CN112935619B - 一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条及其制备方法 - Google Patents

一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条及其制备方法，所述焊条包括焊芯和药皮，所述药皮裹覆于所述焊芯表面，按照质量分数计算，所述焊芯包括：Pr0.001‑0.005wt％，Ce0.05‑0.15wt％，Nd0.005‑0.05wt％，La0.001‑0.01wt％，Ti0.001‑0.010wt％，C0.05‑0.15wt％，Mn0.3‑1.0wt％，Si0.10‑0.50wt％，Cr8.0‑10.5wt％，Co2.0‑4.0wt％，W2.0‑4.0wt％，V0.10‑0.50wt％，Nb0.01‑0.10wt％，N0.005‑0.015wt％，B0.005‑0.010wt％，Ni0.10‑0.30wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。本申请提供的焊条，性能优良，表面光滑，成品率高，偏心稳定；直流反接焊接时电弧稳定，基本无飞溅，脱渣性良好，焊条操作性能优异，全位置焊接性能优良；焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。

Description

一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条及其制备方法
技术领域
本发明属于超超临界焊接材料技术领域，具体涉及一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条及其制备方法。
背景技术
目前世界范围内主要超超临界火电机组的蒸汽参数为600℃，我国自1996年浙江玉环第一台600℃超超临界火电机组投运以来，已先后建成近百台600℃超超临界火电机组。为进一步降低煤耗、提高热效率和降低排放，我国于2010年启动了700℃蒸汽参数超超临界火电机组国家研制计划。
耐热材料是制约火电机组向高参数发展的主要“瓶颈”问题，而大口径锅炉管和集箱则是“瓶颈中的瓶颈问题”。700℃蒸汽参数超超临界火电机组锅炉中的蒸汽温度是从600℃逐步升温到700℃，各个关键温度段均需要有满足使用要求的候选耐热材料。根据目前的研究结果，马氏体耐热钢P92可用于620℃蒸汽温度以下部分大口径锅炉管制造，镍基耐热合金CCA617可用于650-700℃蒸汽温度段大口径锅炉管制造。由于奥氏体耐热钢的热导率低、热膨胀系数大，不适合用于制造高参数超超临界火电机组的大口径锅炉管。
依托科技部973计划“耐高温马氏体钢的组织稳定性基础研究”课题和863计划“先进超超临界火电机组关键锅炉管开发”项目，钢铁研究总院和宝钢联合开发了G115钢。G115钢属于超超临界钢中的一种，是一种马氏体钢，成分特点为9Cr-3W-3Co。与传统的T/P92钢相比，具有更高的使用温度和许用应力，在630℃-650℃蒸汽温度锅炉中具有广阔的应用前景，但却不能找到与该钢材相匹配的焊接材料。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条，所述焊条包括焊芯和药皮，所述药皮裹覆于所述焊芯表面，按照质量分数计算，所述焊芯包括：Pr0.001-0.005wt％，Ce 0.05-0.15wt％，Nd 0.005-0.05wt％，La 0.001-0.01wt％，Ti 0.001-0.010wt％，C 0.05-0.10wt％，Mn 0.3-0.5wt％，Si 0.10-0.20wt％，Cr 8.0-10.5wt％，Co 2.0-4.0wt％，W 2.0-4.0wt％，V 0.10-0.50wt％，Nb 0.01-0.10wt％，N 0.001-0.007wt％，B 0.005-0.010wt％，Ni 0.10-0.30wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，按照质量份数计，所述药皮包括：
CaCO3：50份-100份；
SrCO3：300份-500份；
CaF2：100份-200份；
SiO2：40份-70份；
TiO2：40份-70份；
Na2CO3：4份-8份；
ZrO2：4份-8份；
AL2O3：4份-8份；
石墨：1份-2份；
电解锰：10份-30份；
氧化稀土：1份-10份。
