CN105234594A - 适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条,由焊芯和包裹在该焊芯外表面上的药皮组成,该药皮由以下成分制成:大理石250-310重量份、萤石240-300重量份、金红石40-70重量份、纯碱5-6重量份、锆英砂8-12重量份、铁粉80-120重量份、电解锰25-30重量份、硅微粉50-60重量份、冰晶粉25-35重量份、镍粉10-12重量份、金属铬20-30重量份、钼粉5重量份、钒铁10-12重量份、铌粉1-1.5重量份、氮化铬铁10-12重量份、钨粉18-20重量份和稀土4-5重量份。本发明适用于改进型CrMoNiWVNb耐热钢焊接。

Description

适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条及其制备方法
技术领域
本发明涉及超超临界焊接材料领域。特别涉及适用于长期高温服役的特殊抗蠕变超超临界焊条。
背景技术
新型材料是国家重点支撑发展的战略性新兴产业之一,新型焊接材料是新型钢铁材料产业化的基础材料,焊接技术作为基础制造技术之一,也是国家发展高端装备制造业新兴战略产业的重要内容。因此,发展新型焊接材料是国家产业政策引导发展的重要方向。
2003年7月中国机械联合会根据对我国能源结构、国家能源政策和未来发电用能源供应状况的分析,在充分考虑水电、天然气、核电和新能源资源的开发基础上,再考虑煤电的开发,但煤电在电源结构中的主导地位没有改变。
由于超超临界机组与常规火电机组相比,超临界机组的可用率与亚临界机组相当,效率比亚临界机组约提高2%。超超临界机组效率可比超临界机组再提高约2%~3%,若再提高其主汽压力到28MPa以上,效率还可再提高约2个百分点。因此它具有明显的高效、节能和环保优势,已成为当今世界发达国家竞相采用和发展的新技术。我国的能源装备政策是要发展大容量高参数的火电机组,国家计委明确新建600MW及以上容量燃煤机组原则上采用超临界或超超临界参数的火电机组。
鉴于国外先进工业国家中超超临界机组已经大量投入商业运行,我们选择研制百万千瓦级超超临界机组,是以高的起点,瞄准当前国际水平,跨越式的发展,缩短我国从超临界参数到超超临界参数的时间,减小与世界发达国家的差距。
超超临界用材料的特点就是耐高温、抗蠕变钢。
现有的焊接材料的熔敷金属化学成分和力学性能与改进型CrMoNiWVNb耐热钢存在一定差异。
发明内容
本发明的目的之一就在于提供一种适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条,该适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条适用于长期高温服役,并具有抗蠕变能力。
技术方案是:一种适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条,由焊芯和包裹在该焊芯外表面上的药皮组成,该药皮由以下成分制成:
大理石250-310重量份
萤石240-300重量份
金红石40-70重量份
纯碱5-6重量份
锆英砂8-12重量份
铁粉80-120重量份
电解锰25-30重量份
硅微粉50-60重量份
冰晶粉25-35重量份
镍粉10-12重量份
金属铬20-30重量份
钼粉5重量份
钒铁10-12重量份
铌粉1-1.5重量份
氮化铬铁10-12重量份
钨粉18-20重量份,和
稀土4-5重量份。
作为优选,所述大理石:CaCO3≥96%、S≤0.03%、P≤0.03%,颗粒度要求为:-30目:100%、-40目:≥97%、-170目:≤70%;萤石:CaF2≥96%、SiO2≤3.0%、C≤0.08%、S≤0.03%、P≤0.03%,颗粒度要求为:-30目:100%、-40目:≥97%、-170目:≤70%;金红石:TiO2≥96%、S≤0.03%、P≤0.03%,粒度要求为:-40目:≥100%、-160目:≤30%;纯碱:Na2CO3≥99%、NaCl≤0.70%,锆英砂:ZrO2≥60%、SiO2≤32%、S≤0.03%、P≤0.09%,颗粒度要求为:-40目:100%、-160目:≤50%。