CN108098187A - 一种超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，其熔敷金属化学成分为：C 0.03‑0.10，Mn 1.0‑2.5，Si≤0.80，Ni 24.0‑26.0，Cr 21.5‑23.5，Mo 1.5‑2.5，Cu 2.5‑3.5，Nb 0.30‑0.60，W 3.0‑4.0，Co 1.0‑2.0，N 0.15‑0.30，余量为Fe及杂质。本发明采用CaO‑CaF2‑SiO2渣系配方，添加微量合金元素，熔敷金属主要成分为25％Ni‑22％Cr‑3％Cu‑3％W‑1％Co，焊接工艺性能良好，熔敷金属抗拉强度Rm≥720MPa，延伸≥35％，常温KV2≥50J。

Description

一种超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条
技术领域
本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条。
背景技术
600℃以上高效超超临界火力电站的发展已是一种必然，高温段常用的材料是Super304H和HR3C等奥氏体耐热钢，要么抗高温氧化和腐蚀能力有限，要么高温持久强度不足，导致管子壁厚过大，材料成本和制造工艺难度增大。因此要建造623℃或更高温度的二次再热高效超超临界火电机组，并保证安全运行，必须完善和发展更高性能的奥氏体耐热钢。
瑞典山特维克公司研发的Sanicro25钢可以应用于此，已通过ASME第I卷认证，在第I卷中关于锅炉建造的规范案例号为CodeCase2753并列入SA-213《锅炉过热器和热交换器用铁素体奥氏体合金钢无缝钢管》。其具有优良的高温性能，在高效煤粉燃烧蒸汽锅炉中使用时具有较高的蠕变强度、抗氧化性、组织稳定性及良好的加工制造性能；Sanicro 25管可在700℃左右的高温下使用，因其在煤灰环境中具有优越的耐蚀性，所以它是再热器和过热器的理想材料；能提高锅炉运行效率到50％以上(现行锅炉运行效率为35～45％)，显著减少每千瓦发电量的CO2排放量。而对于这种新型奥氏体耐热不锈钢，国内暂无相匹配的焊接材料。因此，研制与Sanicro25钢相匹配的焊材，具有广泛的应用前景。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，采用CaO-CaF2-SiO2渣系配方，熔敷金属主要成分为25％Ni-22％Cr-3％Cu-3％W-1％Co，焊接工艺性能良好，熔敷金属抗拉强度Rm≥720MPa，延伸≥35％，常温KV2≥50J。
为达到以上技术目的，本发明的技术方案是，一种超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述焊芯采用合金芯线，药皮采用CaO-CaF2-SiO2渣系，合金元素采用焊条芯线过渡；按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：C 0.03-0.10，Mn 1.0-2.5，Si≤0.80，Ni 24.0-26.0，Cr 21.5-23.5，Mo 1.5-2.5，Cu2.5-3.5，Nb 0.30-0.60，W 3.0-4.0，Co 1.0-2.0，N 0.15-0.30，余量为Fe及杂质。
优选的，按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：C0.044-0.047，Mn 2.05-2.08，Si≤0.47，Ni 25.1-25.3，Cr 22.1-22.5，Mo 2.01-2.03，Cu 3.36-3.43，Nb 0.45-0.48，W3.85-3.89，Co1.53-1.56，N 0.20-0.21，余量为Fe及杂质。
优选的，按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N
0.044 2.08 0.42 25.2 22.1 2.03 3.43 0.48 3.89 1.53 0.20
余量为Fe及杂质。
优选的，按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N
0.047 2.05 0.47 25.1 22.5 2.01 3.36 0.45 3.87 1.55 0.21
余量为Fe及杂质。
优选的，按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N
0.046 2.07 0.45 25.3 22.4 2.01 3.39 0.47 3.85 1.56 0.20
余量为Fe及杂质。
在本发明焊条的化学成分中，对各化学元素的限定理由分别叙述如下：本发明焊条的成分中，C具有很强的强化作用，同时会显著降低材料塑性和韧性，当C＞0.1％时，随着含碳量的增加，钢的强度反而下降，而过低的C对高温持久强度不利，故C含量应限制在C0.03-0.10％。
Mn元素具有良好的脱氧和脱硫效果，能有效地提高熔敷金属的强度，但Mn含量太高会降低组织的高温铁素体的稳定性，故其含量控制在1.0-2.5％为宜。
本发明焊条中加入的Si是一种重要的脱氧剂，与Cr同时存在时还可以提高合金的高温抗氧化性能，一般控制在≤0.80％。
Ni是奥氏体强化元素，能提高钢的淬透性，改善材料的断裂性能，尤其是冲击韧性，但过多的Ni使组织回火过程中马氏体稳定降低，所以Ni控制在24.0-26.0％为宜。
Cr可以提高耐热钢的抗氧化性能和腐蚀性能；提高钢的高温持久强度和蠕变强度，固溶于基体起固溶强化作用；但Cr含量过高会降低持久强度，所以本发明Cr含量控制在21.5-23.5％。
Mo能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，本发明中Mo含量控制在1.5-2.5％。
Cu能提高钢的强度和韧性，特别是大气腐蚀性能，但含量过高会降低钢的高温塑性，故Cu的含量控制在2.5-3.5％。
本发明中Nb的含量控制在0.30-0.60％，从而保证焊缝金属具有优良的高温蠕变性能和理想的常温韧性。
W能显著提高耐热钢的持久强度和蠕变极限，W的最佳量控制在3.0-4.0％。
Co主要起固溶强化作用，在对Sanicro母材4000h蠕变试验后分析组织，未发现Co的化合物，说明Co依然处于弥散分布状态，因此建议适量添加Co含量，故本发明Co含量控制在1.0-2.0％。
N是强烈的奥氏体形成元素，它对奥氏体的稳定性作用比Ni强20倍，过高的N会降低材料韧性，本发明中N控制在0.15-0.30％。
其余为Fe和杂质。
本发明的有益效果在于：
(1)焊条采用CaO-CaF2-SiO2渣系，因而工艺性优良，电弧燃烧稳定，挺度和吹力较好，飞溅小，流动性良好，焊缝成型美观，焊后脱渣容易；
(2)焊条能适用于全位置焊接；
(3)焊条药皮含水率＜0.15％；
(4)焊条熔敷金属抗拉强度Rm≥720MPa，延伸≥35％，常温KV2≥50J。
(5)该焊条焊缝金属具有优良的长期高温蠕变强度。
本发明的超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，采用CaO-CaF2-SiO2渣系配方，添加微量合金元素，熔敷金属主要成分为25％Ni-22％Cr-3％Cu-3％W-1％Co，焊接工艺性能良好，熔敷金属抗拉强度Rm≥720MPa，延伸≥35％，常温KV2≥50J。本发明经过成分配比设计及渣量配比，具有与母材相近的、优良的机械性能，因此特别适用于作为超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
