CN107900560B - 用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条及其制备方法，包括铬镍钼合金焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮，所述药皮包括以下组分：大理石：8.0‑10.0重量份；萤石：0.5‑3.5重量份；长石粉：3.0‑8.0重量份；金红石：8.0‑16.0重量份；电解锰：0.5‑1.5重量份；二氧化硅：1.0‑2.0重量份；钼铁：0.2‑0.6重量份；金属镍粉：0.4‑0.8重量份；金属铬：4.5‑6.0重量份。本发明强度在大于900MPa的情况下20℃冲击功能达到50J以上。

Description

用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条及其制备方法
技术领域
本发明涉及属于焊接材料制备的技术领域，更具体地讲，涉及一种用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条及其制备方法。
背景技术
水电是绿色能源、可再生能源，运行费用低，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。呼吁采用清洁能源、绿色能源、可再生能源，减少有害排放物已成为减少环境污染的主要途径。中国已建成葛洲坝、乌江渡、白山、龙羊峡和以礼河梯级等各类常规水电站，建成了潘家口等大型抽水蓄能电站和试验性的江厦潮汐电站。今后在水力资源丰富而又未充分开发的国家(如中国)，常规水电站的建设将稳步增长。大型电站的机组单机容量将向巨型化发展。同时，随着经济发展和能源日益紧张，小水电将受到各国的重视。
水电机组，由于受到水力的、机械的、材料的和水中颗粒作用不同的影响，会受到空蚀、磨损、腐蚀、水力疲劳等破坏。通常以水轮机转轮，尤其以叶片受到破坏为甚。有的受力部件经长期运行后会发生老化、产生疲劳破坏。
但迄今没有与之相配合的焊条，CN102430876A公开了一种镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条，焊芯成分为(wt％)：Ni.50.0-68.0，Cr.18.0-23.0，Mo.6.0-11.0，Nb.3.0-6.0，Fe.2.50-9.00，C.0.01-0.1，Mn.0.10-1.00，Si.0.010-0.10，S≤0.015，P≤0.015，Cu.0.01-0.10，Co.0.003-0.010，余量为杂质；药皮成分以焊芯的重量百分比计：大理石12～18，萤石10-15，碳酸钡12-18，金红石5.0-6.4，铌铁3.5-5.0，金属铬粉3.3-4.5，纯碱0.45-0.65，电解锰0.45-0.65，锆英砂1.3-1.8；粘结剂为粉料总重量10-20％，经混合、裹覆于焊芯上及低、高温烘焙。CN102357745A也公开了一种X60等级管线钢焊接用电焊条，焊芯成分为(wt％):C.0.02-0.10、Mn.0.30-0.55、Si.0.015-0.03、Cr.0.01-.20、Ni.0.01-0.30、S≤0.005、P≤0.010、Fe.98.675-99.47,余量为杂质；药皮以焊芯的重量计、其成分为(wt％):大理石17.0-21.0、萤石8.0-10.0、长石2.5-3.0wt、石英2.0-2.5、电解锰2.0-3.0％、硅铁1.5-2.5％、钛铁2.5-3.2％、纯碱0.3-0.6、铁粉1.5-2.5、镍粉0.2-0.5,粘结剂为粉料重量的10-20％,按常规方法混合、裹覆于焊芯上、经低高温烘焙即成。但将该两个专利的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢的焊接，存在以下缺陷：。