优选地，按照质量分数计算，所述焊芯中熔敷金属包括：Pr0.001-0.005wt％，Ce0.05-0.15wt％，Nd0.005-0.05wt％，La0.001-0.01wt％，Ti0.001-0.010wt％，C0.05-0.15wt％，Mn0.3-1.0wt％，Si0.10-0.50wt％，Cr8.0-10.5wt％，Co2.0-4.0wt％，W2.0-4.0wt％，V0.10-0.50wt％，Nb0.01-0.10wt％，N0.005-0.015wt％，B0.005-0.010wt％，Ni0.10-0.30wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供了一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条的制备方法，所述焊条包括如上述中任一所述的焊条，所述方法包括步骤：
准备焊芯原料并加工制备焊芯；
准备药皮原料并搅拌混合；
向所述药皮原料中加入钾钠水玻璃后撵拌3-10分钟；
将混合物送入条压机内并将其裹覆于所述焊芯表面并制备得到焊条；
在80℃-100℃中烘焙所述焊条2-3小时；
在380℃-400℃中烘焙所述焊条1.5-2小时。
优选地，所述钾钠水玻璃的浓度为42°-43°。
优选地，所述钾钠水玻璃为240g-250g。
优选地，所述焊芯的直径为2.5mm-5.0mm。
优选地，所述焊芯的长度为300mm-400mm。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请提供的一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条及其制备方法，焊条性能优良，表面光滑，成品率高，偏心稳定；直流反接焊接时电弧稳定，基本无飞溅，脱渣性良好，焊条操作性能优异，全位置焊接性能优良；焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中；所提供的焊条主要用于G115超超临界材料，焊缝熔敷金属化学成分控制严格，特别是Sb、Sn、As、B、S、P等有害杂质元素极低。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
在本申请实施例中，本发明提供了本发明提供了一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条，所述焊条包括焊芯和药皮，所述药皮裹覆于所述焊芯表面，按照质量分数计算，所述焊芯包括：Pr0.001-0.005wt％，Ce 0.05-0.15wt％，Nd 0.005-0.05wt％，La0.001-0.01wt％，Ti 0.001-0.010wt％，C 0.05-0.10wt％，Mn 0.3-0.5wt％，Si 0.10-0.20wt％，Cr 8.0-10.5wt％，Co 2.0-4.0wt％，W 2.0-4.0wt％，V 0.10-0.50wt％，Nb0.01-0.10wt％，N 0.001-0.007wt％，B 0.005-0.010wt％，Ni 0.10-0.30wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在本申请实施例中，按照质量份数计，所述药皮包括：
CaCO3：50份-100份；
SrCO3：300份-500份；
CaF2：100份-200份；
SiO2：40份-70份；
TiO2：40份-70份；
Na2CO3：4份-8份；
ZrO2：4份-8份；
AL2O3：4份-8份；
石墨：1份-2份；
电解锰：10份-30份；
氧化稀土：1份-10份。
在本申请实施例中，药皮中部分原料工作原理如下：
CaCO3：建渣造气，提高熔渣碱度，稳定电弧增大熔渣与金属界面张力和表面张力，改善脱渣，并有较好的脱S能力；
SrCO3：造气，提高电弧吹力，改善脱渣，提高熔渣碱度；
CaF2：调整熔渣的熔点和粘度，增加熔渣的流动性，改善熔渣的物理性能，对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中扩散氢的主要材料，但因氟的存在，会造成电弧不稳定，并产生有毒气体；
SiO2：增加熔渣流动性，改善焊缝成形；
TiO2：在焊条中的作用主要是建渣、稳弧，在本发明中，加入金红石，对焊缝成形有关键作用；
Na2CO3：改善焊条的压涂性能。