冰晶粉:F:≥53%、Al≥13%、Na≤29,颗粒度要求-80目:100%;电解锰:Mn≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;镍粉:Ni≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;金属铬:Cr≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;钼粉:Mo≥99.9%,颗粒度要求-60:100%;钒铁:V:50%-55%,Al≤0.80%,Si≤2.50%,Mn≤0.50%,C≤0.75%,S≤0.05%,P≤0.10%,颗粒度要求-40目:100%;铌粉:Nb≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;氮化铬铁:Cr≥60%,N≥5.0%,Si≤2.50%,C≤0.10%,S≤0.04,P≤0.03,颗粒度要求-40目:100%;钨粉:W≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;铁粉:Fe≥97.0%、Mn≤0.40%、Si≤0.20%、C≤0.10%、S≤0.025%,P≤0.025%,颗粒度要求:-30目:100%;硅微粉:SiO2≥98.0%、Fe2O3≤0.20%、S≤0.025%,P≤0.025%。
作为优选,所述大理石:萤石:金红石:纯碱:锆英砂:铁粉:电解锰:硅微粉:冰晶粉:镍粉:金属铬:钼粉:钒铁:铌粉:氮化铬铁:钨粉:稀土重量比为250:300:50:5:8:80:25:60:25:10:20:5:10:1:10:20:5。
作为优选,所述大理石:萤石:金红石:纯碱:锆英砂:铁粉:电解锰:硅微粉:冰晶粉:镍粉:金属铬:钼粉:钒铁:铌粉:氮化铬铁:钨粉:稀土重量比为300:250:70:6:10:100:30:50:35:12:25:5:12:1.5:12:18:5。
作为优选,所述大理石:萤石:金红石:纯碱:锆英砂:铁粉:电解锰:硅微粉:冰晶粉:镍粉:金属铬:钼粉:钒铁:铌粉:氮化铬铁:钨粉:稀土重量比为310:240:40:6:12:120:30:50:35:12:30:5:12:1.5:12:18:4。
本发明的目的之二在于提供一种适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条的制备方法。
技术方案是:一种适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条的制备方法,包括以下步骤:
①将各成分的粉料按比例混合均匀后;
②加入粉料总量的20-30%的粘结剂搅拌混合均匀,送入条压机内将其裹覆于焊芯上;
③再经80~100℃烘焙2~3小时及380~400℃烘焙1.5~2小时。
本发明的目的之三在于提供一种适用于耐高温、抗蠕变钢的焊接方法。
技术方案是:一种适用于耐高温、抗蠕变钢的焊接方法,所述焊接方法采用上述的的适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条焊接耐高温、抗蠕变钢。
发明原理:
大理石在电弧热的作用下分解成CaO和CO2是焊条制造中及常用的建渣造气材料,提高熔渣碱度,稳定电弧增大熔渣与金属界面张力和表面张力,改善脱渣,并有较好的脱S能力。
萤石可以调整熔渣的熔点个粘度,增加溶者的流动性,改善熔渣的物理性能对焊缝成型、脱渣等起关键作用,也是降低焊缝中扩散氢的主要材料,但因氟的存在,会造成电弧不稳定,并产生有毒气体,应该合理控制比列。
金红石在焊条中的作用主要是建渣、稳弧,在本发明中,加入金红石,对焊缝成形有关键作用。
纯碱的加入是为了改善焊条的压涂性能。
本发明通过不同的配比,达到了以下意想不到的有益效果:
本发明焊条性能优良,焊条表面光滑,成品率高,偏心稳定;直流反接焊接时电弧稳定、基本无飞溅,脱渣性良好,焊条操作性能优异,全位置焊接性能优良;焊缝成型美观,焊道高度适中,焊缝侵润角适中,熔敷金属理化性能适中。焊接时电弧稳定、飞溅小、脱渣好,成型好,全位置操作性能好。所提供的焊条主要用于P/T92超超临界材料,焊缝熔敷金属化学成分控制严格,特别是Sb、Sn、As、B、S、P等有害杂质元素控制极低。
本发明焊条焊缝熔敷金属在765℃±15℃,保温4小时情况下,焊缝熔敷金属力学性能均能达到如下:室温抗拉强度Rm(Mpa):≥620,室温屈服强Rp0.2(MPa):≥530,室温伸长率A(%):≥15,20℃冲击功KV(J):单值≥27。
