CN105252161A - 适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条及其制备方法 - Google Patents

适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条，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：白云石10-60重量份、菱苦土10-50重量份、钛铁矿50-70重量份、大理石220-330重量份、萤石280-300重量份、金红石30-80重量份、纯碱6重量份、锆英砂6-10重量份、铁粉60-80重量份、电解锰30重量份、硅微粉40-50重量份、冰晶粉20-30重量份、金属铬28-30重量份、钼粉12重量份、钒铁8重量份和铌粉6重量份。本发明焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。

Description

适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种焊接材料，适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条。此焊条适用于焊接Cr2.5Mo类低合金钢结构，如550℃条件下工作的高温高压管道、化工机械、石油裂化设备等。还涉及此种焊条的制作方法。
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。
低合金耐热钢兴起于20世纪30年代,其主要是在普通碳素钢中加入Cr,Mo,V,Nb,Ti,B,W等合金元素形成的。与碳钢相比,低合金耐热钢不仅具有良好的抗氧化性、持久热强性,还具有比较好的抗硫腐蚀和抗氢腐蚀性能。另外,低合金耐热钢中合金元素含量少,价格便宜,并具有优良的工艺性能和物理性能。因此比其他类型的耐热钢应用更为广泛。随着现代化工业的迅速发展，低合金耐热钢越来越广泛的应用于电力、化工、石油、原子能航空等高速发展和尖端行业，对材料的性能也提出了更高的要求：如更高的高温温度、高温疲劳强度以及良好的塑性；同时还具有更好的高温稳定性和工艺性。低合金耐热钢在国内已做了大量的研究工作，但在这方面仍存在许多有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一就在于提供一种适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条，该适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。
技术方案是：一种适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条，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：
白云石10-60重量份
菱苦土10-50重量份
钛铁矿50-70重量份
大理石220-330重量份
萤石280-300重量份
金红石30-80重量份
纯碱6重量份
锆英砂6-10重量份
铁粉60-80重量份
电解锰30重量份
硅微粉40-50重量份
冰晶粉20-30重量份
金属铬28-30重量份
钼粉12重量份
钒铁8重量份，和
铌粉6重量份。
作为优选，所述白云石：CaCO3≥50.0％、MgCO3≥40.0％、S≤0.04％、P≤0.04％，颗粒度要求：-30目：100％；菱苦土：MgCO3≥90.0％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求：-30目：100％；钛铁矿：Fe3O4:45.0-54.0％、TiO2≥46.0％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求：-30目：100％；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％；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，所述白云石：菱苦土：钛铁矿：大理石：萤石：金红石：纯碱：锆英砂：铁粉：电解锰：硅微粉：冰晶粉：金属铬：钼粉：钒铁：铌粉重量比为10：10：50：330：300：40：6：10：60：30：40：20：30：12：8：6。
作为优选，所述白云石：菱苦土：钛铁矿：大理石：萤石：金红石：纯碱：锆英砂：铁粉：电解锰：硅微粉：冰晶粉：金属铬：钼粉：钒铁：铌粉重量比为20：20：70：280：280：30：6：10：80：30：50：30：30：12：8：6。
作为优选，所述白云石：菱苦土：钛铁矿：大理石：萤石：金红石：纯碱：锆英砂：铁粉：电解锰：硅微粉：冰晶粉：金属铬：钼粉：钒铁：铌粉重量比为60：50：70：220：300：80：6：6：80：30：50：30：28：12：8：6。
本发明的目的之二在于提供一种适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条的制备方法。
技术方案是：一种适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条的制备方法，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550℃高温工作设备件的特殊耐热钢的焊接方法。
技术方案是：一种550℃高温工作设备件的特殊耐热钢的焊接方法，所述焊接方法采用上述的的适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条焊接所述的550℃高温工作设备件的特殊耐热钢。
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。
有益效果：
本发明焊条在730℃±15℃，保温2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)：≥590，室温屈服强Rp0.2(MPa)：≥490，室温伸长率A(％)：≥15，20℃冲击功KV(J)：单值≥100。
焊缝熔敷金属在以下状态下：980℃油淬1小时，然后580℃回火2.5小时后空冷，焊缝熔敷金属力学性能均能达到如下：室温抗拉强度要求：Rm(Mpa)：≥980MPa，室温伸长率A(％)：≥15。
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。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。
本发明采用的药皮以碳酸盐、氟化物和硅酸盐为主，同时添加少量的含二氧化钛原材料改善压涂物质。
名词解释：
550℃高温工作设备件的特殊耐热钢-指Cr2.5Mo类低合金钢结构，如550℃条件下工作的高温高压管道、化工机械、石油裂化设备等。
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，焊条需要下述各种成分重量为(g)：
白云石：10、菱苦土：10、钛铁矿：50、大理石：330、萤石：300、金红石：40、纯碱：6、锆英砂：10、铁粉：60、电解锰：30、硅微粉：40，冰晶粉：20，金属铬：,30，钼粉：12，钒铁：8，铌粉：6，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。焊接是按照国际标准GB/T5118相关要求，试板母材采用Q345，坡口采用本发明焊条堆边，加工之后堆边厚度3mm。
焊条熔敷金属化学成分为：
C：0.90wt％、Mn：0.75wt％、Si：0.25wt％、S：0.005wt％、P：0.006wt％、Cr：2.20wt％、Mo：0.95wt％、V：0.21wt％、Nb:0.005wt％、Sn:0.005wt％、As:0.005wt％、Al:0.01wt％、Sb:0.001wt％，余量为Fe和杂质元素。
焊条熔敷金属力学性能为：
表1焊条熔敷金属力学性能
实施例2
本实验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)：白云石：20、菱苦土：20、钛铁矿：70、大理石：280、萤石：280、金红石：30、纯碱：6、锆英砂：10、铁粉：80、电解锰：30、硅微粉：50，冰晶粉：30，金属铬：30，钼粉：12，钒铁：8，铌粉：6，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。焊接是按照国际标准GB/T5118相关要求，试板母材采用Q345，坡口采用本发明焊条堆边，加工之后堆边厚度3mm。
焊条熔敷金属化学成分为：C：0.95wt％、Mn：0.70wt％、Si：0.30wt％、S：0.005wt％、P：0.006wt％、Cr：2.25wt％、Mo：0.93wt％、V：0.22wt％、Nb:0.006wt％、Sn:0.005wt％、As:0.005wt％、Al:0.01wt％、Sb:0.001wt％，余量为Fe和杂质元素。
表2焊条熔敷金属力学性能
实施例3
本实验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)：
白云石：60、菱苦土：50、钛铁矿：70、大理石：220、萤石：300、金红石：80、纯碱：6、锆英砂：6、铁粉：80、电解锰：30、硅微粉：50，冰晶粉：30，金属铬：28，钼粉：12，钒铁：8，铌粉：6，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。焊接是按照国际标准GB/T5118相关要求，试板母材采用Q345，坡口采用本发明焊条堆边，加工之后堆边厚度3mm。
焊条熔敷金属化学成分为：C：0.89wt％、Mn：0.65wt％、Si：0.27wt％、S：0.005wt％、P：0.006wt％、Cr：2.19wt％、Mo：0.89wt％、V：0.20wt％、Nb:0.006wt％、Sn:0.005wt％、As:0.005wt％、Al:0.01wt％、Sb:0.001wt％，余量为Fe和杂质元素。
焊条熔敷金属力学性能为：
表3焊条熔敷金属力学性能
本发明各实施例中，白云石：CaCO3≥50.0％、MgCO3≥40.0％、S≤0.04％、P≤0.04％，颗粒度要求：-30目：100％；菱苦土：MgCO3≥90.0％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求：-30目：100％；钛铁矿：Fe3O4:45.0-54.0％、TiO2≥46.0％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求：-30目：100％；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％；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％。