在本申请实施例中，按照质量分数计算，所述焊芯中熔敷金属包括：Pr0.001-0.005wt％，Ce0.05-0.15wt％，Nd0.005-0.05wt％，La0.001-0.01wt％，Ti0.001-0.010wt％，C0.05-0.15wt％，Mn0.3-1.0wt％，Si0.10-0.50wt％，Cr8.0-10.5wt％，Co2.0-4.0wt％，W2.0-4.0wt％，V0.10-0.50wt％，Nb0.01-0.10wt％，N0.005-0.015wt％，B0.005-0.010wt％，Ni0.10-0.30wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在本申请实施例中，本发明还提供了一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条的制备方法，所述焊条包括如上述中所述的焊条，所述方法包括步骤：
准备焊芯原料并加工制备焊芯；
准备药皮原料并搅拌混合；
向所述药皮原料中加入钾钠水玻璃后撵拌3-10分钟；
将混合物送入条压机内并将其裹覆于所述焊芯表面并制备得到焊条；
在80℃-100℃中烘焙所述焊条2-3小时；
在380℃-400℃中烘焙所述焊条1.5-2小时。
在本申请实施例中，所述钾钠水玻璃的浓度为42°-43°，所述钾钠水玻璃为240g-250g。所述钾钠水玻璃主要作粘合剂，用于增强药皮原料的粘合，以及后续的焊接。
在本申请实施例中，所述焊芯的直径为2.5mm-5.0mm，所述焊芯的长度为300mm-400mm。如此规格的焊芯可以满足焊接需要。
下面以具体实施例对本申请进行详细描述。
实施例1
在本实施例中，按照质量分数计算，焊芯成分为：Pr0.002wt％、Ce0.06wt％、Nd0.007wt％、La 0.003wt％、Ti 0.002wt％、C 0.07wt％、Mn 0.3wt％、Si 0.10wt％、Cr9.5wt％、Co 3.5wt％、W 3.0wt％、V 0.3wt％、Nb 0.05wt％、N 0.002wt％、B 0.009wt％、Ni0.30wt％，余量为Fe和杂质。
在本实施例中，药皮成分为：
CaCO3：120g；
SrCO3：700g；
CaF2：300g；
SiO2：100g；
TiO2：100g；
Na2CO3：10g；
ZrO2：10g；
AL2O3：10g；
石墨：2g；
电解锰40g；
氧化稀土10g。
当制备焊条时，首先准备焊芯原料并加工制备焊芯，然后准备药皮原料并搅拌混合；而后向所述药皮原料中加入240g浓度为42°-42.5°的钾钠水玻璃后撵拌5分钟，然后将混合物送入条压机内并将其裹覆于规格4.0mm的焊芯表面(焊芯重1000g)，再经低温88℃烘焙2小时和高温380℃烘焙1.5小时后，得到焊条。
将制取的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。焊接试验焊接母材为G115钢。
在本实施例中，焊条熔敷金属化学成分为：Pr0.002wt％、Ce 0.06wt％、Nd0.006wt％、La 0.002wt％、Ti 0.007wt％、C 0.08wt％、Mn 0.7wt％、Si 0.20wt％、Cr8.9wt％、Co 2.9wt％、W 2.7wt％、V 0.19wt％、Nb 0.03wt％、N 0.015wt％、B 0.006wt％、Ni 0.20wt％，余量为Fe和杂质。
在本实施例中，焊缝熔敷金属在760℃℃环境下保温2-20小时，焊条熔敷金属力学性能如表1所示：
表1焊条熔敷金属力学性能
Figure BDA0002809948060000091
实施例2
本实验实施例中焊芯与实施例1相同。
在本申请实施例中，药皮成分为：
CaCO3：120g；
SrCO3：700g；
CaF2：300g；
SiO2：100g；
TiO2：100g；
Na2CO3：10g；
ZrO2：10g；
AL2O3：10g；
石墨：3g；
电解锰50g；
氧化稀土10g。
当制备焊条时，首先准备焊芯原料并加工制备焊芯，然后准备药皮原料并搅拌混合；而后向所述药皮原料中加入250g浓度为43°的钾钠水玻璃后撵拌6分钟，然后将混合物送入条压机内并将其裹覆于规格3.2mm的焊芯表面(焊芯重1000g)，再经低温88℃烘焙2小时和高温380℃烘焙1.5小时后，得到焊条。
将制取的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
