A387 Gr11 CL2钢焊接材料及其使用方法

摘要

本发明提供一种A387 Gr11 CL2钢焊接材料，通过调整熔敷金属成分中碳、硅、锰、铬、钼、镍的配比，限制硫、磷含量，从而将所述焊接材料用于制备A387 Gr11 CL2钢的热成形管件及适当热处理后，仍具有较好的力学性能，从而本发明所述焊接材料通过调节碳、硅、锰、铬、钼、镍含量配比，能够有效提升用于制备A387 Gr11 CL2钢的热成形管件焊接接头的力学性能，本发明所焊接材料能够适用于A387 Gr11 CL2钢的热成形管件的制造，热成形+热处理后管件焊接接头的抗拉强度为550～690MPa，屈服强度大于460MPa，断后伸长率大于34％，室温冲击大于47J。

说明书

技术领域

本发明涉及一种A387 Gr11 CL2钢焊接材料及其使用方法，属于焊接材料的技术领域。

背景技术

A387 Gr11 CL2钢属于1.25Cr-0.5Mo低合金钢，正常条件下可选用现有市场中常规焊接材料用于焊接接头。当选用常规1.25Cr-0.5Mo型焊接材料进行焊接+正火空冷+回火处理，形成焊接接头的室温力学性能不能满足A387Gr11 CL2钢的要求。选用2.25Cr-1 Mo型焊接材料进行焊接+正火空冷+回火处理后，形成焊接接头的室温力学性能虽然能满足A387 Gr11 CL2钢的要求，但成分与母材有较大差别。无证据表明选用常规1.25Cr-0.5Mo型焊接材、2.25Cr-1 Mo型焊接材料进行焊接+热成形(一次或多次加热)+正火空冷+回火处理后，形成焊接接头的室温力学性能能满足A387 Gr11 CL2钢的要求。

然而，当实际工程中需要使用A387 Gr11 CL2钢卷管制作弯头、三通、异径管等热成形管件，或者需要使用A387 Gr11 CL2钢拼接制作热成形封头时，由于常规焊接材料需要在进行焊接后先经热成形再进行正火空冷+回火处理，从而导致最终形成焊接接头的力学性能并不能满足A387 Gr11 CL2钢的要求。因此，适用于A387 Gr11 CL2钢的热成形管件制造的专用焊接材料的研制开发，具有现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的焊接材料在焊接后先经热成形再进行正火+回火处理，将导致最终形成焊接接头的力学性能不能满足A387 Gr11 CL2钢的要求或成分与母材有较大差别，从而提出一种适用于A387 Gr11 CL2钢的热成形管件制造的专用焊接材料及其使用方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种A387 Gr11 CL2钢焊接材料，其特征在于，所述焊接材料的熔敷金属化学成分按重量百分比计包括：

碳0.11-0.16％、锰0.5-0.8％、硫0-0.010％、磷0-0.015％、硅0.25-0.40％、铬1.3-1.5％、钼0.50-0.70％、镍0.20-0.30％，以及余量的铁。

所述焊接材料的熔敷金属化学成分按重量百分比计包括：碳0.14-0.16％、锰0.60-0.80％、硫0-0.005％、磷0-0.005％、硅0.30-0.40％、铬1.40-1.50％、钼0.60-0.70％、镍0.25-0.30％，以及余量的铁。

