[发明专利]用于薄壁钢构件的电弧焊的高铬抗蠕变焊接金属

说明书

钢焊接金属组合物可以包含从9.00至12.00wt％的铬、从0.02至0.06wt％的碳、从0.3至0.7wt％的锰、从0.1至0.3wt％的硅、从0.5至1.2wt％的镍、从0.1至0.5wt％的钼、从1.0至1.5wt％的钴、从0.03至0.08wt％的铌、从0.2至0.8wt％的钨、从0.3至0.8wt％的铜、从0.005至0.010wt％的硼、以及从0.005至0.025wt％的氮；其中，所述钢焊接金属组合物的余量是铁和不可避免的杂质。还描述了在不使用焊后热处理的情况下通过电弧焊工艺将所述钢焊接金属组合物沉积在工件上的方法。还描述了生产高铬抗蠕变钢焊接金属组合物的可消耗的电弧焊焊条。

技术领域

提供了高铬抗蠕变钢焊接金属组合物。还提供了在不使用焊后热处理(PWHT)的情况下通过电弧焊工艺将高铬抗蠕变钢焊接金属组合物沉积在工件上的方法。还提供了生产高铬抗蠕变钢焊接金属组合物的可消耗的电弧焊焊条。

背景技术

马氏体高铬钢材料广泛用于发电工业或化学及石油化学工业。特别地，贝氏体和马氏体Cr钢被用于薄壁锅炉膜壁。这些组件承受高工作温度和伴随的应力。高铬钢的构造和维修广泛使用电弧焊，然后进行焊后热处理(PWHT)，以恢复焊接接头的足够延展性和冲击强度。焊接接头必须与母钢的抗氧化性/抗腐蚀性和蠕变强度相匹配。另外，大型焊接结构(如锅炉膜壁)的PWHT非常不切实际、昂贵且耗时。

具有约9wt％的铬含量的钢组合物已被广泛用于高温应用。然而，这些组合物受制于在高于620℃的温度下在蒸汽气氛中抗氧化性不足，这显著地限制了它们的应用温度范围。尤其是在具有传热作用的锅炉组件中，氧化皮起到绝热体的作用，从而提高了金属的温度并且因此降低了相应组件的寿命。此外，如果氧化皮在操作期间剥落，则将对后面的蒸汽输送组件造成腐蚀损坏。剥落的氧化皮可能引起堵塞，阻碍蒸汽流动，经常导致局部过热和灾难性故障。

提高的铬含量(即，含有超过9wt％的铬)对于良好的抗蒸汽氧化性至关重要。目前认为铬含量约为11％-12％可使工作温度最高达650℃，这显著提高了发电厂的效率。然而，这种铬含量增加了Z相形成的驱动力。Z相是复合氮化物，它会迅速变粗从而消耗周围的强化MX析出物，主要有助于9％-12％Cr钢的蠕变强度(M为：铌或钒，并且X为：碳或氮)。提高的铬含量还提高了碳化铬析出物的粗化率。MX和碳化铬析出物两者的微观组织稳定作用的损失是造成马氏体(具有Cr11％)高铬耐热钢种的长期蠕变断裂强度下降的原因。

高温材料的蠕变行为和蠕变特性的下降限制了被设计用于在高温下在应力下长时间操作的组件和结构的寿命。蠕变是材料在外加载荷下随时间变化的变形，最经常发生在高温下。材料中的结构变化通常会加速蠕变，这进而加速晶间蠕变损伤的出现率。蠕变在不减弱的情况下以断裂终止，并对组件寿命具有显著影响。

鉴于马氏体钢组合物中铬含量的限制，所述组合物可用于焊接要求高工作温度、抗氧化性和抗腐蚀性、以及蠕变强度的钢构件，需要用于动力工程应用中的薄壁焊接结构的高铬钢。此外，这种高Cr钢应适合在焊接状态条件下使用(避免PWHT)。

发明内容

提供了在没有焊后热处理(PWHT)的情况下使用的高铬抗蠕变钢焊接金属组合物。还提供了通过电弧焊工艺将高铬抗蠕变钢焊接金属组合物沉积在工件上的方法。

在一个实施例中，钢焊接金属组合物包含从9.00至12.00wt％的铬(Cr)、从0.02至0.06wt％的碳(C)、从0.3至0.7wt％的锰(Mn)、从0.1至0.3wt％的硅(Si)、从0.5至1.2wt％的镍(Ni)、从0.1至0.5wt％的钼(Mo)、从1.0至1.5wt％的钴(Co)、从0.03至0.08wt％的铌(Nb)、从0.2至0.8wt％的钨(W)、从0.3至0.8wt％的铜(Cu)、从0.005至0.010wt％的硼(B)、以及从0.005至0.025wt％的氮(N)；其中钢焊接金属组合物的余量是铁(Fe)和不可避免的杂质。