焊接方法、填焊金属组合物和由此制得的制品技术

一种填焊金属合金组合物和一种将不锈钢部件焊接成最终组合件的方法，所述方法包括如下步骤：在１８００°Ｆ～２０００°Ｆ的温度下对要焊接的不锈钢部件进行奥氏体化；运用常规电弧焊技术使用所述填焊金属合金的实心焊丝进行焊接，所述合金以重量百分数计，含有最高为０．０２％的碳、最高为０．８％的锰、最高为０．０２％的磷、最高为０．０１５％的硫、最高为０．６％的硅、４．５～５．５％的镍、０．４～０．７％的钼、１０～１２．５％的铬、最高为０．１％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；在９３０°Ｆ～１３００°Ｆ的温度下将焊接好的组合件进行回火。之后还可以在１０９５°Ｆ～１１４５°Ｆ的温度下进行第二步回火。所述焊接方法可以用于制造压缩机叶轮（６）。所述压缩机叶轮部件包含１３Ｃｒ－４Ｎｉ不锈钢。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于连接不锈钢部件的焊接方法和填焊材料，具体涉及一种能形成在石化工业环境中具有高耐腐蚀性并具有高机械性能如拉伸强度和低温韧性的光洁焊接金属的焊接方法和填焊材料。
技术介绍
不锈钢经常是使用具有和不锈钢基底基本相同化学组成的焊条或焊丝形式的填焊金属进行焊接。由于所连接的基底金属的类型，这样做时会出现焊接金属的机械性能和耐腐蚀性降低等问题。当焊接组合件用于如石化工业中出现的、存在硫化氢暴露问题的腐蚀环境中时会特别麻烦。这种暴露会导致过度的腐蚀，尤其在焊接金属上。过度的腐蚀会最终导致焊接部位过早失效。对于那些要经受高剪切应力的焊接组合件，如用于压缩机中的叶轮，焊接金属机械性能的降低和过度腐蚀不仅会导致焊接部位失效，而且也会损坏压缩机的其他部件。例如所述叶轮也必须在极端的温度条件如在冬季的阿拉斯加或北海油田中常遇到的极其寒冷的环境下仍能保持它们的性质。焊接不锈钢用的填焊金属合金通常由铁和其他各种合金元素制成，一般包含(1)碳，过量的碳会以碳化物形式沉淀并消耗铬和其他功能性合金元素，降低它们的有效含量，(2)硅，虽然是用作还原剂的有用元素，但是对焊接金属的韧性却是有害的。具体是硅含量超过1重量％时，会加速金属间化合物例如σ相的产生，并降低焊接金属的耐腐蚀性和韧性，(3)锰，是一种有效的还原性元素并可以提高焊接金属中氮的溶解性。锰含量超过1.5重量％时会降低焊接金属的耐腐蚀性和韧性，(4)磷，是不可避免地从炼铁原料中带来的，作为杂质保留在所得铁合金中。应尽可能地降低磷的含量。超过0.04重量％的磷含量会降低耐点蚀性和韧性，并会增大对高温脆裂的敏感性，(5)硫，类似于磷，也是不可避免地由炼铁原料引入的，作为杂质保留在所得铁合金中。超过0.02重量％的硫会降低其耐点蚀性和韧性，并会增大对高温脆裂的敏感性，(6)镍，是奥氏体稳定元素，会抑制焊接金属中铁素体相的形成，(7)铬，是为确保不锈钢具有足够耐腐蚀性所必需的。过多的铬会促进金属间化合物如σ相的形成，很大程度地降低钢铁的韧性。(8)钼，是提高焊接金属耐点蚀性的元素。但它也会促进σ相的沉淀。故适量的钼能提高焊接金属的耐点蚀性，同时又不会促进σ相的沉淀，(9)铜，能提高耐腐蚀性，尤其是耐硫酸腐蚀。但是铜会降低焊接金属的韧性。Murata等人的美国专利No.6,042,782揭示了一种用于自耗性或非自耗性电极不锈钢焊接的，能形成具有优良耐腐蚀性和机械性能的焊接金属。所述焊接材料是含有铁壳和被铁壳包封填焊材料的复合焊丝。Ishikawa等人的美国专利No.5,556,561揭示了一种在奥氏体不锈钢和铁素体钢之间形成焊接的方法。此方法可以形成具有高耐腐蚀性和高机械性能如拉伸强度和韧性的光洁焊接金属。优选采用坚韧的、耐腐蚀的马氏体不锈钢合金，如13Cr-4Ni不锈钢，用作叶轮，如在低温石化工业环境中使用的压缩机上所用的叶轮。但是可商业购入的已有技术的填焊金属不能提供在恶劣环境中所需的耐腐蚀性和极低温度下所需的强度。因此，需要研制一种能焊接坚韧且耐腐蚀的不锈钢部件如13Cr-4Ni合金的组合件，用于如压缩机用的叶轮上，并能在腐蚀或极低温度环境下仍保持其性能的方法和焊料。
技术实现思路
