CN104014949A - 一种高韧性合金系耐热钢焊条 - Google Patents
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Abstract
一种高韧性合金系耐热钢焊条,本发明通过选用S、P含量低的H08E盘条作为焊芯,然后采用CaO-CaF2-SiO2-ZrO2-MgO新型碱性渣系,通过药皮方式过渡合金元素,焊缝金属为1Cr-0.5Mo-V合金系,本发明具有良好的全位置焊接性,焊接过程中电弧燃烧平稳,铺展性和熔合性较好,飞溅较少,焊缝成型细致美观,脱渣容易等优点,本发明具有生产工艺性能优良,表面质量好,偏心易控制,成品率高等特点,同时本发明中通过合理配比获得的药皮具有良好的耐潮性,耐弯曲性;熔敷金属纯净,扩散氢低等。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种高韧性合金系耐热钢焊条,具体涉及一种高韧性1Cr-0.5Mo-V合金系耐热钢焊条。
【背景技术】
已知的,12Cr1MoV钢板广泛应用于石油化工、煤化工、核电、汽轮机缸体以及火电等领域580℃以下工作的高压、超高压锅炉、过热管道和主蒸汽管道,由于该类钢板使用环境比较苛刻,对与其相配套的焊接材料要求较高,工程上电弧焊一般采用E5515-1CMV(R317)焊条进行焊接。现在市场上出售的这类焊条普遍存着冲击功较低且不稳定的问题,给承压设备的安全运行带来了较大隐患。迄今为止,国内外与耐热钢焊条相关的专利并不多,申请人检索到的专利如下:
中国专利:公开号为:CN 103264234A,该专利公开了一种具有低温冲击韧性的耐热钢焊条,其提出的焊条主要应用于12Cr2Mo1R 钢板的焊接,其熔敷金属的成分和力学性能均不能满足12Cr1MoV钢板焊接的要求;
中国专利:公开号:CN 103008917A,该专利公开了一种超超临界新型铁素体耐热钢焊条,其提出的焊条主要用于铁素体耐热钢T/P92的焊接,不能应用于12Cr1MoV钢板的焊接;
中国专利:公开号:CN 101342650A,该专利公开了一种可耐退火正火处理的耐热钢焊条及使用方法,其提出的焊条主要应用于1.25Cr-0.5Mo钢板的焊接,同样也不能满足12Cr1MoV钢板的焊接;
中国专利:公开号:CN 103240542A,该专利公开了一种超低氢高韧性低碳加钨耐热钢焊条,其提出的焊条虽然可以用于12Cr1MoV钢板的焊接,但其熔敷金属中含有0.15~0.6% 的钨,并不符合标准(GB/T 5118-2012 )对E5515-1CMV焊条的规定。E5515-1CMV焊条熔敷金属中含有一定量的钨会带来以下问题:(1)钨作为重要的战略金属,价格昂贵,提高了材料成本;(2)有关钨对12Cr1MoV钢焊缝可靠性的研究还不成熟,工程应用中可能会存在一定的风险。
综上所述,上述专利所涉及耐热钢焊条要么用于特种钢板的焊接,要么其熔敷金属成分不在标准规定范围之内且成本较高,与本发明的应用领域或技术路线差别较大。
【发明内容】
为克服背景技术中存在的不足,本发明提供了一种高韧性合金系耐热钢焊条,本发明通过选用S、P含量低的H08E盘条作为焊芯,然后采用CaO-CaF2-SiO2-ZrO2-MgO新型碱性渣系,通过药皮方式过渡合金元素,焊缝金属为1Cr-0.5Mo-V合金系,本发明具有良好的全位置焊接性,焊接过程中电弧燃烧平稳,铺展性和熔合性较好,飞溅较少,焊缝成型细致美观,脱渣容易等优点。
为实现如上所述的发明目的,本发明采用如下所述的技术方案:
一种高韧性合金系耐热钢焊条,包括焊芯和药皮,所述焊芯为H08E盘条,在所述焊芯的外缘面上设有药皮,所述药皮的成分按重量百分比包括如下成分:
水玻璃 17~23%;
大理石 28~40%;
萤石 10~19%;
锆英砂 3~8%;
硅微粉 1~3%;
电熔镁砂 2~4%;
钛铁 1~3%;
中碳锰铁 3~6%;
雾化硅铁 3~7%;
脱水云母 2~4%;
纯碱 0.5~1.5%;
稀土硅镁铁合金 0.2~1%;
金属铬 2.5~3%;
金属钼 1~1.5%;
钒铁 0.6~1.2%。
所述的高韧性合金系耐热钢焊条,所述水玻璃为纯钠水玻璃。
采用如上所述的技术方案,本发明具有如下所述的优越性:
本发明所述的一种高韧性合金系耐热钢焊条,本发明通过选用S、P含量低的H08E盘条作为焊芯,然后在H08E盘条的外缘面上设置药皮,所述药皮的成分中:
水玻璃:主要作用是粘结粉体。当加入量大于23%时,药皮的密实度和强度变差,且焊缝金属中的硅含量偏高;当加入量少于16%时,压涂困难,药皮表面粗糙,偏心较大。
