CN110000490A

CN110000490A - 一种t/p92耐热钢焊条及其制备方法

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Publication number: CN110000490A
Application number: CN201910414127.0A
Authority: CN
Inventors: 公茂涛; 苏东东; 张敏娟; 吴宝鑫; 林永祥
Original assignee: PowerChina SPEM Co Ltd
Current assignee: PowerChina SPEM Co Ltd
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2019-07-12

Abstract

本发明涉及一种T/P92耐热钢焊条及其制备方法，所述焊芯采用焊芯过渡方式，将焊芯化学元素成分控制在于熔敷金属化学成分标准的范围内，所述药皮采用碱度较高的低氢型设计。与现有技术相比，本发明焊接过程中电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性良好、熔池清晰，焊缝成型美观，焊条操作性能良好；具有优异的熔敷金属强度、冲击韧性等性能。

Description

一种T/P92耐热钢焊条及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，尤其是涉及一种T/P92耐热钢焊条及其制备方法。

背景技术

为减少有害、温室气体的排放量，火力发电技术发展的趋势是采用超超临界燃煤发电技术以提高蒸汽参数来提升火电机组的热效率。超超临界发电技术苛刻的蒸汽参数需要铁素体耐热钢具有良好的力学性能和抗氧化性能，因此研制新型高铬钢成为发展超超临界机组的关键环节。T/P92钢是在T/P91钢的基础上添加1.8％钨(W)元素，适当减少0.5％钼(Mo)马氏体耐热钢，适用于蒸汽温度在580～620℃的超超临界机组高温受热面和主蒸汽管道等关键部件。与T/P91钢相比，T/P92钢的高温蠕变断裂强度提高了25％～30％，在600℃高温下十万小时的持久强度达130MPa；与奥氏体高温耐热钢相比，T/P92钢具有焊接性能好，热膨胀系数小，抗疲劳性能好以及价格便宜的优点。

随着超临界火电机组的不断建设，T/P92钢管必将大量广泛应用，目前母材在显微组织、力学性能及高温蠕变持久性能等方面均能稳定满足使用设计要求。为保证管道手工电弧焊焊接时焊缝金属的化学成分以及力学性能的稳定性，因此亟待开发一种全焊芯过渡型的焊条。

中国专利CN200810151248.2公开了一种T/P92钢焊条，主要适用于电力建设中T/P92钢的焊接，本发明焊条焊芯材料采用H08MnMoTiB，药皮采用CaO-MgF₂-SiO₂渣系。该发明中焊条的设计思路是焊缝金属合金元素采用焊芯和药皮共同过渡的方式，且焊缝中W元素也是通过药皮中的钨铁进行过渡的方式进入焊缝金属中。此焊条存在的缺陷在于：当焊条施焊处于仰焊位置或立焊位置时，药皮过渡方式易造成焊缝金属元素的不均匀，导致性能的不稳性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种T/P92耐热钢焊条及其制备方法。

本发明的目的是提供一种全焊芯过渡的超低氢型碱性渣系的、用于T/P92钢焊接的耐热钢焊条，使该焊条在焊接过程中具有电弧稳定好、飞溅小、脱渣性好、焊缝成型美观的理想焊接工艺性能，且保证焊条熔敷金属扩散氢含量满足超低氢焊条的要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种T/P92耐热钢焊条，由焊芯和药皮组成，所述焊芯包括以下成分和质量百分含量：

其余为Fe。

进一步的，所述药皮包括以下组分和质量份含量：

优选的，所述药皮包括以下组分和质量份含量：

优选的，所述药皮的粒度小于40目。

一种T/P92耐热钢焊条的制备方法，包括如下步骤：

(1)将药皮组分混合均匀；

(2)在药皮中加入纯钠水玻璃，搅拌均匀后压涂在焊芯上；

(3)放入焊条生产设备上进行焊条制备。

优选的，加入纯钠水玻璃的量为药皮组分质量的19-23％。

本发明的焊芯设计依据如下：

焊条熔敷金属的所有化学元素在焊接冶金过程中，均通过焊芯和药皮两部分向熔敷金属进行过渡，为避免因药皮中铁合金粉的成分波动以及药皮熔化不均匀造成分的不稳定过渡，因此尽量采用焊芯过渡方式，故将焊芯化学元素成分控制在与熔敷金属化学成分标准的一定范围内。