本专利技术涉及一种能用作填焊金属，能将不锈钢部件尤其是13Cr-4Ni型不锈钢部件焊接成最终组合件的金属合金。此焊接用的填焊金属合金以重量百分数计含有最高为0.02％的碳、最高为0.8％的锰、最高为0.02％的磷、最高为0.015％的硫、最高为0.6％的硅、4.5～5.5％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.5％的铬、最高为0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质。填焊金属合金以重量百分数计更适宜含有0.0001～0.02％的碳、0.0001～0.8％的锰、0.0001～0.02％的磷、0.0001～0.015％的硫、0.0001～0.06％的硅、4.5～5.5％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12％的铬、0.0001～0.01％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质。本专利技术还涉及一种焊接不锈钢部件的方法，所述方法包括如下步骤(a)提供待焊的不锈钢部件，宜由13Cr-4Ni型不锈钢合金形成； (b)在1800°F～2000°F的温度下使要焊接的不锈钢部件成为奥氏体；(c)采用常规电弧焊接技术，使用填焊金属焊接所述奥氏体部件形成焊接组合件，所述填焊金属以重量百分数计，含有最高为0.02％宜为0.0001～0.02％的碳、最高为0.8％宜为0.0001～0.8％的锰、最高为0.02％宜为0.0001～0.02％的磷、最高为0.015％宜为0.0001～0.015％的硫、最高为0.6％宜为0.0001～0.6％的硅、4.5～5.5％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.5％的铬、最高为0.1％宜为0.0001～0.01％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质；(d)在930°F～1300°F的温度下将焊接好的组合件回火。本专利技术方法的具体实施方式中，用上述填焊金属合金焊接制造一种压缩机的叶轮，其中叶轮部件是不锈钢，较宜是13Cr-4Ni型不锈钢。本专利技术还涉及一种用本专利技术的填焊金属焊接的不锈钢部件制造具有改进机械性能和耐腐蚀性能的可用于低温、石化工业的压缩机叶轮。本专利技术的优点将在所述的优选实施方式和附图中加以阐明，图中相同的数字代表相同的部件。附图说明图1是本专利技术制造的不锈钢叶轮的局部片段侧视图；图2是沿图1中线II-II截取的叶轮片的截面图。具体实施例方式本专利技术提供一种独特的、在焊接不锈钢尤其是马氏体不锈钢部件时用作填焊金属的金属合金组合物。由位于瑞典的ESAB和位于美国新泽西州的TECHALLOY公司购得的填焊金属进行了试验评价。其中没有一种填焊金属能产生具有压缩机叶轮所需硬度等级或者低温性能的焊缝。为了克服此问题，研制了可用于焊接不锈钢部件的优选填焊金属合金。所述填焊金属合金尤其能和优选的基底金属即马氏体不锈钢以及尤其优选的13Cr-4Ni型不锈钢基底金属相容合。所述填焊金属合金具有和13Cr-4Ni不锈钢类似的化学组成。填焊金属的优选组成根据所使用的焊接方法和所需焊条和焊丝类型的不同而变化。当使用气体保护钨极电弧焊(下文为“GTAW″)和埋弧焊(下文为”SAW″)技术，且填焊金属合金为实心焊条或实心焊丝的形式时，优选的填焊金属合金以重量百分数计含有最高为0.02％宜为0.0001～0.02％的碳、最高为0.6％宜为0.0001～0.6％的锰、最高为0.02％较适宜为0.0001～0.02％的磷、最高为0.015％宜为0.0001～0.015％的硫、最高为0.06％宜为0.0001～0.6％的硅、4.5～5.0％的镍、0.4～0.7％的钼、10～12.5％的铬、最高为0.1％宜为0.0001～0.1％的铜，余量基本上是铁和附带的杂质。当使用GTAW和SAW技术并且填焊金属合金为空心焊条或空心焊丝的形式时，优选的填焊金属合金以重量百分数计含有最高为0.02％或0.0001～0.02％的碳、最高为0.6％或0.0001～0.6％的锰、最高为0.015％或0.0001～0.015％的磷、最高为0.015％或0.0001～0.015％的硫、最高为0.3％或0.0001～0.3％的硅、4.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接用填焊金属合金组合物，所述组合物以重量百分数计，基本上含有： 最高为０．０２％的碳； 最高为０．８％的锰； 最高为０．０２％的磷； 最高为０．０１５％的硫； 最高为０．６％的硅； ４．５％～５．５％的镍； ０．４％～０．７％的钼； １０％～１２．５％的铬； 最高为０．１％的铜； 余量基本上是铁和附带的杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DK理查德，P道森，
申请(专利权)人：艾略特涡轮机械公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]