1.公开号为CN102430876A、发明名称为《一种镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条》的专利焊条，此类焊条属于镍基镍合金类焊条，主要用于镍铬钼合金的焊接，其熔敷金属成分为：C：0.021％，Mn：0.42％，Si：0.38％，S：0.008％，P：0.01％，Cr：21.9％，Mo：8.75％，Fe：5.8％，Co：0.06％，Cu：0.02％，Nb：3.42％，余量为Ni及不可避免的杂质；其力学性能：抗拉强度(MPa)830、屈服强度(MPa)540，其熔敷金属的化学成份、力学及耐腐蚀性能与水电机组马氏体不锈钢母材不匹配，而且成本过高，不适用于水电机组的修复工作。
2.公开号为CN102357745A、发明名称为《一种X60等级管线钢焊接用电焊条》的专利焊条，此类焊条属于低合金钢类焊条，其熔敷金属化学成分(wt％)为：C：0.075、Mn：1.37、Si：0.27、S：0.004、P：0.016、Ni：0.235、Cr：0.025、Fe：97.175，余量为杂质；其力学性能：抗拉强度(MPa)560、屈服强度(MPa)450，尤其是熔敷金属铬含量较低，极大地降低了焊缝的抗腐蚀性和抗磨损性，难以满足水电机组马氏体钢修复耐蚀耐磨要求抗拉强度(MPa)大于760的最低要求。
发明内容
本发明用于焊接06Cr13或同类不锈钢，特别适用于水电机组修复耐蚀耐磨表面堆焊，如水轮机转轮部件、水轮机轴等焊接。本发明焊条为全位置金红石型不锈钢电焊条。
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于水电机组修复耐蚀耐磨配套用金红石型不锈钢电焊条：焊接时电弧稳定，药皮不易发红开裂，飞溅小，脱渣好，焊缝成型美观，操作性能好。焊接熔敷金属在热处理状态下，常温条件下的抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0.2)、延伸率(A)、(+20℃)冲击功(Akv)、焊缝硬度优良。
本发明公开一种用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条。
技术方案是：一种用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，包括铬镍钼合金焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮，所述药皮包括以下组分：
大理石：8.0-10.0重量份；
萤石：0.5-3.5重量份；
长石粉：3.0-8.0重量份；
金红石：8.0-16.0重量份；
电解锰：0.5-1.5重量份；
二氧化硅：1.0-2.0重量份；
钼铁：0.2-0.6重量份；
金属镍粉：0.4-0.8重量份；
金属铬：4.5-6.0重量份。
作为优选，所述大理石中CaCO3含量≥96％，萤石中CaF2含量≥96％，长石粉中SiO2≥63％、Al2O3≥16％、K2O+Na2O≥12％，金红石中TiO2≥95.5％，电解锰中Mn≥99.5％，二氧化硅中Si42-47％，钼铁中Mo55-60％，金属镍粉中Ni≥99.5％，金属铬中Cr≥98％。
作为优选，所述大理石为含CaCO398.40％的大理石，萤石为含CaF297.30％的萤石，长石粉为含SiO263.6％、Al2O317.3％、K2O+Na2O 16.0％的长石粉，金红石为含TiO296.5％的金红石，电解锰为含Mn99.7％的电解锰，二氧化硅为含Si45.5％的二氧化硅，钼铁为含Mo57.3％的钼铁，金属镍粉为含Ni99.8％的金属镍粉，金属铬为含Cr99.1％的金属铬。
作为优选，所述
大理石9.0重量份；
萤石2.0重量份；
长石粉8.0重量份；
金红石12.0重量份；
电解锰1.0重量份；
二氧化硅2.0重量份；
钼铁0.4重量份；
金属镍粉0.6重量份；
金属铬4.5重量份。
作为优选，所述
大理石10.0重量份；
萤石3.5重量份；
长石粉3.0重量份；
金红石8.0重量份；
电解锰0.5重量份；
二氧化硅1.0重量份；
钼铁0.2重量份；
金属镍粉0.8重量份；
金属铬6.0重量份。
作为优选，所述
大理石8.0重量份；
萤石0.5重量份；
长石粉5.0重量份；
金红石16.0重量份；
电解锰1.5重量份；
二氧化硅1.5重量份；
钼铁0.6重量份；
金属镍粉0.4重量份；
金属铬5.2重量份。
作为优选，所述所述铬镍钼合金焊芯包括以下成分：
C≤0.03wt％；
Mn≤0.60wt％；