本发明适用于改进型CrMoNiWVNb耐热钢焊接,特别适用于P92、T92、Nf616等耐高温、抗蠕变钢的焊接。
本发明能够更好的匹配改进型CrMoNiWVNb耐热钢,使焊缝力学性能更优。
名词解释:
改进型CrMoNiWVNb耐热钢-一种耐热钢牌号。
耐高温、抗蠕变钢-低合金钢的一种分类,这类钢有耐高温,抗蠕变的作用,本发明中采用的P92、T92、Nf616、改进型CrMoNiWVNb耐热钢均具有耐高温,抗蠕变的作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例当焊芯为1000g时,焊条需要上述各种药皮重量为(g):大理石250g、萤石300g、金红石50g、纯碱5g、锆英砂8g、铁粉80g、电解锰25g、硅微粉60g、冰晶粉25g、镍粉10g、金属铬20g、钼粉5g,钒铁10g,铌粉1g,氮化铬铁10g,钨粉20g,稀土5g。
将上述粉料混合均匀后,加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均匀,送入条压机内按常规方法将其裹覆于规格4.0mm的H08A焊芯上,再经88℃烘焙2小时、380℃烘焙1.5小时,即成。
本实施例所得焊条(直流反接焊接)进行焊接试验,电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好,焊缝成形美观。
焊条熔敷金属化学成分为:C:0.90wt%、Mn:0.55wt%、Si:0.25wt%、S:0.005wt%、P:0.006wt%、Ni:0.71wt%、Cr:8.95wt%、Mo:0.45wt%、V:0.19wt%、Nb:0.05wt%、N:0.04wt%、W:1.84wt%、Al:0.01wt%、Fe:86.1wt%,余量为杂质元素。
焊条熔敷金属力学性能为:
表1焊条熔敷金属力学性能
通过焊接试验,检测出焊缝熔敷金属化学成分和力学性能与改进型CrMoNiWVNb耐热钢接近,验证焊材与母材相匹配性。
实施例2
本实施例焊芯与选择药皮材料与实施例一相同,当焊芯为1000g时,焊条需要各种药皮重量为(g):大理石300g、萤石250g、金红石70g、纯碱6g、锆英砂10g、铁粉100g、电解锰30、硅微粉50g、冰晶粉35g、镍粉12g、金属铬25g、钼粉5g,钒铁12g,铌粉1.5g,氮化铬铁12g,钨粉18g,稀土5g。
将上述粉料混合均匀后,加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均匀,送入条压机内按常规方法将其裹覆于规格3.2mm的H08A焊芯上,再经88℃烘焙2小时、380℃烘焙1.5小时,即成。
本实施例所得焊条(直流反接焊接)进行焊接试验,电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好,焊缝成形美观,
焊条熔敷金属化学成分为:C:0.10wt%、Mn:0.48wt%、Si:0.31wt%、S:0.004wt%、P:0.007wt%、Ni:0.65wt%、Cr:8.65wt%、Mo:0.46wt%、V:0.18wt%、Nb:0.04wt%、N:0.038wt%、W:1.90wt%、Al:0.01wt%、Fe:86.9wt%,余量为杂质元素。
表2焊条熔敷金属力学性能
通过焊接试验,检测出焊缝熔敷金属化学成分和力学性能与改进型CrMoNiWVNb耐热钢接近,验证焊材与母材相匹配性。
实施例3
本实施例焊芯与选择药皮材料与实施例一相同,当焊芯为1000g时,焊条需要各种药皮重量为(g):大理石310g、萤石240g、金红石40g、纯碱6g、锆英砂12g、铁粉120g、电解锰30、硅微粉50g、冰晶粉35g、镍粉12g、金属铬30g、钼粉5g,钒铁12g,铌粉1.5g,氮化铬铁12g,钨粉18g,稀土4g。
将上述粉料混合均匀后,加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均匀,送入条压机内按常规方法将其裹覆于5.0mm的H08A焊芯上,再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时,即成。
