一种耐空泡腐蚀的表面堆焊焊接材料

摘要

一种耐空泡腐蚀的表面堆焊焊接材料，属于新型焊接材料领域：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，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。

权利要求

1.一种耐空泡腐蚀的表面堆焊焊接材料，其特征在于：上述堆焊材料的化学成分按质量百分比计：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。

2.权利要求1所述的一种耐空泡腐蚀的表面堆焊焊接材料，其特征在于：化学成分按质量百分比计：C0.07％；Cr17％；Co1.5％；Mo1.8％；Ni7.0％；Mn0.8％；Si0.5％；P≤0.03％；

S≤0.03％；余量为Fe。

3.权利要求1所述的材料在传统材料上堆焊以防止空泡腐蚀的用途。

说明书

一种耐空泡腐蚀的表面堆焊焊接材料

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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：

[0004] (1)不需整体采用耐空泡腐蚀材料，大量节约材料，减少成本；

[0005] (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；

[0006] (3)维修方便，适用于不易更换的大型流体设备，如水轮机；

[0007] (4)作为船体堆焊材料，提高了舰船的机动性和战斗力。

[0008] 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

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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/2
m，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％。

[0015] 钼的加入可以增加回火稳定性和强化二次硬化效应。钼合金化形成的细小密排立方M2X相，增加二次硬化效应，并具有极高的稳定性，有利于改善堆焊层的耐蚀性和低温力学性能。在钼含量为2％左右时，堆焊层具有较高的硬度，但过高的钼将促进δ-铁素体的形成，反而带来不利影响。因此，钼含量的优选范围应在1.5％～2.5％之间。

[0016] 镍是奥氏体形成元素，可降低堆焊层中δ-铁素体含量，在所有合金元素中效果最好，可以改善表面堆焊层在还原介质中的耐蚀性和耐空泡腐蚀性能以及在流动的含泥沙的水中的耐磨蚀性能。适当提高堆焊层中镍含量，还可有效提高堆焊层的可淬性和淬透性，促进马氏体转变，提高表面堆焊层的钝化倾向，保证淬火后得到全马氏体组织。为了尽可能降低堆焊层中δ-铁素体含量，堆焊材料中镍含量应在6.0％～8.0％之间。

[0017] 锰是比较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈的稳定奥氏体的作用，同时是有效的脱氧和脱硫剂。适当控制锰含量，可以降低堆焊层中δ-铁素体含量，同时强度有所提高。这里将其含量控制在0.5～1.0％之间。

[0018] 硅是强δ-铁素体形成元素，同时也是主要的脱氧元素。因此，应控制堆焊层中有适量的硅，满足脱氧要求即可。如果堆焊层中硅含量过高，钢中δ-铁素体含量将增加，马氏体转变温度降低，恶化堆焊层的耐空泡腐蚀性。为了获得好的脱氧效果而不损害耐空泡腐蚀性，其含量为0.3～0.8％。

[0019] 硫、磷都是钢中的有害杂质。应尽量将S、P含量控制在0.03％以下。

[0020] 本发明可应用于MIG(熔化极氩弧焊)或TIG(钨极氩弧焊)表面焊接方法。

附图说明

[0021] 图1实施例1空泡腐蚀试样金相图

[0022] 图2实施例3空泡腐蚀试样金相图

具体实施方式

[0023] 本发明的实施例1：一种耐空泡腐蚀堆焊材料，其具体的化学成分为：C0.05％；Cr13％；Co1.0％；Mo1.5％；Ni6.0％；Mn0.5％；Si0.3％；P≤0.03％；S≤0.03％；余量为Fe。针对水轮机叶片常用材料1Cr18Ni9Ti进行表面堆焊。焊接前用金相砂纸对堆焊表面进行打磨，并用丙酮清洗，然后采用MIG进行表面焊接，其焊接参数：焊接电压U＝25.4V，焊接电流I＝200A，保护气流量为18L/min，焊接速度为5mm/s。表面堆焊后，采用JY98-IIIDN型超声波细胞粉碎机进行空泡腐蚀试验，振动频率为20kHz，介质采用蒸馏水，冷却水水温控制在21℃。对空泡腐蚀部位进行显微观察，结果显示：采用此成分的堆焊材料进行MIG表面焊接，堆焊层中空泡数量较少，但空泡尺寸大，如图1所示。

[0024] 本发明的实施例2：一种耐空泡腐蚀堆焊材料，其具体的化学成分为：C0.05％；Cr15％；Co1.2％；Mo1.5％；Ni6.5％；Mn0.5％；Si0.5％；P≤0.03％；S≤0.04％；余量为Fe。针对1Cr18Ni9Ti材料进行表面堆焊。焊接前对堆焊表面进行打磨，并用丙酮清洗，然后采用MIG进行表面焊接，焊接参数以及空泡腐蚀试验参数同实施1。对空泡腐蚀部位进行显微观察，结果显示：采用此成分的堆焊材料进行MIG表面焊接，堆焊层中空泡数量较少，空泡尺寸较实施例1小。

[0025] 本发明的实施例3：一种耐空泡腐蚀堆焊材料，其具体的化学成分为：C0.07％；Cr17％；Co1.5％；Mo1.8％；Ni7.0％；Mn0.8％；Si0.5％；P≤0.03％；S≤0.03％；余量为Fe。针对1Cr18Ni9Ti进行表面堆焊。焊接前对堆焊表面进行打磨，并用丙酮清洗，然后采用MIG进行表面焊接，焊接参数以及空泡腐蚀试验参数同实施1。对空泡腐蚀部位进行显微观察，结果显示：采用此成分的堆焊材料进行MIG表面焊接，堆焊层中空泡数量较少，同时尺寸也较小，如图2所示。

[0026] 本发明的实施例4：一种耐空泡腐蚀堆焊材料，其具体的化学成分为：C0.07％；Cr20％；Co1.7％；Mo2.0％；Ni7.5％；Mn0.8％；Si0.8％；P≤0.03％；S≤0.03％；余量为Fe。针对1Cr18Ni9Ti进行表面堆焊。焊接前对堆焊表面进行打磨，并用丙酮清洗，然后采用MIG进行表面焊接，焊接参数以及空泡腐蚀试验参数同实施1。对空泡腐蚀部位进行显微观察，结果显示：采用此成分的堆焊材料进行MIG表面焊接，堆焊层中空泡数量较实施例
3多，空泡尺寸较小。

[0027] 本发明的实施例5：一种耐空泡腐蚀堆焊材料，其具体的化学成分为：C0.10％；Cr25％；Co2.0％；Mo2.5％；Ni8.0％；Mn1.0％；Si0.8％；P≤0.03％；S≤0.03％；余量为Fe。针对1Cr18Ni9Ti进行表面堆焊。焊接前对堆焊表面进行打磨，并用丙酮清洗，然后采用MIG进行表面焊接，焊接参数以及空泡腐蚀试验参数同实施1。对空泡腐蚀部位进行显微观察，结果显示：采用此成分的堆焊材料进行MIG表面焊接，堆焊层中空泡数量较实施例
3多，空泡尺寸较小。

[0028] 采用本发明实施例堆焊材料能在传统材料上堆焊，并获得良好的耐空泡腐蚀性能，适宜各种需要耐空泡腐蚀的金属材料表面堆焊。