本发明的焊芯设计依据如下：

成分C：C在γ-Fe中的最大溶解度为1.7％，在α-Fe中为0.035％。属于扩大γ区元素，起固溶强化的作用。过多的C在焊缝金属中将以碳化物的形式存在，形成析出强化，在提高焊缝强度、硬度的同时，也增加了焊缝金属的裂纹敏感性。所以必须采用低碳微合金化的机理，这样，既可以满足焊缝金属的强度又可以降低焊缝金属的裂纹敏感性；同时兼顾焊缝金属C元素含量的范围，拟将C含量控制在0.08～0.13％。

成分Mn：Mn在γ-Fe中的最大溶解度为100％，在α-Fe中为3％，属于扩大γ区元素。Mn在马氏体耐热钢焊缝金属中含量较低时，一般以固溶强化的形式存在。在提高马氏体强度的同时还可改善韧性。考虑药皮中仍需添加一定量的金属锰作为脱氧剂，故将Mn含量控制在0.2～0.4％范围内。

成分Si：Si在γ-Fe中的最大溶解度为2％，在α-Fe中为18.5％，属于扩大α区元素。Si在马氏体耐热钢焊缝中含量较低时，一般以固溶强化的形式存在，提高马氏体的强度。过多的Si含量将形成金属间化合物，降低焊缝金属的冲击韧性。考虑药皮中仍需添加一定量的金属锰作为脱氧剂，故将Mn含量控制在≤0.1％范围内。

成分Cr：Cr在γ-Fe中的最大溶解度为12.8％，在α-Fe中为14.3％，属于扩大α区元素。Cr在马氏体耐热钢焊缝中含量较低时，一般起固溶强化的作用。与C在一起时形成碳化物，含量控制得当可提高焊缝金属的冲击韧性。同时一定含量的Cr不仅可提高焊缝金属的热强性还可提高其耐蒸汽高温氧化性。确定Cr含量与焊缝金属的控制范围一致，即8.5～9.5％范围内。

成分W：W在γ-Fe中的最大溶解度为2.6％，在α-Fe中为14.3％，属于扩大α区元素。W一般起固溶强化的作用，与C元素形成碳化物可提高焊缝金属的高温热稳定性。控制W含量与焊缝金属的控制范围一致，即1.55～1.95％范围内。

成分Nb：Nb在γ-Fe中的最大溶解度为2.2％，在α-Fe中为1.8％。属于扩大α区元素。一般起析出强化作用，且强化效果显著。与C、N元素结合形成MX相，提高焊缝金属的高温抗蠕变性。控制Nb含量与焊缝金属的控制范围一致，即0.03～0.06％范围内。

成分V：V的作用与Nb元素相近。控制V含量与焊缝金属的控制范围一致，即0.15～0.25％范围内。

成分Ni：Ni在γ-Fe中的最大溶解度为100％，在α-Fe中为10％，属于扩大γ区元素。一般起固溶强化作用。适量的Ni可以提高马氏体基体的韧性，有利于改善焊缝金属抗冷裂性能和提高冲击韧性。在满足焊缝金属强度的前提下将Ni含量控制在0.3～0.8％的范围内。

成分Mo：Mo在γ-Fe中的最大溶解度为3％，在α-Fe中为37.5％，属于扩大α区元素，一般起析出强化作用。与C共存时形成碳化物，提高焊缝金属的热强性。在满足焊缝金属高温强度的前提下将Mo含量控制在0.35～0.65％的范围内。

成分B：B元素在焊缝金属中与N元素结合形成的析出相可提高高温蠕变性。控制B含量与焊缝金属的控制范围一致，即0.001～0.005％范围内。

成分N：N元素在焊缝金属中作用与C相似。控制N含量与焊缝金属的控制范围一致，即0.03～0.06％范围内。

成分S：S是焊缝金属中的有害杂质，以FeS形式存在时最为有害。因为它与铁在液态时可无限互溶，而溶于固态铁却很少(溶解度仅为0.015～0.02％)，因此在凝固时FeS析出，以低熔点共晶薄膜的形式分布于晶界,形成结晶裂纹。同时降低焊缝金属的综合性能。所以焊缝金属中的S含量越少越好，故将S含量控制在≤0.008％的范围内。

成分P：P在绝大多数低合金钢焊缝金属中是有害杂质。以Fe₂P、Fe₃P的形式存在，它们与Fe、Ni形成低熔点共晶分布于晶界，由于它们本身硬而脆，在降低焊缝金属冲击韧性的同时使焊缝金属脆性转变温度也升高。所以焊缝金属中的P含量越少越好，故将P含量控制在≤0.010％的范围内。