所述焊接材料是焊条、实心焊丝、药芯焊丝或焊带。

所述的A387 Gr11 CL2钢焊接材料的使用方法，其依次包括：

(1)对所述焊接材料进行焊接，形成焊接接头；

(2)对步骤(1)所述焊接接头进行热成形处理；

(3)对步骤(2)热成形处理后的焊接接头进行正火或淬火；

(4)对步骤(3)正火或淬火处理后的焊接接头进行回火。

步骤(3)中，进行所述正火或淬火，保温到时后还进行冷却处理。

所述正火处理的冷却方式为空冷或风冷。

所述淬火处理的冷却方式为雾冷或水冷。

所述正火处理的温度为900-920℃，所述淬火处理的温度为880-920℃。

所述回火处理的温度为690-710℃。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的A387 Gr11 CL2钢焊接材料，通过调整熔敷金属成分中碳、硅、锰、铬、钼、镍的配比，限制硫、磷含量，从而将所述焊接材料用于制备A387 Gr11 CL2钢的热成形管件及适当热处理后，仍具有较好的力学性能，这是由于研究证明，较高的碳含量能有效避免多次热成形处理过程的脱碳行为，并且较高的碳、锰、铬、钼组分含量及合理匹配有利于保证强度，适当的镍组分含量能改善韧性，从而本发明所述焊接材料通过调节碳、硅、锰、铬、钼、镍配比，能够有效提升用于制备A387 Gr11 CL2钢的热成形管件的力学性能，较之现有技术中的1.25Cr-0.5Mo焊接材料在焊接后先经热成形再进行正火空冷+回火处理，将导致最终形成焊接接头的力学性能不能满足A387 Gr11 CL2钢的要求，本发明所焊接材料能够适用于A387 Gr11CL2钢的热成形管件的制造，热成形+热处理后管件焊接接头的抗拉强度为550～690MPa，屈服强度大于460MPa，断后伸长率大于34％，室温冲击大于47J，形成焊接接头的室温力学性能能满足A387 Gr11 CL2钢的要求。

(2)本发明所述的A387 Gr11 CL2钢焊接材料的使用方法，在对所述焊接材料进行焊接，还依次进行热成形、正火或淬火、回火的焊后处理步骤，这是由于厚壁低合金钢板制管件无法或很难通过冷成形制造，而只能采用热成形后需经正火或淬火+回火处理。此外，厚壁封头接口直径较大，原材料需要拼接后成形；大口径的厚壁钢板制弯头、三通、异径管需卷管后热成形，因此均需在热成形前进行焊接。成形后需进行恢复性能热处理，常规处理工艺是正火空冷+回火，厚壁管件正火空冷时容易出现内部冷却速度不足的问题，可采用风冷或雾冷处理，也可直接淬火处理。

(3)本发明所述的A387 Gr11 CL2钢焊接材料，工件焊接接头在热成形后进行所述正火处理，冷却方式为空冷或风冷，这样设置的原因在于：焊缝厚度较薄或工件较小时直接空冷即可；必要时适当提高冷却速度，可防止晶粒长大，获得细小、均匀的组织，减少外表面和内部的性能差别。

(4)本发明所述的A387 Gr11 CL2钢焊接材料，工件焊接接头在热成形后进行所述淬火处理，冷却方式为雾冷或水冷，这样设置的原因在于：焊缝厚度较厚或工件较大时直接水冷即可；因成分调整时以考虑提高其淬透性，雾冷也可淬透。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种A387 Gr11 CL2钢专用焊条，其熔敷金属化学成分按重量百分比计包括：

碳0.14％、锰0.6％、硫0.005％、磷0.005％、硅0.30％、铬1.4％、钼0.60％、镍0.25％，以及余量的铁。

进一步，将所述A387 Gr11 CL2焊条焊接后形成焊接接头，对所述焊接接头的处理过程依次为：热成形、正火900-920℃并空冷、回火690-710℃并空冷，其中，所述热成形为加热温度高于再结晶温度的模压。

实施例2

本实施例提供一种A387 Gr11 CL2钢专用气保实心焊丝，其熔敷金属化学成分按重量百分比计包括：

碳0.16％、锰0.8％、硫0.010％、磷0.015％、硅0.40％、铬1.5％、钼0.70％、镍0.30％，以及余量的铁。

进一步，将所述A387 Gr11 CL2实心焊丝焊接后工艺过程依次为：热成形、淬火880-920℃并雾冷、回火690-710℃并空冷，其中，所述热成形(一次或多次加热)为加热温度高于再结晶温度的推制。

