一種耐空泡腐蝕的表面堆焊焊接材料的製作方法
2023-04-23 04:22:51 1
專利名稱：一種耐空泡腐蝕的表面堆焊焊接材料的製作方法
技術領域：
本發明屬於新型焊接材料領域，主要用於製備耐空泡腐蝕的表面堆焊材料，採用
本堆焊材料可以有效提高耐空泡腐蝕合金工件的使用壽命，降低維護成本。
背景技術：
空泡腐蝕是發生在水輪機、螺旋槳、水泵等流體設備上的腐蝕行為。它直接導致了 材料表面裂紋的產生，縮短了流體設備的使用壽命。因此有必要找出一條切實可行的途徑 來解決我國水輪機、螺旋槳等流體設備中的空泡腐蝕。國內外相應的開發了耐空泡腐蝕材 料。目前國際上主要採用的耐空泡腐蝕材料是新型不鏽鋼、鈷基或鎳基合金等。新型耐空 泡腐蝕不鏽鋼中除了傳統的Cr、Ni夕卜，還普遍含有Co、Mo、Mn甚至Ti等公認的耐空泡腐蝕 金屬元素。而且新型耐空泡腐蝕材料的相組成和微觀結構也對空泡腐蝕性能起著很大的作 用。與傳統的碳素鋼和不鏽鋼相比，由新型耐空泡腐蝕合金製備的工件的使用壽命大大提 高，但耐空泡腐蝕不鏽鋼、鈷基合金或鎳基合金的生產成本相當高。 將耐空泡腐蝕不鏽鋼、鈷基合金或鎳基合金製備成耐空泡腐蝕堆焊焊絲，然後在 傳統材料上堆焊則不失為一項有效的途徑。此技術的實用意義在於
(1)不需整體採用耐空泡腐蝕材料，大量節約材料，減少成本； (2)針對我國現狀，堆焊耐空泡腐蝕材料比更換耐空泡腐蝕設備更加經濟和迅 速； (3)維修方便，適用於不易更換的大型流體設備，如水輪機；
(4)作為船體堆焊材料，提高了艦船的機動性和戰鬥力。 隨著表面堆焊工藝的迅速發展，工業上應用較廣的是耐磨耐腐蝕材料的堆焊。但 是至今沒有耐空泡腐蝕表面堆焊材料的開發與應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種成分設計簡單、使用方便的表面堆焊材料，工件經過表 面堆焊後，耐空泡腐蝕性能及使用壽命大大提高，維護成本也隨之降低。 本發明是通過如下技術方案來實現的一種耐空泡腐蝕的表面堆焊焊接材料，其 特徵在於該堆焊材料的具體化學成分質量百分比為C《0. 10% ;Crl2 25% ;Col. 0 2. 0 % ;Mol. 5 2. 5 % ;Ni6. 0 8. 0 % ;MnO. 5 1. 0 % ;SiO. 3 0. 8 % ;P《0. 03 % ; S《0. 03% ;餘量為Fe。 本發明中堆焊材料化學成分範圍的確定依據及原因如下為保證工件在表面堆 焊後，既有足夠的耐空泡腐蝕性還有其他優良的力學性能，在降低含碳量的同時，堆焊材料 中添加的合金元素主要有三大類一類是提高堆焊層耐蝕性的Cr、 Co元素；一類是在堆焊 層能形成沉澱強化相的Mo、 Ti等；還有一類是平衡組織保證堆焊層中不出現或控制出現 S-鐵素體的元素如Ni、Mn等。 必須嚴格控制堆焊材料中的含碳量。隨著堆焊層中碳含量的增加，堆焊層的強度、
3硬度增加，耐腐蝕性、韌性降低，馬氏體轉變溫度也將明顯降低。當堆焊層中的含碳量低於 0. 02%時，不能獲得良好的時效硬化效果。另外，含碳量高於0. 06%將會損失韌性和延性， 考慮到堆焊時溫度高，且高溫停留時間長，碳元素會發生燒損等問題，應將堆焊材料中含碳 量控制在O. 10%以下。 鉻是鐵素體穩定化元素，是提高堆焊層抗腐蝕性的基本元素，也是耐空泡腐蝕堆 焊材料的主要添加元素。它固溶於鐵中可以提高鈍化能力，並賦予良好的耐腐蝕性。在堆焊 層中鉻含量為12X時，引起耐腐蝕性突變，有助於提高在大氣中、高溫H2S中以及在氧化性 介質中的耐蝕性。在酸性水溶液中，堆焊層中含鉻量在17% 18%時，能在堆焊層表面生 成一層鉻的氧化物保護膜，提高耐腐蝕性。