涂藥焊條的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油精煉反應(yīng)器等用于能源工廠中的壓力容器的供2. 25Cr-lM〇-V鋼 的焊接的涂藥焊條。
【背景技術(shù)】
[0002] 歷來(lái)，作為石油精煉反應(yīng)器等的壓力容器用途使用的是2. 25Cr-lMo鋼。但是，從 其運(yùn)轉(zhuǎn)效率提高的觀點(diǎn)出發(fā)，作為耐受設(shè)計(jì)溫度?壓力的高溫?高壓化的鋼材，應(yīng)用高強(qiáng)度 的2. 25Cr-lM〇-V鋼制反應(yīng)器被推進(jìn)。作為供石油精煉反應(yīng)器用途的2. 25Cr-lM〇-V鋼的焊 接用的涂藥焊條或焊接金屬，蠕變斷裂性能和韌性等優(yōu)異的涂藥焊條或焊接金屬的開(kāi)發(fā)得 以進(jìn)行。
[0003] 例如在專利文獻(xiàn)1中，在涂藥弧焊形成的焊接金屬中，相對(duì)于Cr :2. 00~3. 25質(zhì) 量％，V :0. 20~0. 70質(zhì)量％，通過(guò)Nb、Co、W的添加來(lái)確保蠕變強(qiáng)度。另外，在專利文獻(xiàn)2 中，在焊條總質(zhì)量中，相對(duì)于Cr :1. 00~3. 50質(zhì)量％，V :0. 1~I. 0質(zhì)量％，Nb :0. 02~0. 50 質(zhì)量％，通過(guò)Co、W、Ni的添加來(lái)確保蠕變強(qiáng)度和韌性。另外，在專利文獻(xiàn)3中，在焊條總質(zhì) 量中，相對(duì)于Cr :1. 00~3. 50質(zhì)量％，V :0. 01~0. 60質(zhì)量％，W :0. 6~2. 5質(zhì)量％，通過(guò) Nb、Ta的添加來(lái)確保蠕變強(qiáng)度。
[0004] 【先行技術(shù)文獻(xiàn)】
[0005] 【專利文獻(xiàn)】
[0006] 【專利文獻(xiàn)1】日本特開(kāi)平10-137975號(hào)公報(bào)
[0007] 【專利文獻(xiàn)2】日本特開(kāi)2002-263883號(hào)公報(bào)
[0008] 【專利文獻(xiàn)3】日本特開(kāi)2001-300768號(hào)公報(bào)
[0009] 但是，在現(xiàn)有的技術(shù)中存在以下的問(wèn)題。
[0010] 作為供石油精煉反應(yīng)器用途的鋼材的焊接用的焊接材料，要求優(yōu)異的蠕變性能， 和作為與之相隨的諸性能的韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋性（去應(yīng)力退火時(shí)不會(huì)發(fā)生晶 界裂紋）及焊接操作性并立。
[0011] 于是，如前述，比2. 25Cr-lMo鋼的強(qiáng)度高的2. 25Cr-lM〇-V鋼制反應(yīng)器的應(yīng)用被推 進(jìn)。但是，在2. 25Cr-lM〇-V鋼制反應(yīng)器中，其作業(yè)條件也處于高溫?高壓化的傾向，存在現(xiàn) 有的焊接材料不滿足當(dāng)前的高溫強(qiáng)度，特別是蠕變斷裂性能的要求這樣的問(wèn)題。
[0012] 另外，在專利文獻(xiàn)1中，焊接后熱處理（PWHT)條件是700°C X26h，為低溫?短時(shí) 間，另外，蠕變?cè)囼?yàn)條件是538°C /207MPa，為低溫?低應(yīng)力，因此沒(méi)有以當(dāng)前的市場(chǎng)要求為 基準(zhǔn)。在專利文獻(xiàn)2中，PWHT條件是740°C X lh，保持溫度為高溫，而另一方面，保持時(shí)間 短，另外，蠕變?cè)囼?yàn)條件是600°C /140MPa，哪一個(gè)試驗(yàn)條件都沒(méi)有依據(jù)當(dāng)前的市場(chǎng)要求。在 專利文獻(xiàn)3中，PWHT條件是690°C X lh，保持溫度為低溫，保持時(shí)間也短，另外，蠕變?cè)囼?yàn)條 件是600°C /140MPa，哪個(gè)試驗(yàn)條件都沒(méi)有依據(jù)當(dāng)前的市場(chǎng)要求。