大理石:主要作用是造渣,造气,提高熔渣碱度,稳弧,脱硫,增大熔渣表面张力和界面张力,易造成短渣,方便全位置焊接。当加入量少于28%时,造气不足,且熔渣流动性强,对熔池金属保护不充分,使熔敷金属的力学性能恶化;当加入量大于40%时,药皮熔点高,焊条熔化速度较慢,渣的粘度增大,焊缝内易产生气孔。
萤石:主要作用是造渣,除氢,并能调整熔渣的熔点和粘度,增加渣的流动性,活化熔池,改善脱渣性。当加入量大于19%时,渣的流动性过强,对焊缝金属的保护作用减弱,且造成电弧不稳,脱渣困难;当加入量小于10%时,焊缝金属的扩散氢显著增加,增大产生白点的倾向。
锆英砂:主要作用是造渣,并能提高脱渣性。
硅微粉:主要作用是细化熔滴,调整熔渣的黏度和增加渣的活泼性,并能改善焊条的压涂性能。当加入量大于3%时,熔渣黏度增加,飞溅增大;当加入量小于1%时,渣的活泼性变差,焊接速度变慢。
电熔镁砂:主要作用是造渣,调节熔渣的碱度,具有一定的脱硫。
钛铁:主要作用是脱氧,并能减弱N向金属内部的扩散,同时能够改善焊缝金属的塑性和韧性。
中碳锰铁:主要作用是脱氧、脱硫,并向焊缝金属中过渡一定量的Mn。当加入量大于6%时,焊缝金属中的Mn含量偏高,同时熔渣的碱度过大,流动性变差,焊缝成型不良,脱渣困难;当加入量低于3%时,焊接过程中脱硫不充分,焊缝金属中Mn含量偏低,韧性较差。
雾化硅铁:主要作用是脱氧,并能放热,加速焊条熔化,同时可向焊缝金属中过渡一定量的Si。当加入量大于7%时,熔池中的化学反应激烈,飞溅增大,焊缝金属中Si含量偏高,韧性较差;当加入量低于3%时,焊缝脱氧不充分,焊条熔化速度较慢,熔渣流动性较差。
脱水云母:主要作用是改善压涂性,并能稳定电弧,细化熔滴,增加药皮的透气性,避免药皮开裂。当加入量大于4%时,飞溅增大,脱渣困难;当加入量小于2%时焊条压涂性变差,表面粗糙;
纯碱:增加药皮的滑润性,有利于焊条偏心的控制,且具有一定稳弧和细化熔滴的作用。当加入量大于2%时,焊条容易吸潮;加入量低于0.5%时,对改善压涂性的作用不明显。
稀土镁硅铁合金:主要改善力学性能。
金属铬和金属钼:主要作用是过渡合金元素。
钒铁:是钒和铁组成的铁合金,主要作合金添加剂。
本发明的特点为:
(1)、生产工艺性能优良,表面质量好,偏心易控制,成品率高。
(2)、具有良好的全位置焊接性,焊接过程中电弧燃烧平稳,铺展性和熔合性较好,飞溅较少,焊缝成型细致美观,脱渣容易。
(3)药皮具有良好的耐潮性,耐弯曲性;熔敷金属纯净,扩散氢低。
(4)、熔敷金属经(730±15℃)×2h热处理后,韧性极佳(20℃夏比冲击功均值在285J以上),强度与12Cr1MoV钢板配合较好。
【具体实施方式】
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明,本发明并不局限于下面的实施例;
本发明所述的一种高韧性合金系耐热钢焊条,包括焊芯和药皮,所述焊芯为H08E盘条,在所述焊芯的外缘面上设有药皮,所述药皮的成分按重量百分比包括如下成分:
水玻璃 17~23%; 大理石 28~40%;
萤石 10~19%; 锆英砂 3~8%;
硅微粉 1~3%; 电熔镁砂 2~4%;
钛铁 1~3%; 中碳锰铁 3~6%;
雾化硅铁 3~7%; 脱水云母 2~4%;
纯碱 0.5~1.5%; 稀土硅镁铁合金 0.2~1%;
金属铬 2.5~3%; 金属钼 1~1.5%;
钒铁 0.6~1.2%。
其中所述水玻璃为纯钠水玻璃。
本发明药皮中各组分的成分范围见下表:
主要原材料的化学成分要求
原材料名称 | 粒度(目) | 化学成分(wt.%) |
H08E焊芯 | - | C≤0.01,Mn 0.35~0.55,Si≤0.03,S≤0.005,P≤0.005 |
水玻璃 | - | Na2O≥8.2,SiO2≥26.0,S≤0. 01,P≤0.01 |
大理石 | 60 | CaCO3≥98.0,S≤0.01,P≤0.006 |
萤石 | 60 | CaF2≥95.0,SiO2≤1.0,S≤0.01,P≤0.008 |
锆英砂 | 60 | ZrO2 58~69.9,SiO2 30~37,S≤0.02,P≤0.01 |
硅微粉 | 200 | SiO2≥97.0,S≤0.01,P≤0.01 |
电熔镁砂 | 60 | MgO≥99.0,S≤0.01,P≤0.01 |
钛铁 | 40 | Ti 25~35,C≤0.15,S≤0.03,P≤0.03,Al≤8.0,Si≤4.5 |
中碳锰铁 | 40 | C≤0.40,Mn 80.0~87.0,S≤0.020,P≤0.01 |
雾化硅铁 | 100 | Si 43.0~47.0,C≤0.020,S≤0.010,P≤0.01 |