Si≤0.4wt％；
Cr11.0-14.0wt％；
Ni4.0-5.0wt％；
Cu≤0.40wt％；
Mo0.4-0.7wt％；
S≤0.020wt％；
P≤0.030wt％；
余量为Fe及必不可少的杂质。
作为优选，所述铬镍钼合金焊芯包括以下成分：
C：0.010wt％；
Mn：0.18wt％；
Si：0.12wt％；
Cr：12.14wt％；
Ni：4.25wt％；
Cu：0.023wt％；
Mo：0.47wt％；
S：0.016wt％；
P：0.017wt％；
余量为Fe及必不可少杂质。
本发明公开了一种用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条的制备方法。
技术方案是：一种上述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条的制备方法，包括以下步骤：
①将上述粉料拌混合均匀；
②加入浓度为40°～45°的钾钠水玻璃混合均匀；
③送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经80-120℃低温烘焙3小时、300-350℃高温烘焙1小时，即得用于水电机组修复耐蚀耐磨的金红石型不锈钢电焊条。
本发明公开了一种焊接方法。
技术方案是：一种焊接方法，该方法采用权上述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，该焊条与水轮机转轮部件或水轮机轴配套使用。
发明原理及有益效果：
本发明中，各成分作用如下：
碳酸盐：在电弧热的作用下分解成CaO和CO2，是焊条制造中极常用的造渣、造气材料，能够提高熔渣的碱度，稳定电弧、细化熔滴，增大熔渣与金属界面张力，改善脱渣，并有较好的脱硫能力。
萤石：一定量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高熔渣的流动性，降低焊缝气孔敏感性，改善熔渣的物理性能，对焊缝成型、脱渣等起关键作用。
长石粉：主要作用是造渣、稳定电弧，并提高电焊条再引弧性能。焊接时提高电弧电压，细化熔滴，提高焊条熔化速度。
金红石：主要作用是稳定电弧、造渣，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小焊接飞溅。
电解锰：加入可起到脱硫、脱氧的作用，还可以向焊缝过渡(渗入)锰元素、提高焊缝强度。
二氧化硅：在焊条中作脱氧剂，并有利于稳定电弧，细化熔滴，改善熔渣的物理性能。
钼铁：合金剂，采用铁合金的形式，过渡稳定，波动小，能够有效的提高强度。
金属镍粉：合金剂，向焊缝过渡(渗入)镍元素。
金属铬：可以向焊缝过渡(渗入)铬元素，提高焊缝金属的强度和屈服点，抗腐蚀性能。
本发明研发的用于水电机组修复耐蚀耐磨配套用不锈钢电焊条，通过修复水轮机部件，可以使设备的机械完好性、运行性能恢复最佳，可以在很长一段时间内保证其安全可靠运行。
本发明保护的电焊条焊接熔敷金属化学成分分析、射线检测、拉伸试验、均满足水电机组修复用焊接材料特殊要求，焊接熔敷金属在热处理状态下，常温条件下的抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0.2)、延伸率(A)、(+20℃)冲击功(Akv)、焊缝硬度等各项力学性能良好，尤其是强度在大于900MPa的情况下20℃冲击功能达到50J以上。焊接时电弧稳定，药皮不易发红开裂，飞溅小，脱渣好，焊缝成型美观，操作性能好。
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。
实施例1
取焊芯成分为(wt％)：C：0.010％、Mn：0.18％、Si：0.12％、Cr：12.14％、Ni：4.25％、Cu：0.023％、Mo：0.47％、S：0.016％、P：0.017％，余量为Fe及必不可少杂质，焊芯为铬镍钼合金焊芯。
取药皮，药皮中各成分重量如下：含CaCO398.40％的大理石9.0kg；含CaF297.30％的萤石2.0kg；含SiO263.6％、Al2O317.3％、K2O+Na2O 16.0％的长石粉8.0kg；含TiO296.5％的金红石12.0kg；含Mn99.7％的电解锰1.0kg；含Si45.5％的二氧化硅2.0kg；含Mo57.3％的钼铁0.4kg；含Ni99.8％的金属镍粉0.6kg；含Cr99.1％的金属铬4.5kg。