但是，鉻含量過高，將顯著增加淬火、回火條件下 的穩定鐵素體含量，降低堆焊層的硬度和抗拉強度，並將顯著降低馬氏體轉變溫度。因此， 堆焊材料中將鉻含量控制在12 25%之間。 鈷是人們發現的最耐腐蝕的金屬。它的堆垛層錯能(SFE)非常低，大約為0.02J/m2， 部分位錯的平衡間距是35個原子距離，低SFE是提高耐空泡腐蝕性能的一個重要因素。將 Co加入堆焊材料中，可以提高回火穩定性，並且有固溶強化效果。但鈷的價格昂貴，在堆焊 層材料中將其含量控制在1. 0 2. 0%。 鉬的加入可以增加回火穩定性和強化二次硬化效應。鉬合金化形成的細小密排立
方M2X相，增加二次硬化效應，並具有極高的穩定性，有利於改善堆焊層的耐蝕性和低溫力
學性能。在鉬含量為2%左右時，堆焊層具有較高的硬度，但過高的鉬將促進S-鐵素體的
形成，反而帶來不利影響。因此，鉬含量的優選範圍應在1. 5% 2. 5%之間。 鎳是奧氏體形成元素，可降低堆焊層中S-鐵素體含量，在所有合金元素中效果
最好，可以改善表面堆焊層在還原介質中的耐蝕性和耐空泡腐蝕性能以及在流動的含泥沙
的水中的耐磨蝕性能。適當提高堆焊層中鎳含量，還可有效提高堆焊層的可淬性和淬透性，
促進馬氏體轉變，提高表面堆焊層的鈍化傾向，保證淬火後得到全馬氏體組織。為了儘可能
降低堆焊層中S -鐵素體含量，堆焊材料中鎳含量應在6. 0% 8. 0%之間。 錳是比較弱的奧氏體形成元素，但具有強烈的穩定奧氏體的作用，同時是有效的
脫氧和脫硫劑。適當控制錳含量，可以降低堆焊層中s-鐵素體含量，同時強度有所提高。
這裡將其含量控制在0. 5 1. 0%之間。 矽是強S-鐵素體形成元素，同時也是主要的脫氧元素。因此，應控制堆焊層中有 適量的矽，滿足脫氧要求即可。如果堆焊層中矽含量過高，鋼中s-鐵素體含量將增加，馬 氏體轉變溫度降低，惡化堆焊層的耐空泡腐蝕性。為了獲得好的脫氧效果而不損害耐空泡 腐蝕性，其含量為0. 3 0.8%。 硫、磷都是鋼中的有害雜質。應儘量將S、P含量控制在0.03X以下。
本發明可應用於MIG(熔化極氬弧焊)或TIG(鎢極氬弧焊)表面焊接方法。
圖1實施例1空泡腐蝕試樣金相圖
圖2實施例3空泡腐蝕試樣金相圖
具體實施例方式
本發明的實施例1 :一種耐空泡腐蝕堆焊材料，其具體的化學成分為CO. 05% ; Crl3% ;Col. 0% ;Mol. 5% ;Ni6. 0% ;MnO. 5% ;SiO. 3% ;P《0. 03% ;S《0. 03% ;餘量為 Fe。針對水輪機葉片常用材料1Crl8Ni9Ti進行表面堆焊。焊接前用金相砂紙對堆焊表面進 行打磨，並用丙酮清洗，然後採用MIG進行表面焊接，其焊接參數焊接電壓U = 25. 4V，焊 接電流I = 200A，保護氣流量為18L/min，焊接速度為5mm/s。表面堆焊後，採用JY98-IIIDN 型超聲波細胞粉碎機進行空泡腐蝕試驗，振動頻率為20kHz，介質採用蒸餾水，冷卻水水溫 控制在2rC。對空泡腐蝕部位進行顯微觀察，結果顯示採用此成分的堆焊材料進行MIG表 面焊接，堆焊層中空泡數量較少，但空泡尺寸大，如圖1所示。 本發明的實施例2 :—種耐空泡腐蝕堆焊材料，其具體的化學成分為CO. 05% ; Crl5% ;Col. 2% ;Mol. 5% ;Ni6. 5% ;MnO. 5% ;SiO. 5% ;P《0. 03% ;S《0. 04% ;餘量為 Fe。針對lCrl8Ni9Ti材料進行表面堆焊。焊接前對堆焊表面進行打磨，並用丙酮清洗，然 後採用MIG進行表面焊接，焊接參數以及空泡腐蝕試驗參數同實施1。