CN107971656B - 高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条及其制备方法 - Google Patents

高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条及其制备方法，包括铬镍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：7‑11重量份；萤石：8‑11重量份；氟化稀土：0.4‑2重量份；硅酸盐：2‑5重量份；电解锰：0.4‑2重量份；钛铁：1‑3重量份；硅铁：1‑3重量份；铁粉：4‑6重量份；铬铁：3‑5.6重量份；镍粉：0‑2重量份；钼铁：1.6‑3.0重量份；纯碱：0.4‑1.0重量份。本发明焊接时电弧稳定，飞溅小，渣流动性好，脱渣好，焊缝成型美观，全位置操作性好。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)、断后伸长率(A)、0℃冲击功(KV)等各项力学性能优良，尤其是强度在大于850MPa的情况下0℃冲击吸收能量达到70J以上。

Description

高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊 条及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，特别涉及用于水轮机组焊接接头的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条及其生产方法。
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、环境温度和水中沙石颗粒作用不同的影响，会受到空蚀、磨损、腐蚀、水力疲劳等冲击破坏。如正在梯级开发中的溪洛渡水电站等，由于环境温度等有差异，故对焊接材料熔敷金属的塑韧性等提出了更高的要求。
201510813262.4公开了一种铬钼临氢钢用可全位置操作的低合金钢手工电焊条，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：碳酸盐22～30重量份、氟化物19～25重量份、硅铁9～12重量份、金属铬3～ 5重量份、电解锰1.5～2.0重量份、铁粉10～20重量份、钼铁2.5～3.0重量份、石墨0.5-0.6重量份、纯碱0.5-1.0重量份、海藻酸钠1.0～1.5重量份、镁粉0.5-1.0重量份、二氧化锆1-2重量份和稀土0.5-1.0重量份。103008923A 还公开了一种用于焊接1Ni9钢的低氢碱性焊条及其制备方法，包括药皮和焊芯，药皮按重量比由以下材料组成：大理石34～48％，萤石20～27％，石英2～ 8％，锆英砂4～5％，金红石3～10％，钛白粉1～3％，硅铁2～5％，稀土硅铁1～ 3％，钛铁4～11％，中碳锰铁2～8％，合成云母1～3％，纯碱1～2％，各组分重量百分比之和为100％。1404956A公开了一种管状碳化钨焊条，包括有焊管和装于焊管中的填料,所述填料包括烧结碳化钨颗粒、合金粉和有机粘结剂,所述烧结碳化钨颗粒的粒度分布按重量记为:20～30目占0～80％,30～40目占20～ 100％。填料中可加入有铸造碳化钨颗粒,所述填料的组分按重量记为:烧结碳化钨颗粒60～95％,铸造碳化钨颗粒0～35％,合金粉2～6％,有机粘结剂0.5～2％。但将上述三个专利的用于水轮机组的焊接，存在以下缺陷：①铬钼临氢钢用低合金钢手工电焊条焊接水轮机组，存在以下缺陷：不耐泥砂石磨不耐泥水等腐蚀；②1Ni9钢的低氢碱性焊条焊接水轮机组，存在以下缺陷：更不耐泥砂石磨不耐泥水等腐蚀；③碳化钨焊条焊接水轮机组，存在以下缺陷：虽耐磨，但因塑韧性差，在水、泥、砂石冲洗下会成块状脱落，可能造成严重的质量事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种用于水电机组用于水轮机组焊接接头的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条：焊接时电弧稳定，飞溅小，渣流动性好，脱渣好，焊缝成型美观，全位置操作性好。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)、断后伸长率(A)、0℃冲击功(KV)等各项力学性能优良，尤其是强度在大于 850MPa的情况下0℃冲击吸收能量达到70J以上。。
本发明公开一种高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条。
技术方案是：一种高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，包括铬镍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：7-11重量份；萤石：8-11重量份；氟化稀土：0.4-2重量份；硅酸盐：2-5重量份；电解锰：0.4-2重量份；钛铁：1-3重量份；硅铁：1-3重量份；铁粉：4-6重量份；铬铁：3-5.6重量份；镍粉：0-2重量份；钼铁：1.6-3.0 重量份；纯碱：0.4-1.0重量份。