将上述粉料拌混合均匀后，加入浓度为40°～45°的钾钠水玻璃6.8kg混合均匀，然后送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经100℃低温烘焙3小时、350℃高温烘焙1小时，即得用于水电机组修复耐蚀耐磨的金红石型不锈钢电焊条1。
将所得的用于水电机组修复耐蚀耐磨的金红石型不锈钢电焊条1进行焊接实验，焊接时电弧稳定，药皮不易发红开裂，飞溅小，脱渣好，焊缝成型美观，操作性能好。其熔敷金属成分：C：0.028％、Mn：0.77％、Si：0.55％、Cr：13.15％、Ni：4.56％、Mo：0.52％、Cu：0.022％、S：0.010％、P：0.018％，余量为不可避免的杂质。
熔敷金属热处理610℃×1h，其常温下的力学性能：抗拉强度Rm＝910Mpa、屈服强度Rp0.2＝851Mpa、延伸率A＝17.5％、冲击Akv(+20℃)平均值52J、焊缝中部硬度(HV10)平均值311。在表面堆焊后，焊态表面硬度(HV10)平均值403。
实施例2
本实施例除药皮中各成分重量不同外，其余与实施例1均相同。
本实施例中药皮中各成分重量如下：含CaCO398.40％的大理石10.0kg；含CaF297.30％的萤石3.5kg；含SiO263.6％、Al2O317.3％、K2O+Na2O 16.0％的长石粉3.0kg；含TiO296.5％的金红石8.0kg；含Mn99.7％的电解锰0.5kg；含Si45.5％的二氧化硅1.0kg；含Mo57.3％的钼铁0.2kg；含Ni99.8％的金属镍粉0.8kg；含Cr99.1％的金属铬6.0kg。
将所得的用于水电机组修复耐蚀耐磨的金红石型不锈钢电焊条2进行焊接实验，其熔敷金属成分：C：0.032％、Mn：0.50％、Si：0.15％、Cr：13.80％、Ni：4.85％、Mo：0.45％、Cu：0.025％、S：0.009％、P：0.015％，余量为不可避免的杂质。
熔敷金属热处理610℃×1h，其常温下的力学性能：抗拉强度Rm＝902Mpa、屈服强度Rp0.2＝856Mpa、延伸率A＝19.5％、冲击Akv(+20℃)平均值51J、焊缝中部硬度(HV10)平均值317。在表面堆焊后，焊态表面硬度(HV10)平均值410。
实施例3
本实施例除药皮中各成分重量不同外，其余与实施例1均相同。
本实施例中药皮中各成分重量如下：含CaCO398.40％的大理石8.0kg；含CaF297.30％的萤石0.5kg；含SiO263.6％、Al2O317.3％、K2O+Na2O 16.0％的长石粉5.0kg；含TiO296.5％的金红石16.0kg；含Mn99.7％的电解锰1.5kg；含Si45.5％的二氧化硅1.5kg；含Mo57.3％的钼铁0.6kg；含Ni99.8％的金属镍粉0.4kg；含Cr99.1％的金属铬5.2kg。
将所得的用于水电机组修复耐蚀耐磨的金红石型不锈钢电焊条3进行焊接实验，其熔敷金属成分：C：0.030％、Mn：0.90％、Si：0.30％、Cr：13.44％、Ni：4.32％、Mo：0.63％、Cu：0.020％、S：0.010％、P：0.020％，余量为不可避免的杂质。
熔敷金属热处理610℃×1h，其常温下的力学性能：抗拉强度Rm＝905Mpa、屈服强度Rp0.2＝840Mpa、延伸率A＝18.0％、冲击Akv(+20℃)平均值56J、焊缝中部硬度(HV10)平均值312。在表面堆焊后，焊态表面硬度(HV10)平均值398。

Claims (9)

1.一种用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，包括铬镍钼合金焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮，所述药皮包括以下组分：
大理石：8.0-10.0重量份；
萤石：0.5-3.5重量份；
长石粉：3.0-8.0重量份；
