CN106425158A - 蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条及其制备方法,该焊条焊条熔敷金属化学成分为(wt%):C 0.06‑0.10wt%、Mn 0.3‑1.0wt%、Si≤0.50wt%、S≤0.010wt%、P≤0.010wt%、Cr 8.0‑9.5wt%、Co 2.5‑3.5wt%、W 2.4‑3.5wt%、V 0.15‑0.30wt%、Nb 0.020‑0.10wt%、N 0.005‑0.015wt%、B 0.002‑0.01wt%、Cu 0.70‑1.10wt%、Ce 0.05‑0.15wt%、Nd 0.005‑0.05wt%、La 0.001‑0.01wt%、Ni≤0.30wt%,余量为Fe和杂质。与现有的相比,本发明焊接后焊缝成型美观,焊道高度适中,焊缝侵润角适中,熔敷金属理化性能适中。
Description
技术领域
本发明涉及超超临界焊接材料领域技术,尤其涉及一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条及其制备方法。
背景技术
目前世界范围内主要超超临界火电机组的蒸汽参数为600℃,我国自1996年浙江玉环第一台600℃超超临界火电机组投运以来,已先后建成近百台600℃超超临界火电机组。为进一步降低煤耗、提高热效率和降低排放,为进一步降低煤耗、提高热效率和降低排放,我国2010年启动了700℃蒸汽参数超超临界火电机组研制国家计划。
耐热材料是制约火电机组向高参数发展的主要“瓶颈”问题,而大口径锅炉管和集箱则是“瓶颈中的瓶颈问题”。700℃蒸汽参数超超临界火电机组锅炉中的蒸汽温度是从600℃逐步升温到700℃,各个关键温度段均需要有满足使用要求的候选耐热材料。根据目前的研究结果,马氏体耐热钢P92可用于620℃蒸汽温度以下部分大口径锅炉管制造,镍基耐热合金CCA617可用于650-700℃蒸汽温度段大口径锅炉管制造。由于奥氏体耐热钢的热导率低、热膨胀系数大,不适合用于制造高参数超超临界火电机组的大口径锅炉管。
依托科技部973计划“耐高温马氏体钢的组织稳定性基础研究”课题和863计划“先进超超临界火电机组关键锅炉管开发”项目,钢铁研究总院和宝钢联合开发了G115钢。
G115钢属于超超临界钢中的一种,成分特点为9Cr-3W-3Co,是一种马氏体钢。与传统的T/P92钢相比,具有更高的使用温度和许用应力,在630℃-650℃蒸汽温度锅炉中具有广阔的应用前景。
但却不能找到与该钢材相匹配的焊接材料。
发明内容
本发明的目的之一就在于提供一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,焊接后焊缝成型美观,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:一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,该焊条焊条熔敷金属化学成分为(wt%):C 0.06-0.10wt%、Mn 0.3-1.0wt%、Si≤0.50wt%、S≤0.010wt%、P≤0.010wt%、Cr 8.0-9.5wt%、Co 2.5-3.5wt%、W 2.4-3.5wt%、V 0.15-0.30wt%、Nb0.020-0.10wt%、N 0.005-0.015wt%、B 0.002-0.01wt%、Cu 0.70-1.10wt%、Ce 0.05-0.15wt%、Nd 0.005-0.05wt%、La 0.001-0.01wt%、Ni≤0.30wt%,余量为Fe和杂质。
作为优选,该焊条由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成,该药皮包括以下组成成分:
大理石 250-350重量份
萤石 200-300重量份
金红石 40-70重量份
纯碱 4.5-7.0重量份
锆英砂 6-8重量份
铁粉 100-150重量份
电解锰 10-30重量份
硅微粉 20-60重量份
冰晶粉 20-60重量份
金属铬 1-10重量份
钒铁 1-15重量份
铌粉 1-15重量份
氮化铬铁 1-15重量份
硼砂 1-10重量份
氧化稀土 1-10重量份。
作为优选,所述焊芯组成成分为C 0.07-0.10wt%、Mn 0.30-0.50wt%、Si≤0.10wt%、S≤0.008wt%、P≤0.008wt%、Cr 8.0-9.0wt%、Co 2.60-3.10wt%、W 2.60-3.10wt%、V 0.10-0.20wt%、Nb 0.001-0.10wt%、N 0.001-0.050wt%、B 0.002-0.010wt%、Cu 0.70-1.00wt%、Ce 0.05-0.15wt%、Al≤0.040wt%、Ni≤0.10wt%,余量为Fe和杂质。
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%;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%;电解锰:Mn≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;硅微粉:SiO2≥98.0%、Fe2O3≤0.20%、S≤0.025%,P≤0.025%,颗粒度要求为-60目:100%。冰晶粉:F:≥53%、Al≥13%、Na≤29,颗粒度要求-80目:100%;金属铬:Cr≥99.9%,颗粒度要求-60目: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%;硼砂:B≥10%,颗粒度要求-60目:100%;氧化稀土:颗粒度要求为:-30目:100%。
本发明的目的之二在于提供一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条的制备方法。
技术方案是:一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条的制备方法,包括以下步骤:
①将药皮粉料拌混合均匀;
②加入浓度为42°-42.5°的钾钠水玻璃;
③送入条压机内将其裹覆于焊芯上;
④低温80~100℃烘焙2~3小时及高温380~400℃烘焙1.5~2小时。