作为优选，所述焊芯包括以下成分：C≤0.030wt％；Mn≤0.60wt％；Si≤0.40wt％；P≤0.030wt％；S≤0.020wt％；Cr11.0-12.5wt％；Ni4.0-5.0wt％； Cu≤0.40wt％。
作为优选，所述焊芯包括以下成分：C：0.015％、Mn：0.23％、Si：0.18％、 Cr：12.01％、Ni：4.32％、Cu：0.011％、S：0.016％、P：0.015％，余量为Fe 及必不可少的杂质。
作为优选，所述大理石7.0重量份；萤石11.0重量份；氟化稀土1.6重量份；硅酸盐4.0重量份；电解锰2.0重量份；钛铁2.0重量份；硅铁2.0重量份；铁粉5.0重量份；铬铁4.5重量份；镍粉1重量份；钼铁2.0重量份；纯碱0.6重量份。
作为优选，所述大理石11.0重量份；萤石8.0重量份；氟化稀土2.0重量份；硅酸盐2.4重量份；电解锰1.6重量份；钛铁3.0重量份；硅铁3.0重量份；铁粉6.0重量份；铬铁5.6重量份；镍粉2.0重量份；钼铁2.8重量份；纯碱0.8 重量份。
作为优选，所述大理石9.0重量份；萤石10.0重量份；氟化稀土0.4重量份；硅酸盐5.0重量份；电解锰2.0重量份；钛铁1.6重量份；硅铁2.4重量份；铁粉4.0重量份；铬铁4.2重量份；镍粉1.2重量份；钼铁2.0重量份；纯碱0.4 重量份。
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，氟化稀土为含REO84.2％的氟化稀土，硅酸盐为含SiO2 98.3％的硅酸盐，电解锰为含Mn99.5％的电解锰，钛铁为含Ti 30.1％的钛铁，硅铁为含Si 45.2％的硅铁，铁粉为含Fe98.2％的铁粉，铬铁为含Cr66.3％的铬铁，镍粉为含 Ni99.7％的镍粉，钼铁为含Mo56.5％的钼铁，纯碱为含NaCl 0.31％的纯碱。
本发明公开了一种高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条的制备方法。
技术方案是：一种上述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将上述粉料搅拌混合均匀；
步骤二、加入浓度为40°Be″～42°Be″的钾钠水玻璃混合均匀，送入压条机内将其包裹于焊芯上；
步骤三、再经100℃低温烘焙4小时、350℃高温烘焙1.5小时，即得用于水轮机组焊接接头的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条。
本发明公开了一种焊接方法。
技术方案是：一种焊接方法，上述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，该焊条与水轮机组配套使用。
发明原理及有益效果：
本发明中，各成分作用如下：
大理石：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。
氟化稀土：主要作用是冶金，净化熔池等作用，对焊缝的塑韧性等起关键作用。
硅酸盐：主要作用是造渣、稀渣。焊接时提高电弧电压，细化熔滴，提高焊条熔化速度。
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。
钛铁：加入可起到先期脱氧、稳定电弧、造渣作用。
硅铁：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。
铁粉：调节熔点温度、提高焊条熔敷效率等作用。
铬铁：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。
镍粉：合金剂，向焊缝过渡(渗入)镍元素。
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。
纯碱：粘结剂、稳定电弧等作用。
本发明研发的用于水轮机组焊接接头的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，通过焊接连接水轮机部件，可以使设备的机械运行优良，在很长一段时间内保证其安全可靠运行。。
本发明保护马氏体不锈钢碱性电焊条焊接熔敷金属化学成分、射线探伤、拉伸、冲击、抗裂试验等均满足水轮机组接头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)、断后伸长率(A)、0℃冲击功(KV)等各项力学性能优良，尤其是强度在大于 850MPa的情况下0℃冲击吸收能量达到70J以上。焊接时电弧稳定，飞溅小，渣流动性好，脱渣好，焊缝成型美观，全位置操作性好。该种不锈钢焊条用于焊接06Cr13Ni5Mo或同类不锈钢，特别适用于水电机组接头焊接，如水轮机转轮部件、水轮机轴等焊接。
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
取镍合金焊芯100kg，焊芯成分为(wt％)：C：0.015％、Mn：0.23％、Si： 0.18％、Cr：12.01％、Ni：4.32％、Cu：0.011％、S：0.016％、P：0.015％，余量为Fe及必不可少的杂质。
