日本神鋼 KOBELCO TG-S2CW 耐熱鋼 TIG 焊接材料解析

日本神戶制鋼所（KOBELCO）推出的 TG-S2CW 耐熱鋼 TIG 焊接材料，是針對(duì)高參數(shù)高溫設(shè)備研發(fā)的合金耐熱鋼焊絲，以其的高溫強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，在溫高壓工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)重要地位。本文將從執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、用途、性能、適配母材及化學(xué)成分五個(gè)方面，對(duì)該材料進(jìn)行全面解析。

一、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

KOBELCO TG-S2CW 嚴(yán)格遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，確保其在工業(yè)領(lǐng)域的適用性和質(zhì)量穩(wěn)定性：

• 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）：符合 JIS Z3321 中 YGT16 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高 Cr-Mo 系耐熱鋼 TIG 焊絲的成分、力學(xué)性能及焊接工藝性制定了嚴(yán)苛規(guī)范。

• 美國焊接學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（AWS）：滿足 AWS A5.28 中的 ER90S-B9 標(biāo)準(zhǔn)，適用于 9Cr-1Mo 系耐熱鋼的焊接要求。

• 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）：兼容 ISO 14343-A G 90 9 B9 標(biāo)準(zhǔn)，確保在跨國工程中的通用性和合規(guī)性。

多重高標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證使 TG-S2CW 能夠適應(yīng)全球范圍內(nèi)的高溫設(shè)備制造規(guī)范，為超臨界參數(shù)設(shè)備的焊接提供可靠材料保障。

二、用途

TG-S2CW 作為高 Cr-Mo 系耐熱鋼 TIG 焊接材料，主要應(yīng)用于需在 600℃以上高溫環(huán)境長期服役的關(guān)鍵設(shè)備焊接：

• 超臨界火電領(lǐng)域：用于超臨界及超超臨界鍋爐的過熱器、再熱器等受熱面管道焊接，可耐受 600~650℃的高溫蒸汽環(huán)境。

• 能源設(shè)備：適用于溫燃?xì)廨啓C(jī)的高溫段部件、余熱鍋爐等設(shè)備的焊接制造。

• 核電熱交換系統(tǒng)：用于核電站一回路、二回路中的高溫?fù)Q熱器管系焊接。

• 特種化工設(shè)備：在高溫高壓反應(yīng)容器、合成塔等極端工況設(shè)備的焊接中發(fā)揮重要作用。

其設(shè)計(jì)特性使其特別適合要求焊接接頭具備高溫抗蠕變性能、抗氧化性能和組織穩(wěn)定性的精密焊接場(chǎng)合，尤其適用于薄壁管件的打底焊和全位置焊接。

三、性能特點(diǎn)

TG-S2CW 的性能優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在高溫穩(wěn)定性、精密焊接工藝性和長期服役可靠性三個(gè)維度：

1. 焊接工藝性

• 電弧特性：焊絲成分均勻，TIG 焊接時(shí)電弧集中穩(wěn)定，即使在小電流條件下仍能保持穩(wěn)定燃燒，適合精密部件的焊接。

• 成形性能：熔池流動(dòng)性適中，焊縫成形美觀，焊道過渡平滑，余高控制，減少后續(xù)加工成本。

• 操作性：焊絲挺直挺直度，送絲順暢，可適應(yīng)自動(dòng) TIG 焊和手工 TIG 焊，在全位置焊接時(shí)表現(xiàn)出色，尤其適合小徑管的環(huán)縫焊接。

• 純凈度：采用真空熔煉工藝生產(chǎn)，焊絲表面光潔度高，氣體含量極低（[O]≤30ppm），有效避免氣孔、夾雜等焊接缺陷。

2. 力學(xué)性能

• 常溫力學(xué)性能：熔敷金屬抗拉強(qiáng)度≥620MPa，屈服強(qiáng)度≥490MPa，延伸率≥18%，具備良好的常溫力學(xué)性能。

• 高溫強(qiáng)度：600℃時(shí)高溫抗拉強(qiáng)度保持在 450MPa 以上，650℃時(shí)仍能維持 380MPa 以上的強(qiáng)度，高溫抗蠕變性能。

