用于珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢异质接头的新型焊接材料的研究

用于珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢异质接头的新型焊接材料的研究

28 焊接设备与材料 焊接技术　　1998年10月第5期

用于珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢异质

接头的新型焊接材料的研究

　　　李卫东　于丽杰　　　　　　　李德元　邵成吉　徐国建

东北电管局建设部(辽宁沈阳110006)　　　　　　沈阳工业大学(辽宁沈阳110023)

　　摘要　　为消除珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢异质焊接接头的碳迁移层和马氏体组织,研制了一种新型超低碳型焊接材料。这种新型的焊接材料已在电站锅炉中得到应用,并取得了良好的效果。　　关键词　　珠光体耐热钢　奥氏体不锈钢　异质接头　焊接材料　　在电站锅炉、管路及气轮机配件的设计、施工的过程中,一般需要考虑钢材在较高温度下(550℃左右)的耐热性能及强度。在这种工作环境下,种珠光体耐热结构钢(如12CCrM、

12Cr110CMoVA、M),,迁移和,研制了20#低碳,可以完全消除C的扩散迁移层,并且保证在焊缝及热影响区不出现马氏体等淬硬组织,而且此种焊接材料的价格基本上与现在采用的常规焊接材料相当。

1　试验研究方法

的Cr[1]。,但此后再与外部其它组件焊接时,由于整体热处理已难以进行,这些外部组件就需要用奥氏体不锈钢(如1Cr18Ni9Ti或其它1828型不锈钢)来制造,以防止产生较大的焊接内应力及各种焊接缺陷。

珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢在成分、力学性能及组织等方面差别很大,给焊接造成了很大的困难,其中最主要的是C的扩散迁移问题。由于C在珠光体耐热钢及低碳钢中与在不锈钢中的扩散速度及溶解度存在较大差异,而且由于不锈钢中大量Cr的存在,使得

C在两侧化学位差值的作用下,通过焊接熔合线向不锈

试验时母材采用12Cr1MoV珠光体耐热钢和

1Cr18Ni9Ti不锈钢。用研制的新型焊材焊接后,按GB2652-1989和GB2651-1989取下焊缝金属拉伸试样

及冲击试样,进行焊接接头机械性能试验,同时截取金相分析试样,用扫描电镜和电子探针分析研究C的扩散迁移现象。并在Gleeble1500热模拟试验机上进行高温强度分析。

2　试验结果及讨论211　焊缝基本成分的选择

钢一侧扩散迁移,在珠光体(或铁素体)一侧形成脱碳层,而在不锈钢一侧形成增碳层[2],造成接头组织及性能的不连续。在构件服役过程中时刻都存在温度的变化,结构随之不断地收缩与膨胀,处于一种受交变载荷的状态。而碳扩散迁移层组织及性能与两侧都不同,造成应力集中,极易诱发疲劳破坏,从而不但使结构的使用寿命下降,而且也给设备的安全运行带来很大隐患。另一个常见的问题是焊接不锈钢时,由于其含有的Cr和Ni混合和扩散,在熔合线母材一侧会出现一个合金元素偏高的区域,并随淬硬倾向的增大可能形成马氏体等淬硬组织,从而产生焊接冷裂纹等缺陷,轻者造成设备的返修,重者则可能使设备在运行过程中突然损坏。

根据以往的研究结果,如果采用Ni基焊接材料,可以增大C的活度,减小扩散层的宽度,并减少出现淬硬组织的倾向。但由于Ni基材料造价很高,生产厂家

在选择焊缝基本成分时,试验了以下几种方案:

(1)采用普通低碳钢焊芯,通过焊条药皮过渡一定

量的Cr、Mo、V,同时在焊缝中加入5%左右的Ni,试图通过Ni的作用来消除C的扩散迁移现象。

(2)采用超低碳特制焊芯,在焊条药皮中过渡一定

量Cr、Mo、V,焊后焊缝中含C量控制在0106%以下,通过C浓度梯度的控制来消除C的扩散迁移问题。

(3)采用Cr13型铁素体不锈钢焊芯,以高含Cr量

来保证焊缝金属的高温性能,同时由于熔合线两侧含

Cr量的差异较小,也可以降低C的扩散驱动力。

为了与以上方案设计的焊条进行比较,还分别采用R317焊条和A137焊条对异种材质接头进行了焊接,以进行对比分析。

试验结果表明,采用第一种方案所获得的焊缝组

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WeldingTechnology　№5　Oct.1998

织与R317焊条焊后的组织基本相同。说明5%左右的含Ni量对防止

C的扩散迁移没有明显的作用。如果进一步提高含C量将会导致焊条成本过高,而且效果也不明显。采用第三种方案焊接后,可以较好地消除C的扩散迁移现象,但由于焊缝中较高的含Cr量,使焊缝中(特别是熔合线附近)出现了较多的马氏体组织,而且这种焊缝的强度也偏高,如果不经过焊后热处理将形成高组配的接头。采用第二种方案所获得的焊缝组织中完全消除了C的扩散迁移现象,而且没有马氏体组织出现,效果比较理想。

212　焊缝组织对比分析

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为了对C扩散迁移现象进行更可靠的分析,还对上述各焊缝的熔合线附近进行了C分布分析,由图2、图3对比分析可知,用新研制的焊接材料焊接,确实可以避免C扩散迁移层的出现。

213　焊缝抗裂性试验

焊缝及热影响区抗裂性试验按GB467511-1984《斜Y形坡口焊接裂纹试验方法》进行,分别采用R317焊条和新研制的超低碳型焊条进行试验。当采用150℃预热时,两种焊接材料的表面裂纹率和根部裂纹率均为零。而当不预热时,超低碳型焊条也未出现裂纹,而R317焊条则在弧坑处出现裂纹。试验表明新研制的焊条的抗冷裂性能良好,优于R317焊条214对采用所研制的焊条焊接的异质接头熔合线处金相组织进行分 …… 此处隐藏：1083字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……