取药皮，药皮中各成分重量如下：含CaCO398.40％的大理石7.0kg；含CaF297.30％的萤石11.0kg；含REO84.2％的氟化稀土1.6kg；含SiO2 98.3％的硅酸盐4.0kg；含Mn99.5％的电解锰2.0kg；含Ti 30.1％的钛铁2.0kg；含Si 45.2％的硅铁2.0kg；含Fe98.2％的铁粉5.0kg；含Cr66.3％的铬铁4.5kg；含Ni99.7％的镍粉1kg；含Mo56.5％的钼铁2.0kg；含NaCl0.31％的纯碱0.6kg。
将上述粉料搅拌混合均匀后，加入浓度为40°Be″～42°Be″的钾钠水玻璃6.5kg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4小时、350℃高温烘焙1.5小时，即得用于水轮机组焊接接头的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条1。
将所得的用于水轮机组焊接接头的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条1进行焊接实验，焊接时电弧稳定，飞溅小，渣流动性好，脱渣好，焊缝成型美观，全位置操作性好。其熔敷金属成分：C：0.030％、 Mn：0.53％、Si：0.31％、Cr：12.12％、Ni：4.73％、Mo：0.55％、Cu：0.009％、 S：0.010％、P：0.012％，余量为不可避免的杂质。
熔敷金属热处理580℃×10h，其常温下的力学性能：抗拉强度Rm＝870Mpa、屈服强度Rp0.2＝800Mpa、延伸率A＝18％、冲击kv(0℃)平均值80J、焊缝硬度(HBW)平均值269。
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11.0kg；含CaF297.30％的萤石8.0kg；含REO84.2％的氟化稀土2.0kg；含SiO2 98.3％的硅酸盐2.4kg；含Mn99.5％的电解锰1.6kg；含Ti30.1％的钛铁3.0kg；含 Si45.2％的硅铁3.0kg；含Fe98.2％的铁粉6.0kg；含Cr66.3％的铬铁5.6kg；含Ni99.7％的镍粉2.0kg；含Mo56.5％的钼铁2.8kg；含NaCl0.31％的纯碱0.8kg。
将所得的用于水轮机组焊接接头的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条2进行焊接实验，其熔敷金属成分：C：0.033％、Mn： 0.49％、Si：0.29％、Cr：12.45％、Ni：4.91％、Mo：0.57％、Cu：0.008％、S： 0.009％、P：0.013％，余量为不可避免的杂质。
熔敷金属热处理580℃×10h，其常温下的力学性能：抗拉强度 Rm＝886Mpa、屈服强度Rp0.2＝815Mpa、延伸率A＝20％、冲击kv(0℃)平均值83J、焊缝硬度(HBW)平均值276。
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9.0kg；含CaF297.30％的萤石10.0kg；含REO84.2％的氟化稀土0.4kg；含SiO2 98.3％的硅酸盐5.0kg；含Mn99.5％的电解锰2.0kg；含Ti30.1％的钛铁1.6kg；含Si45.2％的硅铁2.4kg；含Fe98.2％的铁粉4.0kg；含Cr66.3％的铬铁4.2kg；含Ni99.7％的镍粉1.2kg；含Mo56.5％的钼铁2.0kg；含NaCl0.31％的纯碱0.4kg。
将所得的用于水轮机组焊接接头的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条3进行焊接实验，其熔敷金属成分：C：0.031％、Mn： 0.55％、Si：0.35％、Cr：12.02％、Ni：4.75％、Mo：0.52％、Cu：0.009％、S： 0.010％、P：0.012％，余量为不可避免的杂质。
熔敷金属热处理580℃×10h，其常温下的力学性能：抗拉强度 Rm＝880Mpa、屈服强度Rp0.2＝805Mpa、延伸率A＝18.5％、冲击kv(0℃)平均值81.5J、焊缝硬度(HBW)平均值273。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，包括铬镍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：7-11重量份；萤石：8-11重量份；氟化稀土：0.4-2重量份；硅酸盐：2-5重量份；电解锰：0.4-2重量份；钛铁：1-3重量份；硅铁：1-3重量份；铁粉：4-6重量份；铬铁：3-5.6重量份；镍粉：0-2重量份；钼铁：1.6-3.0重量份；纯碱：0.4-1.0重量份。
2.根据权利要求1所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，其特征在于所述焊芯包括以下成分：C≤0.030wt％；Mn≤0.60wt％；Si≤0.40wt％；P≤0.030wt％；S≤0.020wt％；Cr11.0-12.5wt％；Ni4.0-5.0wt％；Cu≤0.40wt％。