本发明的药皮，采用的是碱度较高的低氢型设计，这是因为该类型药皮的合金元素过渡系数较大，熔池清晰；焊缝具有良好的强度、韧性和抗裂性能，扩散氢含量低，去杂质能力强。本焊条药皮中各组分的主要焊接冶金作用简述如下：

大理石：主要的造渣剂和造气剂，对焊接冶金反应影响较大。分解产生的CO₂属于氧化性气体，可排除电弧区内的空气，阻止氮气侵入液态金属中，并降低电弧气氛中的氢分压，有利于焊缝金属降氢。分解产生的CaO属于碱性氧化物，能提高熔渣的碱度，增强熔渣的脱S、脱P能力。

萤石：主要用于造渣和改善熔渣的物化性能。它可降低碱性熔渣的熔点、粘度和表张力，增加熔渣的流动性，有利于降低焊缝金属的气体杂质，适量的CaF₂可以改善熔渣对液体金属的保护效果，因而亦可减少液体金属的吸氢量。

石英：主要起造渣作用。它可用于调整熔渣的物化性能，降低熔渣的表面张力，改善焊缝金属表面成形，提高电弧电压，细化熔滴，提高焊条熔化系数。

天然金红石：具有稳弧和造渣作用，可调整熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性。适量的TiO₂有利于全位置焊接，改善焊缝成形，减少飞溅和咬边，并在很大程度上改善脱渣性。

铁粉：适量铁粉能提高焊条的熔敷效率，并改善焊接工艺性能。

硅铁：主要起脱氧和合金化作用。Si脱氧后的生成物为SiO₂，属于酸性氧化物，它降低熔渣的碱度及熔渣中FeO的活度，同时起造渣作用。

金属锰：主要起脱氧和合金化作用。Mn脱氧后的生成物为MnO，属于碱性氧化物，它提高熔渣的碱度，同时起造渣的作用。

铝镁合金：主要起脱氧作用。

纯碱：主要起增加药皮湿粉的滑性，便于焊条压涂。

本发明的焊条设计是采用全焊芯过渡方式，从而避免了出现焊缝金属元素不均匀性，保证了管道全位置焊接时焊缝金属的稳定性。

与现有技术相比，本发明的焊接工艺性能优良，焊接过程中电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性良好、熔池清晰，焊缝成型美观，焊条操作性能良好；具有优异的熔敷金属强度、冲击韧性等性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

药皮的组分及其质量百分含量如下：45％大理石、25％萤石、5％石英、5％天然金红石、10.8％铁粉、4％金属锰、3％硅铁、1.0％铝镁合金、1.2％纯碱。

焊芯成分和质量百分含量为：0.12％C、0.60％Mn、0.05％Si、9.20％Cr、1.70％W、0.08％Nb、0.80％Ni、0.60％Mo、0.004％B、0.22％V、0.05％N、0.003％S、0.0060％P，其余为Fe。

将上述药皮原材料混合均匀后，用40目的筛子过筛到40目以下，干粉搅拌均匀后加入占固体组分质量含量20％的纯钠水玻璃，再搅拌均匀后，通过常规焊条生产设备将其压涂在上述焊芯(规格为3.2mm直径)上制备出焊条。生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

焊接工艺参数为：预热和层间温度：200～250℃；焊接电流：100～120A；焊接电压：23～26V；焊后热处理：(760±15)℃×2h；升温速率：80～120℃/h；降温速率：100～150℃。

对焊条的熔敷金属化学成分检测得：C:0.10％、Mn：0.75％、Si：0.21％、Cr：8.60％、Ni：0.63％、Mo：0.46％、V：0.20％、Nb：0.06％、W：1.64％、B：0.0010％、S:0.004％、P:0.012％、N:0.040％。

常温力学性能R_m：790MPa，R_el：660MPa；平均KV₂：63J。熔敷金属扩散氢含量为1.79ml/100g。

实施例2

药皮各组分的质量分数如下：大理石：40％、萤石：22％、石英6％、天然金红石4％、铁粉：16.5％、金属锰：4％、硅铁：5％、铝镁合金：1.5％、纯碱：1.0％。

焊芯成分和质量百分含量为：0.13％C、0.80％Mn、0.03％Si、9.35％Cr、1.68％W、0.06％Nb、0.70％Ni、0.65％Mo、0.005％B、0.22％V、0.06％N、0.004％S、0.0080％P，其余为Fe。

