CN104907738B - 一种耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条 - Google Patents

一种耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，由钢芯和药皮组成，按重量百分含量计，药皮原料成分包括：CaCO3 33～45％，CaF2 18～29％，TiO2 8～13％，SiO2 5～9％，Si‑Fe 4～6％，Mn 2～4％，Cr 2～3.5％，Cu 0.8～1.5％，Sb 0.1～0.3％，Na2CO3 1～1.5％，稀土氧化物2～4％，铁粉余量。本发明的焊条焊接飞溅小、成型美观、脱渣容易、熔敷率高、焊接性能优良、其腐蚀性能、熔敷金属化学成分及熔敷金属力学性能均能满足耐硫酸露点腐蚀用钢的焊接要求。且材料便于采购、生产成本低、应用范围广、使用方便。

Description

一种耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，是低氢钠型药皮的超低氢高韧性焊条，具体涉及耐硫酸露点腐蚀用钢的焊接。
背景技术
在冶金、电力、石化等工业领域，以重油或燃煤为主要燃料的烟气处理系统，如锅炉低温部位的空气预热器、省煤器、烟道、烟囱以及脱硫装置等，普遍会遇到燃料中含硫量偏高，在露点温度下形成硫酸而造成设备腐蚀问题，这种现象称之为“硫酸露点腐蚀”。据不完全调查，我国有95％的脱硫装置采用湿法脱硫，湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率较高，但对造成烟气腐蚀的主要成份SO3脱除效率并不高，仅20％左右。脱硫后，由于烟气湿度通常较大，温度较低，烟气中单位体积的稀释硫酸含量会相应增加，因此，脱硫后的烟气仍然属于强腐蚀性烟气等级，对烟囱的腐蚀并没有减弱，相反地，脱硫后的烟气环境可能使烟囱的腐蚀状况进一步恶化。
由于Q235钢和普通低合金钢的耐硫酸露点腐蚀性能很差，用其制作的锅炉低温部件，腐蚀严重，使用寿命很短。因此这些设备材质大多选用耐硫酸露点腐蚀钢，以提高其使用寿命。
根据钢材的化学成分、力学性能等要求需要研究与其相配套的焊条，具有很大的现实意义。目前市面上耐硫酸露点腐蚀(ND)钢焊条主要有10CrMnCu、09CrCuSb耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条；CTNA、CTNB考登钢焊条(即10CrNiCuP、奥林康(TencordKB)、AWSA5.5E7018-G和TAC-16等相对应火电设备专用焊条)；08Cr2AlMo钢(OA)焊条(即抗硫化氢应力腐蚀钢专用焊条，焊缝金属含铝达0.30％左右)；JNS耐酸钢焊条(即J427CrCuSb焊条)。
《耐硫酸露点腐蚀钢焊条CHE427CrCuSb的研制》(机械制造文摘：焊接分册，2013年第6期)公开了一种配套用焊条，焊条药皮为低氢钠型，渣系为CaO-CaF2-SiO2-TiO2。
然而上述焊条中有的虽然能够保证较高的冲击韧性，但扩散氢含量较高，或者耐腐蚀性不够，或者性能能够保证，但工艺性能较差，如脱渣性不好，焊缝成型较差，不便于焊接等，还不能达到预期要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，是超低氢高韧性焊条。该焊条即能够保证较高的冲击韧性，还具有扩散氢含量低，耐腐蚀性好，工艺性能优良的特点。
本发明提供的耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，由钢芯和药皮组成，按重量百分含量计，药皮原料成分包括：CaCO333～45％，CaF218～29％，TiO28～13％，SiO25～9％，Si-Fe4～6％，Mn2～4％，Cr2～3.5％，Cu0.8～1.5％，Sb0.1～0.3％，Na2CO31～1.5％，稀土氧化物2～4％，铁粉余量。
焊条中CaCO3的主要作用为造渣和造气，还具有脱硫的作用。当CaCO3含量较低时，药皮的造气和造渣能力下降，对焊缝的保护作用降低，造成焊缝力学性能下降；如果CaCO3的含量过高，药皮造气量过大，电弧稳定性下降，飞溅增大，焊渣熔点升高，减慢焊接速度，焊缝成型粗糙。本发明中CaCO3优选以大理石形式加入，总量控制在33～45％。
CaF2用以降低液态金属的表面张力，具有稀渣的作用，提高流动性，使得焊缝成型美观；还具有去氢的作用，减少白点倾向。CaF2含量低，使得焊缝成型不好，焊缝中易出气孔，CaF2含量过高，容易破坏电弧稳定性，使焊条工艺性变差。本发明焊条中CaF2优选以萤石形式加入，含量控制在18～29％。
TiO2在本发明中主要以金红石的形式加入，金红石的加入可以使焊接电弧稳定，熔池平静，使金属以细雾状过渡，细化熔滴，焊缝成形美观细密，熔渣覆盖好，但过量使用容易使机械性能严重下降，故其含量控制在2～10％。
SiO2在本发明中主要以石英的形式加入，二氧化硅作为造渣剂，可增加渣的活泼性，但过量使用会增加飞溅，渣黏，爆炸声显著，故其含量控制在5～9％。
Si-Fe(硅铁合金)是一种脱氧剂，可以减少熔敷金属中氧的含量，同时Si具有固溶强化作用，能提高熔敷金属的强度，但是会使冲击韧性下降，特别是当熔敷金属中Si的含量大于0.4％时，冲击韧性下降。本发明中硅铁合金的总量控制在4～6％。
Mn主要用于提高熔敷金属强度，同时也起到脱氧和脱硫的作用，随着Mn含量的增加，熔敷金属强度上升，而冲击韧性呈先上升后下降的规律，当Mn大于1.80％时，冲击韧性下降。本发明中锰主要是以电解锰、金属锰、中锰中的一种或几种组合加入，含量控制在2～4％。