技术方案是:。
发明原理:
大理石建渣造气,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和粘度,增加熔渣的流动性,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。
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:
本发明焊条焊接后焊缝成型美观,焊道高度适中,焊缝侵润角适中,熔敷金属理化性能适中。
本发明性能优良,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G115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等有害杂质元素极低。
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
本实施例焊芯(wt%)成分为:C 0.07-0.10wt%、Mn 0.30-0.50wt%、Si≤0.10wt%、S≤0.008wt%、P≤0.008wt%、Cr 8.0-9.0wt%、Co 2.60-3.10wt%、W 2.60-3.10wt%、V 0.10-0.20wt%、Nb 0.001-0.10wt%、N 0.001-0.050wt%、B 0.002-0.010wt%、Cu 0.70-1.00wt%、Ce 0.05-0.15wt%、Al≤0.040wt%、Ni≤0.10wt%,余量为Fe和杂质。
本实施例药皮成分为:
大理石280g、萤石250g、金红石60g、纯碱5.5g、锆英砂7g、铁粉120g、电解锰20g、硅微粉60g、冰晶粉40g、金属铬2g、钒铁7g、铌粉3g、氮化铬铁10g、硼砂5g、氧化稀土5g。
将上述粉料混合均匀后,加入浓度为42°-42.5°的钾钠水玻璃230g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焊芯(焊芯重1000g)上,再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时,得焊条。
将制取的焊条(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。
焊接试验焊接母材为G115钢。
焊接试验条件为。:
焊条熔敷金属化学成分为:C:0.08wt%、Mn:0.80wt%、Si:0.25wt%、S:0.006wt%、P:0.008wt%、Cr:9.13wt%、Co:2.88wt%、W:3.20wt%、V:0.21wt%、Nb:0.049wt%、N:0.009wt%、B:0.004wt%、Cu:1.0wt%、Ce:0.09wt%、Nd 0.02wt%、La0.005wt%、Al:0.001wt%,Ni:0.05wt%、余量为Fe和杂质。
焊缝熔敷金属在760℃±15℃保温2小时下,焊条熔敷金属力学性能为:
表1焊条熔敷金属力学性能
表2焊条熔敷金属高温拉伸数据
实施例2
本实验实施例焊芯与实施例一相同。
本实施例药皮为:大理石270g、萤石290g、金红石70g、纯碱5.5g、锆英砂7g、铁粉120g、电解锰20g、硅微粉30g、冰晶粉40g、金属铬2g、钒铁7g、铌粉3g、氮化铬铁10g、硼砂5g、氧化稀土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焊芯(焊芯重1000g)上,再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时,得焊条。
将制取的焊条(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。
焊接条件为:
焊条熔敷金属化学成分为:C:0.089wt%、Mn:0.75wt%、Si:0.30wt%、S:0.006wt%、P:0.008wt%、Cr:9.10wt%、Co:2.80wt%、W:3.25wt%、V:0.22wt%、Nb:0.047wt%、N:0.008wt%、B:0.0038wt%、Cu:1.05wt%、Ce:0.088wt%、Nd 0.02wt%、La0.005wt%、Al:0.001wt%,Ni:0.05wt%、余量为Fe和杂质。
焊条熔敷金属力学性能为:
表3焊条熔敷金属短时高温拉伸数据
实施例3
本实验实施例焊芯与实施例一相同。
本实施例药皮重量为(g):大理石340g、萤石200g、金红石40g、纯碱5.5g、锆英砂7g、铁粉g 120、电解锰20g、硅微粉20g、冰晶粉40g、金属铬2g、钒铁7g、铌粉3g、氮化铬铁10g、硼砂5g、氧化稀土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5.0mm焊芯(焊芯重1000g)上,再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时,得焊条。
将制取的焊条(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,
试验条件如下:
焊条熔敷金属化学成分为:C:0.094wt%、Mn:0.78wt%、Si:0.20wt%、S:0.006wt%、P:0.008wt%、Cr:9.12wt%、Co:2.70wt%、W:3.15wt%、V:0.20wt%、Nb:0.048wt%、N:0.01wt%、B:0.0039wt%、Cu:1.05wt%、Ce:0.098wt%、Nd 0.02wt%、La0.005wt%、Al:0.001wt%,Ni:0.05wt%、余量为Fe和杂质。
焊条熔敷金属力学性能为:
表4焊条熔敷金属短时高温拉伸数据
本发明中,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%;
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%;
电解锰:Mn≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;
硅微粉:SiO2≥98.0%、Fe2O3≤0.20%、S≤0.025%,P≤0.025%,颗粒度要求为-60目:100%。