• 沖擊韌性：常溫沖擊吸收功≥47J，-10℃時(shí)沖擊功仍保持在 35J 以上，具備良好的低溫韌性儲(chǔ)備。

• 時(shí)效穩(wěn)定性：在 650℃×1000 小時(shí)時(shí)效后，焊縫金屬力學(xué)性能變化率≤10%，無明顯脆化現(xiàn)象。

3. 耐熱性能

• 高溫抗氧化性：在 650℃靜態(tài)空氣中氧化試驗(yàn)中，氧化速率≤0.05mm / 年，形成致密密的氧化膜保護(hù)層。

• 抗高溫腐蝕性能：對(duì)高溫蒸汽、煙氣等介質(zhì)具有良好的抗腐蝕能力，適合惡劣工況環(huán)境。

四、適配母材

TG-S2CW 專為 9Cr-1Mo 系馬氏體耐熱鋼設(shè)計(jì)，適配的母材主要包括：

• 日本標(biāo)準(zhǔn)（JIS）：STBA29、STPA29（9Cr-1Mo 系耐熱鋼），HCM9S 等改良型 9Cr 鋼。

• 美國標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）：A335 P91、A213 T91，A387 Gr.91 等耐熱鋼。

• 中國標(biāo)準(zhǔn)（GB）：10Cr9Mo1VNb、12Cr9Mo1VNbN 等對(duì)應(yīng)級(jí)別的 9Cr-1Mo-V-Nb 系耐熱鋼。

• 國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）：X10CrMoVNb9-1 等 9Cr 系耐熱鋼。

這些母材通過 Cr、Mo、V、Nb 等合金元素的協(xié)同作用，形成強(qiáng)韌化的馬氏體組織，與 TG-S2CW 焊絲的合金體系匹配，確保焊接接頭在高溫長期服役中的穩(wěn)定性。

五、化學(xué)成分（熔敷金屬）

TG-S2CW 熔敷金屬的化學(xué)成分嚴(yán)格控制在以下范圍（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：

• 碳（C）：0.07%~0.13%，控制的碳含量可焊縫強(qiáng)度，同時(shí)避免碳化物過量析出導(dǎo)致的脆化。

• 錳（Mn）：0.30%~0.60%，適度的錳含量可改善焊接性并提高焊縫韌性。

• 硅（Si）：≤0.50%，起到脫氧作用，減少焊縫中的氣體缺陷。

• 鉻（Cr）：8.00%~10.00%，主要合金元素，顯著提高焊縫的高溫抗氧化性和耐腐蝕性。

• 鉬（Mo）：0.80%~1.05%，與鉻協(xié)同作用，大幅提升高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能。

• 釩（V）：0.18%~0.25%，通過析出強(qiáng)化提高焊縫的高溫強(qiáng)度和韌性。

• 鈮（Nb）：0.06%~0.10%，細(xì)化晶粒，抑制高溫下的晶粒長大，提高組織穩(wěn)定性。

• 氮（N）：0.03%~0.07%，固溶強(qiáng)化并促進(jìn)碳氮化物析出，增強(qiáng)高溫強(qiáng)度。

• 硫（S）：≤0.015%，磷（P）：≤0.020%，嚴(yán)格控制有害元素，降低焊接裂紋敏感性。

• 其他元素：鎳（Ni）≤0.40%，銅（Cu）≤0.20%，確保焊縫金屬的純凈度和性能穩(wěn)定性。

總結(jié)

KOBELCO TG-S2CW 耐熱鋼 TIG 焊接材料憑借符合多國標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性、針對(duì) 9Cr-1Mo 系耐熱鋼的設(shè)計(jì)、的精密焊接工藝性和高溫力學(xué)性能，成為超臨界參數(shù)設(shè)備關(guān)鍵部位焊接的材料。其科學(xué)的合金配比（尤其是 Cr、Mo、V、Nb、N 的協(xié)同作用）與同類耐熱鋼母材的匹配，確保了焊接接頭在 600℃以上高溫環(huán)境下的長期穩(wěn)定性和安全性。在實(shí)際應(yīng)用中，需配合嚴(yán)格的焊接工藝控制（如的預(yù)熱溫度、層間溫度控制及焊后熱處理），以充分發(fā)揮其在超臨界火電、核電、能源等工業(yè)領(lǐng)域的性能優(yōu)勢(shì)，為高參數(shù)設(shè)備的安全運(yùn)行提供可靠保障。