在本实施例中，焊条熔敷金属化学成分为：Pr0.002wt％、Ce 0.06wt％、Nd0.006wt％、La 0.002wt％、Ti 0.007wt％、C 0.09wt％、Mn 0.9wt％、Si 0.20wt％、Cr8.9wt％、Co 2.9wt％、W 2.7wt％、V 0.19wt％、Nb 0.03wt％、N 0.015wt％、B 0.006wt％、Ni 0.20wt％，余量为Fe和杂质。
在本实施例中，焊缝熔敷金属在760℃℃环境下保温2-20小时，焊条熔敷金属力学性能如表2所示：
表2焊条熔敷金属力学性能
Figure BDA0002809948060000111
熔敷金属扩散氢含量为：2.5ml/100g。
实施例1和2的实验表明本申请提供的一种制备方法得到的焊条可以用于焊接长期服役于630℃马氏体钢。
本申请提供的一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条及其制备方法，焊条性能优良，表面光滑，成品率高，偏心稳定；直流反接焊接时电弧稳定，基本无飞溅，脱渣性良好，焊条操作性能优异，全位置焊接性能优良；焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中；所提供的焊条主要用于G115超超临界材料，焊缝熔敷金属化学成分控制严格，特别是Sb、Sn、As、B、S、P等有害杂质元素极低。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条，其特征在于，所述焊条包括焊芯和药皮，所述药皮裹覆于所述焊芯表面，按照质量分数计算，所述焊芯包括：Pr0.001-0.005wt%，Ce0.05-0.15wt%，Nd0.005-0.05wt%，La0.001-0.01wt%，Ti0.001-0.010wt%，C0.05-0.10wt%，Mn0.3-0.5wt%，Si0.10-0.20wt%，Cr 8.0-10.5wt%，Co2.0-4.0wt%，W 2.0-4.0wt%，V0.10-0.50wt%，Nb0.01-0.10wt%，N0.001-0.007wt%，B0.005-0.010wt%，Ni0.10-0.30wt%，余量为Fe和不可避免的杂质;按照质量份数计，所述药皮包括：
CaCO3: 50份-100份；
SrCO3:300份-500份；
CaF2: 100份-200份；
SiO2: 40份-70份；
TiO2: 40份-70份；
Na2CO3：4份-8份；
ZrO2: 4份-8份；
AL2O3：4份-8份；
石墨：1份-2份；
电解锰：10份-30份；
氧化稀土：1份-10份;
按照质量分数计算，所述焊条中熔敷金属包括：Pr0.001-0.005wt%，Ce0.05-0.15wt%，Nd0.005-0.05wt%，La0.001-0.01wt%，Ti0.001-0.010wt%，C0.05-0.15wt%，Mn0.3-1.0wt%，Si0.10-0.50wt%，Cr8.0-10.5wt%，Co2.0-4.0wt%，W2.0-4.0wt%，V0.10-0.50wt%，Nb0.01-0.10wt%，N0.005-0.015wt%，B0.005-0.010wt%，Ni0.10-0.30wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条的制备方法，其特征在于，所述焊条包括如权利要求1所述的焊条，所述方法包括步骤：
准备焊芯原料并加工制备焊芯；
准备药皮原料并搅拌混合；
向所述药皮原料中加入钾钠水玻璃后撵拌3-10分钟；
将混合物送入条压机内并将其裹覆于所述焊芯表面并制备得到焊条；
在80℃-100℃中烘焙所述焊条2-3小时；
在380℃-400℃中烘焙所述焊条1.5-2小时。
3.根据权利要求2所述的用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条的制备方法，其特征在于，所述钾钠水玻璃的浓度为42°-43°。
4.根据权利要求2所述的用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条的制备方法，其特征在于，所述钾钠水玻璃为240g-250g。
5.根据权利要求2所述的用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条的制备方法，其特征在于，所述焊芯的直径为2.5mm-5.0mm。
6.根据权利要求2所述的用于焊接长期服役于630℃马氏体钢的配套焊条的制备方法，其特征在于，所述焊芯的长度为300mm-400mm。
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