实施例3

本实施例提供一种A387 Gr11 CL2钢专用埋弧焊用药心焊丝，配SJ101焊剂，其熔敷金属化学成分按重量百分比计包括：

碳0.12％、锰0.6％、硫0.005％、磷0.005％、硅0.3％、铬1.4％、钼0.60％、镍0.25％，以及余量的铁。

进一步，将所述A387 Gr11 CL2药心焊丝焊接后工艺过程依次为：

热成形、正火900-920℃并风冷、回火690-710℃并空冷，其中，所述热成形为加热温度高于再结晶温度的扩管。

实施例4

本实施例提供一种A387 Gr11 CL2钢专用焊带，其熔敷金属化学成分按重量百分比计包括：

碳0.11％、锰0.5％、硫0.0001％、磷0.0001％、硅0.25％、铬1.3％、钼0.50％、镍0.20％，以及余量的铁。

进一步，将所述A387 Gr11 CL2焊带焊接后工艺过程依次为：热成形、淬火880-920℃并水冷、回火690-710℃并空冷，其中，所述热成形为加热温度高于再结晶温度的扩管和推制。

对比例1

本对比例提供一种A387 Gr11 CL2钢专用焊条，其熔敷金属化学成分按重量百分比计包括：

碳0.05％、锰0.80％、硫0.010％、磷0.015％、硅0.40％、铬1.25％、钼0.50％、镍0.02％，以及余量的铁。

进一步，将所述A387 Gr11 CL2焊条焊接后工艺过程依次为：热成形、正火900-920℃并风冷、回火690-710℃并空冷后使用。

对比例2

本对比例提供一种A387 Gr11 CL2钢专用气保实心焊丝，其熔敷金属化学成分按重量百分比计包括：

碳0.08％、锰0.70％、硫0.010％、磷0.015％、硅0.10％、铬1.30％、钼0.52％、镍0.05％，以及余量的铁。

进一步，将所述A387 Gr11 CL2实心焊丝焊接后工艺过程依次为：热成形、淬火880-920℃并雾冷、回火690-710℃并空冷后使用。

对比例3

本对比例提供一种A387 Gr11 CL2钢专用药芯焊丝，其熔敷金属化学成分按重量百分比计包括：

碳0.15％、锰0.70％、硫0.010％、磷0.015％、硅0.20％、铬1.25％、钼0.50％、镍0.02％，以及余量的铁。

进一步，将所述A387 Gr11 CL2药芯焊丝焊接后工艺过程依次为：热成形、淬火880-920℃并水冷、回火690-710℃并空冷后使用。

实验例

将按照实施例1-4以及对比例1-3中工艺对焊接接头依次进行热成形、正火或淬火、回火空冷处理后，分别检测其抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和室温冲击等力学性能，检测结果如表1所示。

其中，采用GB/T228测定抗拉强度、屈服强度、断后伸长率，采用GB/T229测定室温冲击。

表1-各种焊接材料的力学性能

从表中数据看以看出，将本发明所述焊接材料(实施例1-4)用于制备有缝热成形管件，经适当热处理后，具有较好的力学性能，其焊接接头的抗拉强度为550～690MPa，屈服强度大于460MPa，断后伸长率大于34％，室温冲击大于47J，且成分与母材相当，形成焊接接头的室温力学性能能满足A387Gr11 CL2钢的要求。然而，将对比例1和对比例2中组分含量的焊接材料用于制备A387 Gr11 CL2钢的热成形管件后，经相应热处理，形成焊接接头的力学性能较差，抗拉强度较小，屈服强度低，断后伸长率小，不能满足A387Gr11 CL2钢的要求；将对比例3中组分含量的焊接材料用于制备A387 Gr11CL2钢的热成形管件后，经相应热处理，形成焊接接头的抗拉强度过大，断后伸长率小，室温冲击弱，也不能满足A387 Gr11 CL2钢的要求。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。