3.根据权利要求2所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，其特征在于所述焊芯包括以下成分：C：0.015％、Mn：0.23％、Si：0.18％、Cr：12.01％、Ni：4.32％、Cu：0.011％、S：0.016％、P：0.015％，余量为Fe及必不可少的杂质。
4.根据权利要求1-3任一所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，其特征在于：所述大理石7.0重量份；萤石11.0重量份；氟化稀土1.6重量份；硅酸盐4.0重量份；电解锰2.0重量份；钛铁2.0重量份；硅铁2.0重量份；铁粉5.0重量份；铬铁4.5重量份；镍粉1重量份；钼铁2.0重量份；纯碱0.6重量份。
5.根据权利要求1-3任一所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，其特征在于：所述大理石11.0重量份；萤石8.0重量份；氟化稀土2.0重量份；硅酸盐2.4重量份；电解锰1.6重量份；钛铁3.0重量份；硅铁3.0重量份；铁粉6.0重量份；铬铁5.6重量份；镍粉2.0重量份；钼铁2.8重量份；纯碱0.8重量份。
6.根据权利要求1-3任一所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，其特征在于：所述大理石9.0重量份；萤石10.0重量份；氟化稀土0.4重量份；硅酸盐5.0重量份；电解锰2.0重量份；钛铁1.6重量份；硅铁2.4重量份；铁粉4.0重量份；铬铁4.2重量份；镍粉1.2重量份；钼铁2.0重量份；纯碱0.4重量份。
7.根据权利要求1-3任一所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，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，氟化稀土为含REO84.2％的氟化稀土，硅酸盐为含SiO2 98.3％的硅酸盐，电解锰为含Mn99.5％的电解锰，钛铁为含Ti 30.1％的钛铁，硅铁为含Si 45.2％的硅铁，铁粉为含Fe98.2％的铁粉，铬铁为含Cr66.3％的铬铁，镍粉为含Ni99.7％的镍粉，钼铁为含Mo56.5％的钼铁，纯碱为含NaCl 0.31％的纯碱。
8.根据权利要求4所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，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，氟化稀土为含REO84.2％的氟化稀土，硅酸盐为含SiO2 98.3％的硅酸盐，电解锰为含Mn99.5％的电解锰，钛铁为含Ti 30.1％的钛铁，硅铁为含Si 45.2％的硅铁，铁粉为含Fe98.2％的铁粉，铬铁为含Cr66.3％的铬铁，镍粉为含Ni99.7％的镍粉，钼铁为含Mo56.5％的钼铁，纯碱为含NaCl 0.31％的纯碱。
9.根据权利要求5所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，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，氟化稀土为含REO84.2％的氟化稀土，硅酸盐为含SiO2 98.3％的硅酸盐，电解锰为含Mn99.5％的电解锰，钛铁为含Ti 30.1％的钛铁，硅铁为含Si 45.2％的硅铁，铁粉为含Fe98.2％的铁粉，铬铁为含Cr66.3％的铬铁，镍粉为含Ni99.7％的镍粉，钼铁为含Mo56.5％的钼铁，纯碱为含NaCl 0.31％的纯碱。
10.根据权利要求6所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，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，氟化稀土为含REO84.2％的氟化稀土，硅酸盐为含SiO2 98.3％的硅酸盐，电解锰为含Mn99.5％的电解锰，钛铁为含Ti 30.1％的钛铁，硅铁为含Si 45.2％的硅铁，铁粉为含Fe98.2％的铁粉，铬铁为含Cr66.3％的铬铁，镍粉为含Ni99.7％的镍粉，钼铁为含Mo56.5％的钼铁，纯碱为含NaCl 0.31％的纯碱。
11.一种权利要求1-10任一所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将将上述药皮中各组分以粉料的形式搅拌混合均匀；
步骤二、加入浓度为40°Be″～42°Be″的钾钠水玻璃混合均匀，送入压条机内将其包裹于焊芯上；
步骤三、再经100℃低温烘焙4小时、350℃高温烘焙1.5小时，即得用于水轮机组焊接接头的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条。
12.一种焊接方法，该方法采用权利要求1-10任一所述的高强度高塑韧性耐沙水冲蚀的洁净的马氏体不锈钢碱性电焊条，该焊条与水轮机组配套使用。
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