焊条的制备方法与实施例1相同，生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。焊接工艺参数与实施例1相同。

对焊条的熔敷金属化学成分检测得：C:0.09％、Mn：0.66％、Si：0.19％、Cr：8.64％、Ni：0.59％、Mo：0.48％、V：0.18％、Nb：0.05％、W：1.59％、B：0.0020％、S:0.004％、P:0.011％、N:0.035％。

常温力学性能R_m：795MPa，R_el：685MPa；平均KV₂：59J。熔敷金属扩散氢含量为2.0ml/100g。

实施例3

药皮各组分的质量分数如下：大理石：36％、萤石：20％、石英7％、天然金红石5％、铁粉：21.2％、金属锰：3％、硅铁：6％、铝镁合金：1.0％、纯碱：0.8％。

焊芯成分和质量百分含量为：0.12％C、0.80％Mn、0.10％Si、9.10％Cr、1.60％W、0.04％Nb、0.75％Ni、0.55％Mo、0.0050％B、0.20％V、0.04％N、0.005％S、0.0090％P，其余为Fe。

对焊条的熔敷金属化学成分检测得：C:0.10％、Mn：0.78％、Si：0.23％、Cr：8.83％、Ni：0.62％、Mo：0.48％、V：0.18％、Nb：0.03％、W：1.50％、B：0.0040％、S:0.003％、P:0.012％、N:0.030％。

常温力学性能R_m：730MPa，R_el：597MPa；平均KV₂：69J。熔敷金属扩散氢含量为1.95ml/100g。

实施例4

药皮的组分及其质量百分含量如下：42％大理石、24％萤石、6％石英、4％天然金红石、11.5％铁粉、4％金属锰、6％硅铁、1.5％铝镁合金、1％纯碱。

焊芯成分和质量百分含量为：0.08％C、0.20％Mn、0.01％Si、8.50％Cr、1.55％W、0.03％Nb、0.30％Ni、0.35％Mo、0.001％B、0.15％V、0.03％N、0.001％S、0.0010％P，其余为Fe。

将上述药皮原材料混合均匀后，用40目的筛子过筛到40目以下，干粉搅拌均匀后加入占固体组分质量含量19％的纯钠水玻璃，再搅拌均匀后，通过常规焊条生产设备将其压涂在上述焊芯(规格为3.2mm直径)上制备出焊条。生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

实施例5

药皮的组分及其质量百分含量如下：31.5％大理石、28％萤石、8％石英、6％天然金红石、10％铁粉、6％金属锰、7％硅铁、2.0％铝镁合金、1.5％纯碱。

焊芯成分和质量百分含量为：0.10％C、0.50％Mn、0.2％Si、9.50％Cr、1.95％W、0.05％Nb、0.60％Ni、0.5％Mo、0.003％B、0.25％V、0.04％N、0.008％S、0.010％P，其余为Fe。

将上述药皮原材料混合均匀后，用40目的筛子过筛到40目以下，干粉搅拌均匀后加入占固体组分质量含量23％的纯钠水玻璃，再搅拌均匀后，通过常规焊条生产设备将其压涂在上述焊芯(规格为3.2mm直径)上制备出焊条。生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

实施例6

药皮的组分及其质量百分含量如下：30％大理石、28％萤石、6％石英、4％天然金红石、25％铁粉、2％金属锰、4％硅铁、0.5％铝镁合金、0.5％纯碱。

实施例7

药皮的组分及其质量百分含量如下：50％大理石、15％萤石、2％石英、2％天然金红石、21％铁粉、4％金属锰、4％硅铁、1％铝镁合金、1％纯碱。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种T/P92耐热钢焊条，由焊芯和药皮组成，其特征在于，所述焊芯包括以下成分和质量百分含量：

其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种T/P92耐热钢焊条，其特征在于，所述药皮包括以下组分和质量份含量：

3.根据权利要求2所述的一种T/P92耐热钢焊条，其特征在于，所述药皮包括以下组分和质量份含量：

4.根据权利要求1所述的一种T/P92耐热钢焊条，其特征在于，所述药皮的粒度小于40目。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种T/P92耐热钢焊条的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将药皮组分混合均匀；

(2)在药皮中加入纯钠水玻璃，搅拌均匀后压涂在焊芯上；

(3)放入焊条生产设备上进行焊条制备。

6.根据权利要求5所述的一种T/P92耐热钢焊条的制备方法，其特征在于，加入纯钠水玻璃的量为药皮组分质量的19-23％。