Claims (8)

1.一种适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条，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：
2.根据权利要求1所述的适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条，其特征在于：所述白云石：CaCO3≥50.0％、MgCO3≥40.0％、S≤0.04％、P≤0.04％，颗粒度要求：-30目：100％；菱苦土：MgCO3≥90.0％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求：-30目：100％；钛铁矿：Fe3O4:45.0-54.0％、TiO2≥46.0％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求：-30目：100％；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％；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550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条，其特征在于：所述白云石：菱苦土：钛铁矿：大理石：萤石：金红石：纯碱：锆英砂：铁粉：电解锰：硅微粉：冰晶粉：金属铬：钼粉：钒铁：铌粉重量比为10：10：50：330：300：40：6：10：60：30：40：20：30：12：8：6。
5.根据权利要求1所述的适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条，其特征在于：所述白云石：菱苦土：钛铁矿：大理石：萤石：金红石：纯碱：锆英砂：铁粉：电解锰：硅微粉：冰晶粉：金属铬：钼粉：钒铁：铌粉重量比为20：20：70：280：280：30：6：10：80：30：50：30：30：12：8：6。
6.根据权利要求1所述的适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条，其特征在于：所述白云石：菱苦土：钛铁矿：大理石：萤石：金红石：纯碱：锆英砂：铁粉：电解锰：硅微粉：冰晶粉：金属铬：钼粉：钒铁：铌粉重量比为60：50：70：220：300：80：6：6：80：30：50：30：28：12：8：6。
7.一种制备权利要求1至6任一权利要求所述的适用于550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条的方法，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550℃高温工作设备件的特殊耐热钢的焊接方法，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550℃高温工作设备件的特殊耐热钢焊条焊接所述的550℃高温工作设备件的特殊耐热钢。
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