金红石：8.0-16.0重量份；
电解锰：0.5-1.5重量份；
二氧化硅：1.0-2.0重量份；
钼铁：0.2-0.6重量份；
金属镍粉：0.4-0.8重量份；
金属铬：4.5-6.0重量份；
所述铬镍钼合金焊芯包括以下成分：
C≤0.03wt％；
Mn≤0.60wt％；
Si≤0.4wt％；
Cr11.0-14.0wt％；
Ni4.0-5.0wt％；
Cu≤0.40wt％；
Mo0.4-0.7wt％；
S≤0.020wt％；
P≤0.030wt％；
余量为Fe及必不可少的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，其特征在于：所述大理石中CaCO3含量≥96％，萤石中CaF2含量≥96％，长石粉中SiO2≥63％、Al2O3≥16％、K2O+Na2O≥12％，金红石中TiO2≥95.5％，电解锰中Mn≥99.5％，二氧化硅中Si42-47％，钼铁中Mo55-60％，金属镍粉中Ni≥99.5％，金属铬中Cr≥98％。
3.根据权利要求2所述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，其特征在于：所述大理石为含CaCO398.40％的大理石，萤石为含CaF297.30％的萤石，长石粉为含SiO263.6％、Al2O3 17.3％、K2O+Na2O 16.0％的长石粉，金红石为含TiO296.5％的金红石，电解锰为含Mn99.7％的电解锰，二氧化硅为含Si45.5％的二氧化硅，钼铁为含Mo57.3％的钼铁，金属镍粉为含Ni99.8％的金属镍粉，金属铬为含Cr99.1％的金属铬。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，其特征在于：所述
大理石9.0重量份；
萤石2.0重量份；
长石粉8.0重量份；
金红石12.0重量份；
电解锰1.0重量份；
二氧化硅2.0重量份；
钼铁0.4重量份；
金属镍粉0.6重量份；
金属铬4.5重量份。
5.根据权利要求1-3任一所述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，其特征在于：所述
大理石10.0重量份；
萤石3.5重量份；
长石粉3.0重量份；
金红石8.0重量份；
电解锰0.5重量份；
二氧化硅1.0重量份；
钼铁0.2重量份；
金属镍粉0.8重量份；
金属铬6.0重量份。
6.根据权利要求1-3任一所述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，其特征在于：所述
大理石8.0重量份；
萤石0.5重量份；
长石粉5.0重量份；
金红石16.0重量份；
电解锰1.5重量份；
二氧化硅1.5重量份；
钼铁0.6重量份；
金属镍粉0.4重量份；
金属铬5.2重量份。
7.根据权利要求6所述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，其特征在于所述铬镍钼合金焊芯包括以下成分：
C：0.010wt％；
Mn：0.18wt％；
Si：0.12wt％；
Cr：12.14wt％；
Ni：4.25wt％；
Cu：0.023wt％；
Mo：0.47wt％；
S：0.016wt％；
P：0.017wt％；
余量为Fe及必不可少杂质。
8.一种权利要求1-7任一所述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条的制备方法，包括以下步骤：
①将上述药皮中各组分以粉料的形式搅拌混合均匀；
②加入浓度为40°～45°的钾钠水玻璃混合均匀；
③送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经80-120℃低温烘焙3小时、300-350℃高温烘焙1小时，即得用于水电机组修复耐蚀耐磨的金红石型不锈钢电焊条。
9.一种焊接方法，该方法采用权利要求1-7任一所述的用于水电机组修复耐蚀耐磨的不锈钢电焊条，该焊条与水轮机转轮部件或水轮机轴配套使用。
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