[0013] 而且，作為如此用于使Cr-Mo鋼焊接金屬的蠕變斷裂強(qiáng)度上升的現(xiàn)有技術(shù)，采用 的方法是，在作為主要成分的Cr-Mo系中附加性地添加 V、Nb、Ta、W這樣的強(qiáng)碳化物形成元 素和Co等的固溶強(qiáng)化元素。但是，這會(huì)招致沖擊韌性的劣化、硬度的上升帶來(lái)的耐裂紋性 的劣化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明鑒于這樣的問(wèn)題點(diǎn)而形成，其課題在于，提供一種涂藥焊條，其可使優(yōu)異的 蠕變性能，和作為與之相隨的諸性能的韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋性及焊接操作性并 立。
[0015] 本發(fā)明者們銳意研宄的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)以下的事項(xiàng)。
[0016] 在具有優(yōu)異的蠕變強(qiáng)度，且韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋性優(yōu)異的 2. 25Cr-lM〇-V鋼熔敷金屬的形成時(shí)，作為其蠕變性能的改善手段，本發(fā)明者們得出（1)碳 化物的析出形態(tài)控制和（2)顯微組織控制這樣的立意。
[0017] 2. 25Cr-lM〇-V鋼和其熔敷金屬的顯微組織是貝氏體主體，其蠕變變形特性被認(rèn)為 主要占支配性的是位錯(cuò)的蠕變擴(kuò)散，和舊γ晶界和晶粒內(nèi)的貝氏體板條塊·板條束?板條 邊界的滑移。對(duì)于前者的抑制有效的是，使阻礙位錯(cuò)的蠕變擴(kuò)散的微細(xì)的碳化物向晶粒內(nèi) 分散析出。另一方面，對(duì)于后者的抑制有效的是，阻礙舊γ晶界的滑移的碳化物的分散析 出，和滑移點(diǎn)的減少，即顯微組織的粗大化。
[0018] 對(duì)于前述的（1)的實(shí)現(xiàn)，有效的是添加在晶粒內(nèi)優(yōu)先地形成微細(xì)的碳化物的合金 元素，在本申請(qǐng)中著眼于C和V。這些合金元素可以從構(gòu)成涂藥焊條的焊條芯和涂藥的任意 一方添加，也可以從這兩方添加。
[0019] 對(duì)于前述的（2)的實(shí)現(xiàn)，有效的是添加在舊γ晶界優(yōu)先地形成碳化物而阻礙滑 移的合金元素，和添加使淬火性降低的合金元素，或減少使淬火性增加的合金元素，本申請(qǐng) 中著眼于Cr和Μη。特別是發(fā)現(xiàn)通過(guò)適度減少Cr，從而促進(jìn)熱處理時(shí)的微細(xì)的碳化物向晶 粒內(nèi)的析出，則能夠得到利用該微細(xì)的碳化物的釘扎效應(yīng)而抑制蠕變位錯(cuò)的擴(kuò)散這樣的效 果。這些合金元素的添加方法與上一項(xiàng)同樣。
[0020] 在現(xiàn)有技術(shù)中，如本申請(qǐng)這樣，作為高強(qiáng)度2. 25Cr-lM〇-V鋼用的熔敷金屬，在Cr 低的范圍內(nèi)，蠕變斷裂強(qiáng)度飛躍性地改善，即，將合金元素抑制得低，則可改善蠕變斷裂強(qiáng) 度這樣的認(rèn)知完全沒(méi)有揭示。
[0021] 此外，在現(xiàn)有技術(shù)中構(gòu)成的任意一種焊接材料，關(guān)于蠕變特性都是指"PWHT條件： 705°C X32h，蠕變斷裂試驗(yàn)條件：540°C /210MPa"，至今都沒(méi)有看到類似的能夠滿足極度接 近的市場(chǎng)要求的材料。
[0022] 本發(fā)明的涂藥焊條，其特征在于，以涂藥焊條總質(zhì)量計(jì)，涂藥中，含有金屬碳酸鹽 以CO2換算值計(jì)為5~10質(zhì)量％，含有堿金屬氧化物以堿金屬換算值計(jì)為0. 4~2. 0質(zhì) 量％，含有氟化合物以F換算值計(jì)為I. 0~5. 0質(zhì)量％，以涂藥焊條的焊條芯和涂藥的任意 一方或兩方的合計(jì)計(jì)，涂藥焊條總質(zhì)量中，含有C :0.04~0. 15質(zhì)量％、Si :1. 0~1.5質(zhì) 量％、Mn :0· 7 ~L 2 質(zhì)量％、Cr :1· 3 ~L 9 質(zhì)量％、Mo :0· 5 ~I. 0 質(zhì)量％、V :0· 3 ~0· 5 質(zhì)量％、Nb :0· 02 ~0· 06 質(zhì)量％、B :0· 005 ~0· 015 質(zhì)量％、Mg :0· 05 ~0· 15 質(zhì)量％、Fe : 60~75質(zhì)量％，作為不可避免的雜質(zhì)，Cu、Ni、Ti、Al、Ta、Co和W的總和為0. 10質(zhì)量％以 下，S、Sn、As、Sb、Pb和Bi的總和為0. 10質(zhì)量％以下。
