一种耐硫化氢腐蚀用钢的配套焊条 本发明适合于Cr含量1.0～3.5％的Cr-Mo和Cr-Mo-V低合金钢的焊接。
在石油化工炼油装置中，原油中的硫在炼制过程中产生的高温硫和低温湿硫化氢的腐蚀，对装置中压力容器的安全运行构成了极大的危害。而在湿硫化氢的应力腐蚀和均匀腐蚀的双重作用下，一直没有很好的经济耐用的材料可以选用。中国专利ZL99116658.2“一种耐硫化氢腐蚀的稀土钢换热器”及ZL01114359.2“耐硫化氢腐蚀的低合金稀土钢”，上述专利中所述的材料为一种低合金的07～09Cr2AlMoRE稀土合金钢。其中涉及到板材、管材、锻件等品种。这种稀土合金钢经工业实施后，具有良好的耐硫化氢腐蚀性能。由于该材料为一种全新的钢种，焊接材料并不配套。在该技术开发之前，国内在对2.25Cr-1Mo、12Cr2AlMoV、12Cr1MoV钢焊接材料的选用上，一般均选用R317、R307珠光体耐热焊条。而R317、R307焊条配方中没有涉及到母材成分中的Al和RE，其化学成分与07～09Cr2AlMoRE稀土合金钢相比具有较大差异。因此，R317焊条焊缝地硬度明显偏高，而塑性较低，焊条与母材相比并不配套。经专利检索，专利99117835.1“一种低Cr高Mn奥氏体钢手工电弧焊焊条的制备”中，实际Cr含量为5.5～7.5％，主要适合于1Cr5Mo中合金钢的焊接，并不适合于07～09Cr2AlMoRE低合金钢的焊接。
本发明的目的，就是要开发一种与07～09Cr2AlMoRE稀土合金钢完全配套的焊条，以完全适合于该钢在用作压力容器制造和安全使用方面的性能。本发明是通过如下方案实施的：
本发明的思路是利用与母材完全一致的焊芯，再外敷具有合理配方的药皮。
1.焊芯的化学成分如下(％)： C≤ Si Mn Cr Al Mo RE≤ S≤ P≤ 0.12 0.20～0.50 0.30～0.90 1.00～3.50 0.30～0.70 0.30～1.20 0.15 0.015 0.020
按上述化学成分冶炼的低合金钢轧制成坯料，再拉拔成不同规格的焊芯。
2.药皮的主要构成如下：
大理石35～55％、萤石10～25％、石英3～10％、金属锰0.5～3.5％、镍粉≤4％、镁粉≤8％、
铝镁合金0.5～5.5％、铁粉10～30％、金红石≤5％、稀土硅≤3％、钠水玻璃粉0.5～3.5％、
纯碱≤3％。
本技术方案的药皮为低氢型碱性药皮。由于本技术所用焊芯的化学成分完全与母材相同，故焊缝金属中的化学成分基本与母材一致，仅有Al在焊接的过程中有烧损的情况，但Al在焊接的过程中具有脱氧和细化晶粒的作用，尽管有烧损的情况，但它所起的作用有很明显的效果。稀土在焊接后也有所减少，但稀土在焊接时实际上起到了很重要的作用，它可以进一步脱硫和脱氧，达到纯净焊缝钢质的效果，大幅度提高焊缝的冲击韧性。
实施例为：
①.焊芯的化学成分(％)： C≤ Si Mn Cr Al Mo RE≤ S≤ P≤ 0.10 0.20～0.50 0.30～0.90 1.80～2.50 0.30～0.70 0.30～0.60 0.15 0.015 0.020
②.药皮构成：
大理石40～50％、萤石18～25％、石英4～9％、电解锰1.0～2.5％、镍粉≤2.0％、
镁粉2.0～4.5％、铝镁合金1.0～3.5％、铁粉12～19％、金红石≤2％、稀土硅≤0.5％、
钠水玻璃粉1.0～3.5％、纯碱≤1.0％.
焊芯用上述化学成分的钢坯拉拔成不同规格的焊丝，按长度剪切后，外敷实施例中②所述的药皮。
本发明的实施例经工业试验，各种工艺性能良好。本发明实施例的焊条与R317珠光体Cr-Mo-V焊条，在同等条件下用07Cr2AlMoRE钢板材做工业焊接试板时，本发明实施例焊接接头的各种性能优势明显。这两种焊条的焊接性能比较如下：
1.抗冷裂纹性能比较
用本发明实施例的焊条，焊接接头经100℃以上预热均无冷裂纹产生，具有很好的抗冷裂纹的能力。而选配焊接材料为R317焊条，由于熔敷金属中的V含量较高(0.1～0.35％)，因而其焊接的冷裂纹倾向较大，在预热150～200℃时仍有冷裂纹产生。
2.焊缝及热影响区最高硬度比较
用本发明实施例的焊条，预热温度为100℃和200℃焊接时，焊接热影响区最高硬度分别为HV250和HV253。而用R317焊条焊接时的最高硬度为HV286和HV288。本发明实施例的焊条与R317焊条相比，焊接最高硬度降低较大。硬度的降低将直接减缓焊接接头的拘束应力，并提高焊接接头的耐硫化氢应力腐蚀能力。
3.焊接接头SR态无塑性转变温度NDTT(℃)
用本发明实施例的焊条，焊缝经SR回火热处理后落锤试验的无塑性转变温度结果(NDTT℃)为-70℃。而R317焊条的焊缝经热处理后，落锤试验的无塑性转变温度结果(NDTT℃)仅为-15℃。
4.焊缝和热影响区的冲击韧性比较 焊缝金属Akv(J) 热影响区Akv(J) 单个值 平均值 单个值 平均值本发明的焊条 147，178，139 155 263，250，233 249R317焊条 87，98，81 88 113，122，165 133
本发明实施例的焊条与R317焊条相比，焊缝金属和热影响区冲击韧性的实测指标存在明显优势，焊缝金属和热影响区分别比R317提高76％和87％。冲击韧性的提高，能较大幅度的改善焊接接头的冷加工性能，以及可以较大幅度提高焊接接头的耐硫化氢应力腐蚀能力。
5.耐硫化氢应力腐蚀性能试验
07～09Cr2AlMoRE稀土合金钢用R317焊条焊接的焊接接头，在硫化氢应力腐蚀试验中的抗硫化氢应力腐蚀的恒载荷临界断裂指数σth＝0.70σs；而07～09Cr2AlMoRE稀土合金钢用本发明实施例的焊条所焊接的焊接接头的恒载荷临界断裂指数σth≥0.75σs。
本技术方案所用的焊条，主要适用于耐硫化氢应力腐蚀的07～09Cr2AlMoRE低合金稀土钢材料的焊接，也可以用于Cr含量为1.0～3.5％的Cr-Mo和Cr-Mo-V低合金钢的焊接。其焊接性能优于普通R317和R307的焊条。本技术方案焊条的制造方法简单，加工工艺流程和普通H08A焊芯焊条的加工方法一样，没有特殊困难。本技术方案的焊条，与其配套的低合金稀土钢材料配合使用，也可以替代R317和R307珠光体耐热钢焊条使用，其市场前景广阔，易于推广实施。可广泛应用于石油化工和电力等行业的压力容器、管道、工业炉及炉管的焊接。