Cr主要起渗合金的作用，能够有效地提高熔敷金属的强度，同时其还具有很好的耐腐蚀性能，Cr能显著提高钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力。本发明中Cr优选以金属铬铁的形式加入，含量控制在2～3.5％。
Cu是耐大气腐蚀钢和耐硫酸露点腐蚀钢中最基本元素，当焊接金属中含有足够量的S时，在工业气体和硫酸的腐蚀过程中，可生成Cu2S保护膜，阻滞阴、阳极反应，从而提高钢耐大气腐蚀和耐硫酸露点腐蚀性能。本发明中Cu的加入量为0.8～1.5％。
Sb具有很好的耐腐蚀性能，增加钢的抗腐蚀能力。本发明中Sb的加入量为0.1～0.3％。
Na2CO3具有很好的滑性，便于焊条的压涂，且能防止焊条中的铁合金与水玻璃发生化学反应，含量控制在1～1.5％，当含量低于1％时，效果不明显，当含量高于1.5％时，焊条易出现返碱现象。
稀土氧化物是指元素周期表中原子序数为57到71的15种镧系元素氧化物，以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)共17种元素的氧化物。镧，铈，镨，钕等的氧化物都是稀土氧化物。稀土氧化物的加入，可以明显提升焊缝冲击韧性，降低扩散氢含量。
优选地，药皮原料成分包括：CaCO333％，CaF229％，TiO213％，SiO25％，Si-Fe6％，Mn2％，Cr2％，Cu0.8％，Sb0.1％，Na2CO31％，稀土氧化物2％，铁粉余量。
优选地，药皮占焊条总重量的35～40％。在该范围内焊条焊接性能能够达到要求，并且适用于一般工厂生产设备，适用广泛。药皮占焊条总重量的比值一般由焊条的直径决定，本发明中优选的范围在35～37％，焊条的性能更优。
优选地，所述稀土氧化物为氧化钇(Y2O3)。与其他原料成分配合使用时产品的焊缝冲击韧性和扩散氢含量都能达到一个最优值。
优选地，所述钢芯为H08GX钢丝。H08GX钢丝较H08A等型号的钢丝S和P含量更低，杂质少纯净度高，从而可以保证焊缝金属杂质含量少，最适用于本发明的药芯组合物。
优选地，所述钢芯和药皮以钠水玻璃作为粘结剂粘结。
优选地，焊条的熔敷金属化学成分按重量百分比计，C0.063～0.069％，Mn0.78～0.89％，Si0.19～0.28％，Cu0.33～0.51％，Sb0.079～0.082％，Cr0.89～0.99，S0.0019～0.0025，0.015～0.016％，其余为Fe。熔敷金属的化学成分对产品性能会产生较大的影响，主要体现在扩散氢含量较低，冲击韧性较高，耐腐蚀性能较好等方面。上述熔敷金属化学成分百分比范围就能够达到扩散氢含量较低，冲击韧性较高，耐腐蚀性能较好的特点。
优选地，钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮以钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的35～40％，药皮原料成分包括：CaCO333％，CaF229％，TiO213％，SiO25％，Si-Fe6％，Mn2％，Cr2％，Cu0.8％，Sb0.1％，Na2CO31％，稀土氧化物2％，铁粉余量。
优选地，钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮以钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的35～40％，药皮原料成分包括：CaCO345％，CaF218％，TiO28％，SiO29％，Si-Fe4％，Mn4％，Cr3.5％，Cu1.5％，Sb0.3％，Na2CO31.5％，稀土氧化物3％，铁粉余量。
优选地，钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮以钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的35～40％，药皮原料成分包括：CaCO340％，CaF220％，TiO210％，SiO28％，Si-Fe5％，Mn3％，Cr2.8％，Cu1％，Sb0.2％，Na2CO31％，稀土氧化物4％，铁粉余量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
焊条焊接飞溅小、成型美观、脱渣容易、熔敷率高、焊接性能优良、其腐蚀性能、熔敷金属化学成分及熔敷金属力学性能均能满足耐硫酸露点腐蚀用钢的焊接要求。且材料便于采购、生产成本低、应用范围广、使用方便。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例中稀土氧化物购自包钢稀土公司。
实施例1：
耐硫酸露点腐蚀用钢配套焊条，由钢芯和药皮组成，焊条钢芯为H08GX钢丝，采用高模纯钠水玻璃作为粘结剂，药皮约占焊条总重量的35～40％，焊条的药皮成分按重量百分比为：CaCO3：33％、CaF2：29％、TiO2：13％、SiO2：5％、Si-Fe：6％、Mn：2％、Cr：2％、Cu：0.8％、Sb：0.1％、Na2CO3：1％、稀土氧化物：2％，其余为铁粉。
实施例2：
耐硫酸露点腐蚀用钢配套焊条，由钢芯和药皮组成，焊条钢芯为H08GX钢丝，采用高模纯钠水玻璃作为粘结剂，药皮约占焊条总重量的35～40％,焊条的药皮成分按重量百分比为：CaCO3：45％、CaF2：18％、TiO2：8％、SiO2：9％、Si-Fe：4％、Mn：4％、Cr：3.5％、Cu：1.5％、Sb：0.3％、Na2CO3：1.5％、稀土氧化物：3％，其余为铁粉。