[0023] 根據(jù)這一構(gòu)成，涂藥焊條在涂藥中以規(guī)定量含有金屬碳酸鹽，由此焊縫得到保護(hù)， 并且電弧氣氛中的氫分壓下降，熔敷金屬中的擴(kuò)散性氫量減少。另外，通過(guò)在涂藥中以規(guī)定 量含有堿金屬氧化物，從而賦予涂藥焊條以良好的焊接操作性。另外，通過(guò)在涂藥中以規(guī)定 量含有氟化合物，不會(huì)使焊道形狀惡化，氟化合物作為熔渣形成劑發(fā)揮作用。
[0024] 此外，關(guān)于涂藥焊條，通過(guò)在涂藥焊條的焊條芯和涂藥的任意一方或兩方以規(guī)定 量含有規(guī)定的成分，焊接金屬的蠕變斷裂性能、韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋性和焊接操 作性提高。還有，所謂焊接操作性，是基于電弧穩(wěn)定性、飛濺發(fā)生量、熔渣剝離性、焊道融合 性、焊道外觀等的觀點(diǎn)。
[0025] 本發(fā)明的涂藥焊條，優(yōu)選以涂藥焊條的焊條芯和涂藥的任意一方或兩方的合計(jì) 計(jì)，在涂藥焊條總質(zhì)量中，含有C :0.05~0. 10質(zhì)量％、Si :1. 0~1.3質(zhì)量％、Mn :0.8~ 1. 2 質(zhì)量％、Cr :1· 3 ~L 9 質(zhì)量％、Mo :0· 5 ~I. 0 質(zhì)量％、V :0· 3 ~0· 5 質(zhì)量％、Nb :0· 02 ~ 〇· 06 質(zhì)量％、B :0· 005 ~0· 015 質(zhì)量％、Mg :0· 05 ~0· 10 質(zhì)量％、Fe :60 ~75 質(zhì)量％，作 為不可避免的雜質(zhì)，Cu、Ni、Ti、Al、Ta、Co和W的總和在0. 10質(zhì)量％以下，S、Sn、As、Sb、Pb 和Bi的總和在0. 10質(zhì)量％以下。
[0026] 根據(jù)這一構(gòu)成，進(jìn)一步限定涂藥焊條的焊條芯和涂藥的任意一方或兩方所含有的 成分范圍，容易進(jìn)一步提高焊接金屬的蠕變斷裂性能、韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋性和 焊接操作性。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的涂藥焊條，能夠得到蠕變斷裂性能、韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋 性優(yōu)異的焊接金屬。另外，根據(jù)本發(fā)明的涂藥焊條，焊接操作性優(yōu)異。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖IA是表示用于本發(fā)明的實(shí)施例的焊接試驗(yàn)體的坡口形狀的模式圖。
[0029] 圖IB是表示用于本發(fā)明的實(shí)施例的焊接試驗(yàn)體的坡口形狀的模式圖。
[0030] 圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例的PWHT條件的圖解。
[0031] 圖3是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的步冷處理?xiàng)l件的圖解。
[0032] 圖4A是用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的耐SR裂紋性的評(píng)價(jià)中使用的試驗(yàn)片進(jìn)行說(shuō)明的 模式圖。
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