本实施例所得焊条(直流反接焊接)进行焊接试验,电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好,焊缝成形美观,
焊条熔敷金属化学成分为:C:0.11wt%、Mn:0.46wt%、Si:0.29wt%、S:0.004wt%、P:0.006wt%、Ni:0.64wt%、Cr:9.15wt%、Mo:0.45wt%、V:0.18wt%、Nb:0.04wt%、N:0.039wt%、W:1.89wt%、Al:0.01wt%、Fe:86.3wt%,余量为杂质元素。
焊条熔敷金属力学性能为:
表3焊条熔敷金属力学性能
通过焊接试验,检测出焊缝熔敷金属化学成分和力学性能与改进型CrMoNiWVNb耐热钢接近,验证焊材与母材相匹配性。
本发明各实施例中,大理石:CaCO3≥96%、S≤0.03%、P≤0.03%,颗粒度要求为:-30目:100%、-40目:≥97%、-170目:≤70%;萤石:CaF2≥96%、SiO2≤3.0%、C≤0.08%、S≤0.03%、P≤0.03%,颗粒度要求为:-30目:100%、-40目:≥97%、-170目:≤70%;金红石:TiO2≥96%、S≤0.03%、P≤0.03%,粒度要求为:-40目:≥100%、-160目:≤30%;纯碱:Na2CO3≥99%、NaCl≤0.70%,锆英砂:ZrO2≥60%、SiO2≤32%、S≤0.03%、P≤0.09%,颗粒度要求为:-40目:100%、-160目:≤50%。冰晶粉:F:≥53%、Al≥13%、Na≤29,颗粒度要求-80目:100%;电解锰:Mn≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;镍粉:Ni≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;金属铬:Cr≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;钼粉:Mo≥99.9%,颗粒度要求-60:100%;钒铁:V:50%-55%,Al≤0.80%,Si≤2.50%,Mn≤0.50%,C≤0.75%,S≤0.05%,P≤0.10%,颗粒度要求-40目:100%;铌粉:Nb≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;氮化铬铁:Cr≥60%,N≥5.0%,Si≤2.50%,C≤0.10%,S≤0.04,P≤0.03,颗粒度要求-40目:100%;钨粉:W≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;铁粉:Fe≥97.0%、Mn≤0.40%、Si≤0.20%、C≤0.10%、S≤0.025%,P≤0.025%,颗粒度要求:-30目:100%;硅微粉:SiO2≥98.0%、Fe2O3≤0.20%、S≤0.025%,P≤0.025%。
H08A焊芯:S≤0.01%、P≤0.01%、B≤0.0008%、Al≤0.01%、As≤0.01%、Sb≤0.01%、Sn≤0.01%。
本发明中,改进型CrMoNiWVNb耐热钢,P92、T92、Nf616耐热钢,购自德国蒂森克虏伯、日本新日铁、中国宝钢等大型钢厂。

Claims (8)

1.一种适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条,由焊芯和包裹在该焊芯外表面上的药皮组成,该药皮由以下成分制成:
大理石250-310重量份
萤石240-300重量份
金红石40-70重量份
纯碱5-6重量份
锆英砂8-12重量份
铁粉80-120重量份
电解锰25-30重量份
硅微粉50-60重量份
冰晶粉25-35重量份
镍粉10-12重量份
金属铬20-30重量份
钼粉5重量份
钒铁10-12重量份
铌粉1-1.5重量份
氮化铬铁10-12重量份
钨粉18-20重量份,和
稀土4-5重量份。
