35/362GK1727108SQ20051007132
公開日2006年2月1日 申請日期2005年5月18日 優先權日2004年5月18日
發明者山下賢, 原則行, 村上俊夫, 畑野等 申請人:株式會社神戶制鋼所