一种超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述焊芯采用合金芯线，药皮采用CaO-CaF2-SiO2渣系，合金元素采用焊条芯线过渡；按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：C 0.03-0.10，Mn 1.0-2.5，Si≤0.80，Ni24.0-26.0，Cr 21.5-23.5，Mo 1.5-2.5，Cu 2.5-3.5，Nb 0.30-0.60，W 3.0-4.0，Co 1.0-2.0，N 0.15-0.30，余量为Fe及杂质。
实施例1：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按焊芯成分要求来选择焊芯，将药皮原料按比例进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表1-1焊芯成分(单位：重量百分比)
表1-2药皮成分配比(单位：重量百分比)
大理石 白云石 萤石 金红石 云母 硅铁 锰铁 铌铁 铜粉 铬粉 镍粉 钨粉 铁铁
15 10 16 5 3 5 1 4 7 4 15 7 余量
表1-3熔敷金属的化学成分(单位：％)余量为Fe及杂质
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N
0.044 2.08 0.42 25.2 22.1 2.03 3.43 0.48 3.89 1.53 0.20
表1-4熔敷金属的力学性能
实施例2：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按焊芯成分要求来选择焊芯，将药皮原料按比例进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表2-1焊芯线成分(单位：重量百分比)
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N
0.011 3.52 0.088 22.2 25.4 2.60 0.017 0.026 0.007 0.094 0.152
表2-2药皮成分(单位：重量百分比)
大理石 白云石 萤石 金红石 云母 硅铁 锰铁 铌铁 铜粉 铬粉 镍粉 钨粉 铁粉
16 11 17 6 3 5.5 1 4 6.5 4 14 6.5 余量
表2-3熔敷金属的化学成分(单位：％)余量为Fe及杂质
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N
0.047 2.05 0.47 25.1 22.5 2.01 3.36 0.45 3.87 1.55 0.21
表2-4熔敷金属的力学性能
实施例3：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按焊芯成分要求来选择焊芯，将药皮原料按比例进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表3-1焊芯成分(单位：重量百分比)
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N
0.010 3.53 0.091 22.3 25.3 2.61 0.018 0.024 0.008 0.095 0.150
表3-2药皮配方(单位：重量百分比)
大理石 白云石 萤石 金红石 云母 硅铁 锰铁 铌铁 铜粉 铬粉 镍粉 钨粉 铁粉
16 10 17 5.5 2.5 5 1 4.5 7 4 14 7 余量
表3-3熔敷金属的化学成分(单位：％)余量为Fe及杂质
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N
0.046 2.07 0.45 25.3 22.4 2.01 3.39 0.47 3.85 1.56 0.20
表3-4熔敷金属的力学性能
本发明的超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，采用CaO-CaF2-SiO2渣系配方，添加微量合金元素，熔敷金属主要成分为25％Ni-22％Cr-3％Cu-3％W-1％Co，焊接工艺性能良好，熔敷金属抗拉强度Rm≥720MPa，延伸≥35％，常温KV2≥50J。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，其特征在于，所述焊芯采用合金芯线，药皮采用CaO-CaF2-SiO2渣系，合金元素采用焊条芯线过渡；按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：C 0.03-0.10，Mn 1.0-2.5，Si≤0.80，Ni 24.0-26.0，Cr 21.5-23.5，Mo 1.5-2.5，Cu 2.5-3.5，Nb 0.30-0.60，W 3.0-4.0，Co 1.0-2.0，N 0.15-0.30，余量为Fe及杂质。
2.如权利要求1所述的超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，其特征在于，按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：C 0.044-0.047，Mn 2.05-2.08，Si≤0.47，Ni25.1-25.3，Cr 22.1-22.5，Mo 2.01-2.03，Cu 3.36-3.43，Nb 0.45-0.48，W 3.85-3.89，Co1.53-1.56，N 0.20-0.21，余量为Fe及杂质。
3.如权利要求1所述的超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，其特征在于，按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N 0.044 2.08 0.42 25.2 22.1 2.03 3.43 0.48 3.89 1.53 0.20
余量为Fe及杂质。
4.如权利要求1所述的超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，其特征在于，按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：
余量为Fe及杂质。
5.如权利要求1所述的超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条，其特征在于，按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：
C Mn Si Ni Cr Mo Cu Nb W Co N 0.046 2.07 0.45 25.3 22.4 2.01 3.39 0.47 3.85 1.56 0.20
余量为Fe及杂质。
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