CN108098187B - 一种超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢电焊条 - Google Patents

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 (4)

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 0.044-0.047，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，W 3.85-3.89，Co 1.53-1.56，N 0.20-0.21，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 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。

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 0.047 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。

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：

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。