對空泡腐蝕部位進行 顯微觀察，結果顯示採用此成分的堆焊材料進行MIG表面焊接，堆焊層中空泡數量較少， 空泡尺寸較實施例1小。 本發明的實施例3 :—種耐空泡腐蝕堆焊材料，其具體的化學成分為CO. 07% ; Crl7% ;Col. 5% ;Mol. 8% ;Ni7. 0% ;MnO. 8% ;SiO. 5% ;P《0. 03% ;S《0. 03% ;餘量為 Fe。針對lCrl8Ni9Ti進行表面堆焊。焊接前對堆焊表面進行打磨，並用丙酮清洗，然後採 用MIG進行表面焊接，焊接參數以及空泡腐蝕試驗參數同實施1。對空泡腐蝕部位進行顯微 觀察，結果顯示採用此成分的堆焊材料進行MIG表面焊接，堆焊層中空泡數量較少，同時 尺寸也較小，如圖2所示。 本發明的實施例4 :一種耐空泡腐蝕堆焊材料，其具體的化學成分為CO. 07% ; Cr20% ;Col. 7% ;Mo2. 0% ;Ni7. 5% ;MnO. 8% ;SiO. 8% ;P《0. 03% ;S《0. 03% ;餘量為 Fe。針對lCrl8Ni9Ti進行表面堆焊。焊接前對堆焊表面進行打磨，並用丙酮清洗，然後採 用MIG進行表面焊接，焊接參數以及空泡腐蝕試驗參數同實施1。對空泡腐蝕部位進行顯 微觀察，結果顯示採用此成分的堆焊材料進行MIG表面焊接，堆焊層中空泡數量較實施例 3多，空泡尺寸較小。 本發明的實施例5 :—種耐空泡腐蝕堆焊材料，其具體的化學成分為CO. 10% ; Cr25% ;Co2. 0% ;Mo2. 5% ;Ni8. 0% ;Mnl. 0% ;SiO. 8% ;P《0. 03% ;S《0. 03% ;餘量為 Fe。針對lCrl8Ni9Ti進行表面堆焊。焊接前對堆焊表面進行打磨，並用丙酮清洗，然後採 用MIG進行表面焊接，焊接參數以及空泡腐蝕試驗參數同實施1。對空泡腐蝕部位進行顯 微觀察，結果顯示採用此成分的堆焊材料進行MIG表面焊接，堆焊層中空泡數量較實施例 3多，空泡尺寸較小。 採用本發明實施例堆焊材料能在傳統材料上堆焊，並獲得良好的耐空泡腐蝕性 能，適宜各種需要耐空泡腐蝕的金屬材料表面堆焊。
權利要求
一種耐空泡腐蝕的表面堆焊焊接材料，其特徵在於上述堆焊材料的化學成分按質量百分比計C≤0.10％；Cr12～25％；Co1.0～2.0％；Mo1.5～2.5％；Ni6.0～8.0％；Mn0.5～1.0％；Si0.3～0.8％；P≤0.03％；S≤0.03％；餘量為Fe。
2. 權利要求1所述的一種耐空泡腐蝕的表面堆焊焊接材料，其特徵在於化學成分按 質量百分比計CO. 07%;Crl7%;Col. 5%;Mol. 8%;Ni7. 0%;MnO. 8%;SiO. 5%;P《0. 03%; S《0. 03% ;餘量為Fe。
3. 權利要求1所述的材料在傳統材料上堆焊以防止空泡腐蝕的用途。
全文摘要
一種耐空泡腐蝕的表面堆焊焊接材料，屬於新型焊接材料領域該堆焊材料的具體化學成分質量百分比為C≤0.10％；Cr12～25％；Co1.0～2.0％；Mo1.5～2.5％；Ni6.0～8.0％；Mn0.5～1.0％；Si0.3～0.8％；P≤0.03％；S≤0.03％；餘量為Fe。本發明將耐空泡腐蝕不鏽鋼、鈷基合金或鎳基合金製備成耐空泡腐蝕堆焊焊絲，然後在傳統材料上堆焊，工件經過表面堆焊後，耐空泡腐蝕性能及使用壽命大大提高，維護成本也隨之降低。
文檔編號B23K35/30GK101704168SQ20091003528
公開日2010年5月12日 申請日期2009年9月24日 優先權日2009年9月24日
發明者朱強, 陳希章, 雷玉成 申請人:江蘇大學