冰晶粉:F:≥53%、Al≥13%、Na≤29,颗粒度要求-80目:100%;金属铬:Cr≥99.9%,颗粒度要求-60目: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%;
硼砂:B≥10%,颗粒度要求-60目:100%;
氧化稀土::颗粒度要求为:-30目:100%
本发明适用于长期于630℃-650℃服役下工件的焊接。
Claims (9)
1.一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,该焊条焊条熔敷金属化学成分为(wt%):C 0.06-0.10wt%、Mn 0.3-1.0wt%、Si≤0.50wt%、S≤0.010wt%、P≤0.010wt%、Cr 8.0-9.5wt%、Co 2.5-3.5wt%、W 2.4-3.5wt%、V 0.15-0.30wt%、Nb 0.020-0.10wt%、N 0.005-0.015wt%、B 0.002-0.01wt%、Cu 0.70-1.10wt%、Ce 0.05-0.15wt%、Nd 0.005-0.05wt%、La 0.001-0.01wt%、Ni≤0.30wt%,余量为Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,其特征在于该焊条由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成,该药皮包括以下组成成分:
大理石250-350重量份
萤石200-300重量份
金红石40-70重量份
纯碱4.5-7.0重量份
锆英砂6-8重量份
铁粉100-150重量份
电解锰10-30重量份
硅微粉20-60重量份
冰晶粉20-60重量份
金属铬1-10重量份
钒铁1-15重量份
铌粉1-15重量份
氮化铬铁1-15重量份
硼砂1-10重量份
氧化稀土1-10重量份。
3.根据权利要求2所述的蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,其特征在于所述药皮成分为:
大理石270-340重量份
萤石200-290重量份
金红石40-70重量份
纯碱4.5-7.0重量份
锆英砂6-8重量份
铁粉100-150重量份
电解锰10-30重量份
硅微粉20-60重量份
冰晶粉20-60重量份
金属铬1-10重量份
钒铁1-15重量份
铌粉1-15重量份
氮化铬铁1-15重量份
硼砂1-10重量份
氧化稀土1-10重量份。
4.根据权利要求3所述的蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,其特征在于:所述焊芯组成成分为C 0.07-0.10wt%、Mn 0.30-0.50wt%、Si≤0.10wt%、S≤0.008wt%、P≤0.008wt%、Cr 8.0-9.0wt%、Co 2.60-3.10wt%、W 2.60-3.10wt%、V 0.10-0.20wt%、Nb0.001-0.10wt%、N 0.001-0.050wt%、B 0.002-0.010wt%、Cu 0.70-1.00wt%、Ce 0.05-0.15wt%、Al≤0.040wt%、Ni≤0.10wt%,余量为Fe和杂质。
5.根据权利要求3或4任一所述的蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,其特征在于所述所述药皮成分为:
大理石270重量份
萤石250重量份
金红石60重量份
纯碱5.5重量份
锆英砂7重量份
铁粉120重量份
电解锰20重量份
硅微粉60重量份
冰晶粉40重量份
金属铬2重量份
钒铁7重量份
铌粉3重量份
氮化铬铁10重量份
硼砂5重量份
氧化稀土5重量份。
6.根据权利要求3或4任一所述的蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,其特征在于所述药皮成分为:
大理石270重量份
萤石290重量份
金红石70重量份
纯碱5.5重量份
锆英砂7重量份
铁粉120重量份
电解锰20重量份
硅微粉30重量份
冰晶粉40重量份
金属铬2重量份
钒铁7重量份
铌粉3重量份
氮化铬铁10重量份
硼砂5重量份
氧化稀土5重量份。
7.根据权利要求3或4任一所述的蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,其特征在于所述药皮成分为:
大理石340重量份
萤石200重量份
金红石40重量份
纯碱5.5重量份
锆英砂7重量份
铁粉120重量份、
电解锰20重量份
硅微粉20重量份
冰晶粉40重量份
金属铬2重量份
钒铁7重量份
铌粉3重量份
氮化铬铁10重量份
硼砂5重量份
氧化稀土5重量份。
8.根据权利要求1-7任一所述的蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条,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%;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%;电解锰:Mn≥99.9%,颗粒度要求-60目:100%;硅微粉:SiO2≥98.0%、Fe2O3≤0.20%、S≤0.025%,P≤0.025%,颗粒度要求为-60目:100%。冰晶粉:F:≥53%、Al≥13%、Na≤29,颗粒度要求-80目:100%;金属铬:Cr≥99.9%,颗粒度要求-60目: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%;硼砂:B≥10%,颗粒度要求-60目:100%;氧化稀土颗粒度要求为:-30目:100%。
9.一种权利要求1至8任一权利要求所述的蒸汽温度超超临界火电机组用钢配套焊条的制备方法,包括以下步骤:
①将药皮粉料拌混合均匀;
②加入浓度为42°-42.5°的钾钠水玻璃;
③送入条压机内将其裹覆于焊芯上;
④低温80~100℃烘焙2~3小时及高温380~400℃烘焙1.5~2小时。
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