[发明专利]一种耐空泡腐蚀的表面堆焊焊接材料

说明书

技术领域

本发明属于新型焊接材料领域，主要用于制备耐空泡腐蚀的表面堆焊材料， 采用本堆焊材料可以有效提高耐空泡腐蚀合金工件的使用寿命，降低维护成本。

背景技术

空泡腐蚀是发生在水轮机、螺旋桨、水泵等流体设备上的腐蚀行为。它直接 导致了材料表面裂纹的产生，缩短了流体设备的使用寿命。因此有必要找出一条 切实可行的途径来解决我国水轮机、螺旋桨等流体设备中的空泡腐蚀。国内外相 应的开发了耐空泡腐蚀材料。目前国际上主要采用的耐空泡腐蚀材料是新型不锈 钢、钴基或镍基合金等。新型耐空泡腐蚀不锈钢中除了传统的Cr、Ni外，还普 遍含有Co、Mo、Mn甚至Ti等公认的耐空泡腐蚀金属元素。而且新型耐空泡腐 蚀材料的相组成和微观结构也对空泡腐蚀性能起着很大的作用。与传统的碳素钢 和不锈钢相比，由新型耐空泡腐蚀合金制备的工件的使用寿命大大提高，但耐空 泡腐蚀不锈钢、钴基合金或镍基合金的生产成本相当高。

将耐空泡腐蚀不锈钢、钴基合金或镍基合金制备成耐空泡腐蚀堆焊焊丝，然 后在传统材料上堆焊则不失为一项有效的途径。此技术的实用意义在于：

(1)不需整体采用耐空泡腐蚀材料，大量节约材料，减少成本；

(2)针对我国现状，堆焊耐空泡腐蚀材料比更换耐空泡腐蚀设备更加经济 和迅速；

(3)维修方便，适用于不易更换的大型流体设备，如水轮机；

(4)作为船体堆焊材料，提高了舰船的机动性和战斗力。

随着表面堆焊工艺的迅速发展，工业上应用较广的是耐磨耐腐蚀材料的堆 焊。但是至今没有耐空泡腐蚀表面堆焊材料的开发与应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种成分设计简单、使用方便的表面堆焊材料，工件经 过表面堆焊后，耐空泡腐蚀性能及使用寿命大大提高，维护成本也随之降低。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种耐空泡腐蚀的表面堆焊焊接材 料，其特征在于该堆焊材料的具体化学成分质量百分比为：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％；余量为Fe。

本发明中堆焊材料化学成分范围的确定依据及原因如下：为保证工件在表面 堆焊后，既有足够的耐空泡腐蚀性还有其他优良的力学性能，在降低含碳量的同 时，堆焊材料中添加的合金元素主要有三大类：一类是提高堆焊层耐蚀性的Cr、 Co元素；一类是在堆焊层能形成沉淀强化相的Mo、Ti等；还有一类是平衡组 织保证堆焊层中不出现或控制出现δ-铁素体的元素如Ni、Mn等。

必须严格控制堆焊材料中的含碳量。随着堆焊层中碳含量的增加，堆焊层的 强度、硬度增加，耐腐蚀性、韧性降低，马氏体转变温度也将明显降低。当堆焊 层中的含碳量低于0.02％时，不能获得良好的时效硬化效果。另外，含碳量高于 0.06％将会损失韧性和延性，考虑到堆焊时温度高，且高温停留时间长，碳元素 会发生烧损等问题，应将堆焊材料中含碳量控制在0.10％以下。

铬是铁素体稳定化元素，是提高堆焊层抗腐蚀性的基本元素，也是耐空泡腐 蚀堆焊材料的主要添加元素。它固溶于铁中可以提高钝化能力，并赋予良好的耐 腐蚀性。在堆焊层中铬含量为12％时，引起耐腐蚀性突变，有助于提高在大气中、 高温H₂S中以及在氧化性介质中的耐蚀性。在酸性水溶液中，堆焊层中含铬量 在17％～18％时，能在堆焊层表面生成一层铬的氧化物保护膜，提高耐腐蚀性。 但是，铬含量过高，将显著增加淬火、回火条件下的稳定铁素体含量，降低堆焊 层的硬度和抗拉强度，并将显著降低马氏体转变温度。因此，堆焊材料中将铬含 量控制在12～25％之间。

钴是人们发现的最耐腐蚀的金属。它的堆垛层错能(SFE)非常低，大约为 0.02J/m²，部分位错的平衡间距是35个原子距离，低SFE是提高耐空泡腐蚀性 能的一个重要因素。将Co加入堆焊材料中，可以提高回火稳定性，并且有固溶 强化效果。但钴的价格昂贵，在堆焊层材料中将其含量控制在1.0～2.0％。