巴西铌铁在含Nb不锈钢焊条中的应用研究.pdf

巴西铌铁在含Nb 不锈钢焊条中的应用研究 1、前言 在石油化工行业，设备的制造需要大量的347L(00Cr20Ni10Nb)等含Nb 不锈 钢焊条。Nb 在不锈钢焊接金属中主要作为稳定碳的元素，优先与碳结合成NbC ， 防止或减少M23C6 的析出，从而避免敏化态晶间腐蚀。含Nb 不锈钢焊条通常是 靠药皮中添加一定量的纯Nb 粉或Nb-Fe 合金来保证焊接金属的Nb 含量（也可 以以焊芯含Nb 的方式过渡Nb ）。添加纯Nb 粉时，焊条的成分容易调整，但纯 Nb 粉价格高，不利于降低成本。相比之下，若以Nb-Fe 合金为添加材料，虽然 其还含有C﹑Si 等杂质元素，给焊条成分的调整增加难度，但价格为纯Nb 粉1/3 左右，可大幅度降低产品成本，适应市场竞争。在完全满足焊条技术条件的情况 下，以Nb-Fe 合金代替纯Nb 是含Nb 不锈钢焊条生产的发展趋势。 本文以347L 焊条为对象，采用巴西Nb-Fe ﹑国产Nb-Fe 代替347L 焊条药皮 中的纯Nb 粉,通过焊条配方的反复调整，含巴西 Nb-Fe 的347L 焊条和含国产 Nb-Fe 的347L 焊条工艺性能良好，熔敷金属化学成分符合技术要求。在此基础 上，对分别含有巴西Nb-Fe ﹑国产Nb-Fe ﹑纯Nb 粉的347L 焊条进行了力学性能 和晶间腐蚀性能试验。通过试验对比，重点考察含巴西Nb-Fe 的347L 焊条的使 用可靠性，为巴西Nb-Fe 合金在焊接材料生产中的推广使用奠定基础。 2 、试验材料及方法 母材采用不锈钢 0Cr18Ni9Ti,每副板加工成V 型坡口，供试材料为分别含有 巴西Nb-Fe （1#）﹑国产Nb-Fe （2# ）和纯Nb （3# ）的347L 焊条。使用NA-5 型焊机直流反接对焊，焊接工艺参数见表1。 3、试验结果分析 ① 焊条熔敷金属化学成分都符合技术要求（Nb 含量符合不少于8*C%的要 求）。 以巴西Nb-Fe 代替纯Nb 后，焊条熔敷金属的S﹑P 含量并未增加。 根据舍夫勒图，计算使用巴西Nb-Fe 的1#焊条熔敷金属铁素体含量，为 6.5%，符合铁素体含量在3%-12%的要求。 ② 力学试验结果 三种焊条的焊缝金属机械性能试验结果示于表 2 ，力学性能数据指出， 含巴西Nb-Fe 的1#试样拉伸强度﹑塑韧性都符合技术条件要求。综合机械性 能与含国产Nb-Fe 或纯Nb 的2# ﹑3#相近。表明，以巴西Nb-Fe 代替纯Nb 的347L 焊条机械性能良好，完全符合力学指标要求。 力学性能数据指出，含巴西Nb-Fe 的1#试样拉伸强度﹑塑韧性都符合技 术条件要求。综合机械性能与含国产Nb-Fe 或纯Nb 的2# ﹑3#相近。表明， 以巴西Nb-Fe 代替纯Nb 的347L 焊条机械性能良好，完全符合力学指标要 求。 ③ 晶间腐蚀试验 o 采用 T 法进行晶间腐蚀试验。试验片腐蚀后焊缝部位弯曲 90 ，然后在 10 倍的放大镜下观察是否有晶间腐蚀裂纹产生。结果表明，以巴西 Nb-Fe 代替纯Nb 能够完全保证347L 焊条的焊缝金属具有优良的抗晶间腐蚀性能。 ④ 金相组织观察 1#-3#焊条焊接金属的金相显微组织均属奥氏体基体上存在少量的铁素 体可降低焊接热裂纹产生倾向，并对提高抗晶间腐蚀性能有利。以巴西Nb-Fe 合金代替焊条药皮中的纯Nb 粉未给焊接金属的组织结构﹑形态带来变化。 （4 ） 成本核算 在涂制347L 焊条时，1#焊条加入3.8%的巴西Nb-Fe （纯度为66% ），3# 焊条加入2.7% 的纯Nb 粉（纯度为99.5% ），按表3 的原材料价格计算，生 产1 吨347L 焊条用巴西铌铁代替纯铌可降低成本6746 元。随着成本降低， 产品价格也相应降低。见表3 。 （5 ） 结论 ① 巴西 Nb-Fe 的 1#焊条稳弧性好，脱渣容易，焊接飞溅小，工艺性 能良好。 ② 以巴西Nb-Fe 代替纯Nb 后，347L 焊条熔敷金属中杂质元素S﹑P 并 未增加，所有元素含量都在要求范围内。 ③ 力学性能和晶间腐蚀性能测试表明，含巴西Nb-Fe 的347L 焊条焊接 金属强度高，塑韧性好，抗晶间腐蚀性能优良，全部达到技术指标