2.根据权利要求1所述的适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条,其特征在于:所述大理石:CaCO3≥96%、S≤0.03%、P≤0.03%,颗粒度要求为:-30目:100%、-40目:≥97%、-170目:≤70%;萤石:CaF2≥96%、SiO2≤3.0%、C≤0.08%、S≤0.03%、P≤0.03%,颗粒度要求为:-30目:100%、-40目:≥97%、-170目:≤70%;金红石:TiO2≥96%、S≤0.03%、P≤0.03%,粒度要求为:-40目:≥100%、-160目:≤30%;纯碱:Na2CO3≥99%、NaCl≤0.70%,锆英砂:ZrO2≥60%、SiO2≤32%、S≤0.03%、P≤0.09%,颗粒度要求为:-40目:100%、-160目:≤50%;冰晶粉:F:≥53%、Al≥13%、Na≤29,颗粒度要求-80目:100%;电解锰:Mn≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;镍粉:Ni≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;金属铬:Cr≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;钼粉:Mo≥99.9%,颗粒度要求-60:100%;钒铁:V:50%-55%,Al≤0.80%,Si≤2.50%,Mn≤0.50%,C≤0.75%,S≤0.05%,P≤0.10%,颗粒度要求-40目:100%;铌粉:Nb≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;氮化铬铁:Cr≥60%,N≥5.0%,Si≤2.50%,C≤0.10%,S≤0.04,P≤0.03,颗粒度要求-40目:100%;钨粉:W≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;铁粉:Fe≥97.0%、Mn≤0.40%、Si≤0.20%、C≤0.10%、S≤0.025%,P≤0.025%,颗粒度要求:-30目:100%;硅微粉:SiO2≥98.0%、Fe2O3≤0.20%、S≤0.025%,P≤0.025%。
3.根据权利要求1所述的适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条,其特征在于:所述为H08A焊芯,该焊芯S≤0.01%、P≤0.01%、B≤0.0008%、Al≤0.01%、As≤0.01%、Sb≤0.01%、Sn≤0.01%。
4.根据权利要求1所述的适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条,其特征在于:所述大理石:萤石:金红石:纯碱:锆英砂:铁粉:电解锰:硅微粉:冰晶粉:镍粉:金属铬:钼粉:钒铁:铌粉:氮化铬铁:钨粉:稀土重量比为250:300:50:5:8:80:25:60:25:10:20:5:10:1:10:20:5。
5.根据权利要求1所述的适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条,其特征在于:所述大理石:萤石:金红石:纯碱:锆英砂:铁粉:电解锰:硅微粉:冰晶粉:镍粉:金属铬:钼粉:钒铁:铌粉:氮化铬铁:钨粉:稀土重量比为300:250:70:6:10:100:30:50:35:12:25:5:12:1.5:12:18:5。
6.根据权利要求1所述的适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条,其特征在于:所述大理石:萤石:金红石:纯碱:锆英砂:铁粉:电解锰:硅微粉:冰晶粉:镍粉:金属铬:钼粉:钒铁:铌粉:氮化铬铁:钨粉:稀土重量比为310:240:40:6:12:120:30:50:35:12:30:5:12:1.5:12:18:4。
7.一种制备权利要求1至6任一权利要求所述的适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条的方法,包括以下步骤:
①将各成分的粉料按比例混合均匀后;
②加入粉料总量的20-30%的粘结剂搅拌混合均匀,送入条压机内将其裹覆于焊芯上;
③再经80~100℃烘焙2~3小时及380~400℃烘焙1.5~2小时。
8.一种耐高温、抗蠕变钢的焊接方法,其特征在于:所述焊接方法采用权利要求1-6任一权利要求所述的适用于耐高温、抗蠕变钢用焊条焊接所述的耐高温、抗蠕变钢。
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