[发明专利]一种马氏体耐热钢的焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺，尤其是涉及一种马氏体耐热钢的焊接工艺。

背景技术

目前火电机组正在向着高参数大容量方向发展，蒸汽温度和压力进一步提高，为此开发了一些新型马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢。这些钢的合金元素含量较以前的锅炉用钢更高，焊接性能相比之下有所下降。最高蒸汽温度超过了600℃，蒸汽压力超过25MPa，而且还在不断升高，但这有赖于耐热钢的发展。目前应用于超临界锅炉的新型马氏体耐热钢有T/P91、T/P92即NF616、E911、T/P122即HCM12A等，其中多数材料依赖与进口，国内对这类材料的焊接性及焊接接头性能研究尚少。由于超临界机组的快速发展，超临界机组参数的进一步提升受到材料的限制，虽然目前ZG1Cr10MoVNbN内缸铸件可以国产化的生产，但生产ZG1Cr10MoVNbN内缸的制造厂并不多。

ZG1Cr10MoVNbN材质焊接工艺评定时强度、冲击韧性等指标均可满足母材的要求，国家电力行业标准DL/T868-2004《焊接工艺评定规程》中对此类材质焊缝的硬度要求为：焊缝和热影响区硬度不低于母材硬度值的90%，不高于母材布氏硬度值+100HB，且硬度小于350HB。但是目前的焊接工艺还不能达到标准要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺方法独特、保证马氏体耐热铸钢ZGZG1Cr10MoVNbN材质焊缝性能满足母材的性能要求、尤其可以保证焊缝的塑性指标延伸率也能够达到与母材同样的标准的一种马氏体耐热钢的焊接工艺。

为了实现发明目的，本发明通过如下方式实现：

一种马氏体耐热钢的焊接工艺，其特征是：该焊接工艺为选用AWS A5.5 E9015-B9等级的直径为4.0mm或5.0mm的焊条，焊接电流120-220A，电压15-25V，采用150~250℃的预热温度，200-350℃层间温度，焊接速度8-20cm/min.，整个焊接过程中温度保持在150-350℃之间，每道焊缝宽度控制在8-20mm，每层焊缝的厚度控制2-4mm，焊接完成后冷却至90-150℃时，保温1小时，使过冷奥氏体转变完全后再进行焊后热处理；

所述焊后热处理工艺为回火，是以40℃/h ～70℃/h的升温速度加热至710-760℃进行保温，保温6-12小时，然后以30～50℃/h的冷却速度缓慢冷却至200℃后出炉空冷；

所述焊后热处理工艺为正火，是以50～100℃/h的升温速度，加热到1030-1055℃，保温8小时后空冷至室温后，回火以40～70℃/h的升温速度加热至720-770℃，保温时间6-12小时后随炉缓慢冷却至小于200℃后出炉空冷；

所述较大电流焊接时增加焊接速度，使热输入为8-31kJ/cm；

所述焊材的化学成分为：C为0.08-0.13，Si≤0.30，Mn≤1.2，P≤0.01，S≤0.01，Cr8.0-10.5，Mo为0.85-1.20，Ni为0.45，V为0.15-0.30，N为0.02-0.07，Nb为0.02-0.07。

本发明有如下效果：

1）工艺方法独特：本发明提供得焊接工艺为选用AWS A5.5 E9015-B9等级的焊条，采用150~250℃的预热温度，200-350℃层间温度，焊接电流120-220A，电压15-25V，焊接速度8-20cm/min.，整个焊接过程中温度保持在150-350℃之间，每道焊缝宽度控制在8-20mm，每层焊缝的厚度控制2-4mm，焊接完成后冷却至90-150℃时，保温1小时，使过冷奥氏体转变完全后再进行焊后热处理；本发明提供的方法按照行业规范和标准进行焊材的选择，对于高合金钢材质按照等化学成分匹配的原则选择AWS A5.5 E9015-B9等级的焊材，保证焊缝金属的化学成分及机械性能与母材匹配，ZGZG1Cr10MoVNbN为马氏体型耐热钢。根据文献报道对于9-12%Cr材料的马氏体耐热钢焊接普遍存在的问题是焊缝金属的冲击韧性较差和靠近母材焊缝热影响区的软化问题，会造成工件再使用过程中发生破坏。本发明ZG1Cr10MoVNbN材质为了使焊接过程中减少脆化组织，主要采用提高预热温度的方法，最低预热温度大于200℃，以此降低焊接时焊缝的凝固冷却速度，并且严格控制焊接的道间温度，避免焊缝再高温下停留时间的过长导致组织粗大，从而影响焊缝的冲击韧性的下降，所以焊接过程控制道间温度小于300℃，并且合理控制各项焊接工艺参数。