脱水云母 | 60 | SiO2 48~56,Al2O3 20~35,K2O+Na2O 7~11,S≤0.02,P≤0.01 |
纯碱 | 40 | Na2CO3≥98.0 |
稀土硅镁铁合金 | 40 | RE 17.0~20.0,Mg7.0~10.0,Mn≤4.0,Si≤42.0,Ca≤3.0,Ti≤2.0 |
金属铬 | 40 | Cr≥99.0,C≤0.020,S≤0.015,P≤0.007 |
金属钼 | 100 | Mo≥99.0,Si≤0.003,S≤0.010,P≤0.005 |
钒铁 | 40 | V≥40.0,C≤0.75,Si<2.0,S≤0.06,P≤0. 01 |
本发明的具体实施例如下表所示:
实施例成分配比(wt.%)
编号 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
大理石 | 33% | 36% | 39% |
萤石 | 18% | 16% | 14% |
锆英砂 | 4% | 5% | 6% |
硅微粉 | 2% | 1% | 1% |
电熔镁砂 | 3% | 3% | 3% |
中碳锰铁 | 3% | 4% | 5% |
雾化硅铁 | 6% | 5% | 4% |
钛铁 | 1% | 1.5% | 2% |
金属铬 | 2.5% | 3% | 3% |
金属钼 | 1.5% | 1.5% | 1.5% |
钒铁 | 0.9% | 1% | 1.1% |
脱水云母 | 4% | 3% | 2% |
纯碱 | 0.5% | 1% | 1% |
稀土硅镁铁合金 | 0.6% | 0.5% | 0.4% |
水玻璃 | 20% | 18.5% | 17% |
本发明中熔敷金属化学成分如下表所示:
实施例熔敷金属化学成分(wt.%)
C | Mn | Si | S | P | Cr | Mo | V | |
要求值 | 0.05-0.12 | ≤0.90 | ≤0.60 | ≤0.035 | ≤0.035 | 0.8-1.5 | 0.40-0.65 | 0.10-0.35 |
实施例1 | 0.07 | 0.61 | 0.42 | 0.003 | 0.007 | 1.0 | 0.50 | 0.12 |
实施例2 | 0.07 | 0.67 | 0.37 | 0.005 | 0.008 | 1.1 | 0.52 | 0.15 |
实施例3 | 0.08 | 0.72 | 0.33 | 0.005 | 0.007 | 1.1 | 0.56 | 0.19 |
本发明三种实施例的性能比较如下表所示:
实施例熔敷金属力学性能(730℃×2h热处理)
Rp0.2 (MPa) | Rm (MPa) | A(%) | Akv J (20℃) | |
要求值 | ≥460 | ≥550 | ≥15 | - |
实施例1 | 506 | 608 | 26.7 | 299 |
实施例2 | 521 | 635 | 26.0 | 299 |
实施例3 | 542 | 663 | 25.2 | 286 |
综上所述,本发明所提出的焊条焊接工艺性良好,焊缝金属成分和力学性能符合GB/T5118-2012 E5515-1CMV和NB/T47018.2-2011标准的要求。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例,当前认为是适宜的,但是,应了解的是,本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (2)
1.一种高韧性合金系耐热钢焊条,包括焊芯和药皮,其特征是:所述焊芯为H08E盘条,在所述焊芯的外缘面上设有药皮,所述药皮的成分按重量百分比包括如下成分:
水玻璃 17~23%;
大理石 28~40%;
萤石 10~19%;
锆英砂 3~8%;
硅微粉 1~3%;
电熔镁砂 2~4%;
钛铁 1~3%;
中碳锰铁 3~6%;
雾化硅铁 3~7%;
脱水云母 2~4%;
纯碱 0.5~1.5%;
稀土硅镁铁合金 0.2~1%;
金属铬 2.5~3%;
金属钼 1~1.5%;
钒铁 0.6~1.2%。
2.根据权利要求1所述的高韧性合金系耐热钢焊条,其特征是:所述水玻璃为纯钠水玻璃。
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AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
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Effective date of abandoning: 20170111 |