实施例3：
耐硫酸露点腐蚀用钢配套焊条，由钢芯和药皮组成，焊条钢芯为H08GX钢丝，采用高模纯钠水玻璃作为粘结剂，药皮约占焊条总重量的35～40％,焊条的药皮成分按重量百分比为：CaCO3：40％、CaF2：20％、TiO2：10％、SiO2：8％、Si-Fe：5％、Mn：3％、Cr：2.8％、Cu：1％、Sb：0.2％、Na2CO3：1％、稀土氧化物：4％，其余为铁粉。
实施例4
耐硫酸露点腐蚀用钢配套焊条，由钢芯和药皮组成，焊条钢芯为H08GX钢丝，采用高模纯钠水玻璃作为粘结剂，药皮约占焊条总重量的35～40％,焊条的药皮成分按重量百分比为：CaCO3：33％、CaF2：29％、TiO2：13％、SiO2：5％、Si-Fe：6％、Mn：2％、Cr：2％、Cu：0.8％、Sb：0.1％、Na2CO3：1％、Y2O3：2％，其余为铁粉。
上述耐硫酸露点腐蚀用钢配套焊条性能测试：
按标准要求及行业常规方法测试实施例1～3制备的焊条化学成分、力学性能、扩散氢、耐腐蚀性能测试结果如表1～4所示。
表1熔敷金属化学成分
C Mn Si Cu Sb Cr S P
实施例1 0.064 0.75 0.23 0.26 0.059 0.82 0.0090 0.015
实施例2 0.069 0.89 0.28 0.51 0.082 0.99 0.0025 0.015
实施例3 0.060 0.81 0.18 0.42 0.076 0.88 0.0018 0.016
实施例4 0.063 0.78 0.19 0.33 0.079 0.89 0.0019 0.016
表2熔敷金属力学性能
表3熔敷金属扩散氢含量(水银法)
表4熔敷金属耐腐蚀性能
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，由钢芯和药皮组成，其特征在于，按重量百分含量计，药皮原料成分包括：CaCO3 33％，CaF2 29％，TiO2 13％，SiO2 5％，Si-Fe 6％，Mn 2％，Cr 2％，Cu 0.8％，Sb 0.1％，Na2CO3 1％，稀土氧化物2％，铁粉余量。
2.根据权利要求1所述的耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，其特征在于，药皮占焊条总重量的35～40％。
3.根据权利要求1所述的耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化钇。
4.根据权利要求1所述的耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，其特征在于，所述钢芯为H08GX钢丝。
5.根据权利要求1所述的耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，其特征在于，所述钢芯和药皮以钠水玻璃作为粘结剂粘结。
6.根据权利要求1所述的耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，其特征在于，焊条的熔敷金属化学成分按重量百分比计，C 0.060～0.064％，Mn 0.75～0.81％，Si 0.18～0.28％，Cu 0.26～0.51％，Sb 0.059～0.082％，Cr 0.82～0.99％，S 0.0018～0.0090％，P 0.015～0.016％，其余为Fe。
7.一种耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，其特征在于，钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮以钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的35～40％，药皮原料成分包括：CaCO3 33％，CaF2 29％，TiO2 13％，SiO2 5％，Si-Fe 6％，Mn 2％，Cr 2％，Cu 0.8％，Sb 0.1％，Na2CO31％，稀土氧化物2％，铁粉余量。
8.一种耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，其特征在于，钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮以钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的35～40％，药皮原料成分包括：CaCO3 45％，CaF2 18％，TiO2 8％，SiO2 9％，Si-Fe 4％，Mn 4％，Cr 3.5％，Cu 1.5％，Sb 0.3％，Na2CO31.5％，稀土氧化物3％，铁粉余量。
9.一种耐硫酸露点腐蚀钢专用焊条，其特征在于，钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮以钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的35～40％，药皮原料成分包括：CaCO3 40％，CaF2 20％，TiO2 10％，SiO2 8％，Si-Fe 5％，Mn 3％，Cr 2.8％，Cu 1％，Sb 0.2％，Na2CO31％，稀土氧化物4％，铁粉余量。
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