本發(fā)明涉及超超臨界焊接材料領(lǐng)域技術(shù)，尤其涉及一種蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼配套焊條及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前世界范圍內(nèi)主要超超臨界火電機組的蒸汽參數(shù)為600℃，我國自1996年浙江玉環(huán)第一臺600℃超超臨界火電機組投運以來，已先后建成近百臺600℃超超臨界火電機組。為進一步降低煤耗、提高熱效率和降低排放,為進一步降低煤耗、提高熱效率和降低排放，我國2010年啟動了700℃蒸汽參數(shù)超超臨界火電機組研制國家計劃。

耐熱材料是制約火電機組向高參數(shù)發(fā)展的主要“瓶頸”問題，而大口徑鍋爐管和集箱則是“瓶頸中的瓶頸問題”。700℃蒸汽參數(shù)超超臨界火電機組鍋爐中的蒸汽溫度是從600℃逐步升溫到700℃，各個關(guān)鍵溫度段均需要有滿足使用要求的候選耐熱材料。根據(jù)目前的研究結(jié)果，馬氏體耐熱鋼P92可用于620℃蒸汽溫度以下部分大口徑鍋爐管制造，鎳基耐熱合金CCA617可用于650-700℃蒸汽溫度段大口徑鍋爐管制造。由于奧氏體耐熱鋼的熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)大，不適合用于制造高參數(shù)超超臨界火電機組的大口徑鍋爐管。

依托科技部973計劃“耐高溫馬氏體鋼的組織穩(wěn)定性基礎(chǔ)研究”課題和863計劃“先進超超臨界火電機組關(guān)鍵鍋爐管開發(fā)”項目，鋼鐵研究總院和寶鋼聯(lián)合開發(fā)了G115鋼。

G115鋼屬于超超臨界鋼中的一種，成分特點為9Cr-3W-3Co，是一種馬氏體鋼。與傳統(tǒng)的T/P92鋼相比，具有更高的使用溫度和許用應(yīng)力，在630℃-650℃蒸汽溫度鍋爐中具有廣闊的應(yīng)用前景。

但卻不能找到與該鋼材相匹配的焊接材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一就在于提供一種蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼配套焊條，焊接后焊縫成型美觀，焊道高度適中，焊縫侵潤角適中，熔敷金屬理化性能適中。

技術(shù)方案是：一種蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼配套焊條，該焊條焊條熔敷金屬化學(xué)成分為(wt％)：C 0.06-0.10wt％、Mn 0.3-1.0wt％、Si≤0.50wt％、S≤0.010wt％、P≤0.010wt％、Cr 8.0-9.5wt％、Co 2.5-3.5wt％、W 2.4-3.5wt％、V 0.15-0.30wt％、Nb 0.020-0.10wt％、N 0.005-0.015wt％、B 0.002-0.01wt％、Cu 0.70-1.10wt％、Ce 0.05-0.15wt％、Nd 0.005-0.05wt％、La 0.001-0.01wt％、Ni≤0.30wt％，余量為Fe和雜質(zhì)。

作為優(yōu)選，該焊條由焊芯和裹覆于焊芯表面的藥皮組成，該藥皮包括以下組成成分：

大理石 250-350重量份

螢石 200-300重量份

金紅石 40-70重量份

純堿 4.5-7.0重量份

鋯英砂 6-8重量份

鐵粉 100-150重量份

電解錳 10-30重量份

硅微粉 20-60重量份

冰晶粉 20-60重量份

金屬鉻 1-10重量份

釩鐵 1-15重量份

鈮粉 1-15重量份

氮化鉻鐵 1-15重量份

硼砂 1-10重量份

氧化稀土 1-10重量份。

作為優(yōu)選，所述焊芯組成成分為C 0.07-0.10wt％、Mn 0.30-0.50wt％、Si≤0.10wt％、S≤0.008wt％、P≤0.008wt％、Cr 8.0-9.0wt％、Co 2.60-3.10wt％、W 2.60-3.10wt％、V 0.10-0.20wt％、Nb 0.001-0.10wt％、N 0.001-0.050wt％、B 0.002-0.010wt％、Cu 0.70-1.00wt％、Ce 0.05-0.15wt％、Al≤0.040wt％、Ni≤0.10wt％，余量為Fe和雜質(zhì)。

作為優(yōu)選，所述大理石：CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；螢石：CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；金紅石：TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求為：-40目：≥100％、-160目：≤30％；純堿：Na2CO3≥99％、NaCl≤0.70％，鋯英砂：ZrO2≥60％、SiO2≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，顆粒度要求為：-40目：100％、-160目：≤50％；鐵粉：Fe≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求：-30目：100％；電解錳：Mn≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；硅微粉：SiO2≥98.0％、Fe2O3≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求為-60目：100％。冰晶粉：F：≥53％、Al≥13％、Na≤29，顆粒度要求-80目：100％；金屬鉻：Cr≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；釩鐵：V：50％-55％，Al≤0.80％，Si≤2.50％，Mn≤0.50％，C≤0.75％，S≤0.05％，P≤0.10％，顆粒度要求-40目：100％；鈮粉：Nb≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；氮化鉻鐵：Cr≥60％，N≥5.0％，Si≤2.50％，C≤0.10％，S≤0.04，P≤0.03，顆粒度要求-40目：100％；硼砂：B≥10％，顆粒度要求-60目：100％；氧化稀土：顆粒度要求為：-30目：100％。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼配套焊條的制備方法。

技術(shù)方案是：一種蒸汽溫度超超臨界火電機組用鋼配套焊條的制備方法，包括以下步驟：

①將藥皮粉料拌混合均勻；

②加入濃度為42°-42.5°的鉀鈉水玻璃；

③送入條壓機內(nèi)將其裹覆于焊芯上；

④低溫80～100℃烘焙2～3小時及高溫380～400℃烘焙1.5～2小時。

技術(shù)方案是：。

發(fā)明原理：

大理石建渣造氣，提高熔渣堿度，穩(wěn)定電弧增大熔渣與金屬界面張力和表面張力，改善脫渣，并有較好的脫S能力。

螢石可以調(diào)整熔渣的熔點和粘度，增加熔渣的流動性，改善熔渣的物理性能，對焊縫成型、脫渣等起關(guān)鍵作用，也是降低焊縫中擴散氫的主要材料，但因氟的存在，會造成電弧不穩(wěn)定，并產(chǎn)生有毒氣體。

金紅石在焊條中的作用主要是建渣、穩(wěn)弧，在本發(fā)明中，加入金紅石，對焊縫成形有關(guān)鍵作用。

純堿的加入是為了改善焊條的壓涂性能。

有益效果：

本發(fā)明焊條焊接后焊縫成型美觀，焊道高度適中，焊縫侵潤角適中，熔敷金屬理化性能適中。

本發(fā)明性能優(yōu)良，焊條表面光滑，成品率高，偏心穩(wěn)定；直流反接焊接時電弧穩(wěn)定、基本無飛濺，脫渣性良好，焊條操作性能優(yōu)異，全位置焊接性能優(yōu)良；焊縫成型美觀，焊道高度適中，焊縫侵潤角適中，熔敷金屬理化性能適中。焊接時電弧穩(wěn)定、飛濺小、脫渣好，成型好，全位置操作性能好。所提供的焊條主要用于G115超超臨界材料，焊縫熔敷金屬化學(xué)成分控制嚴(yán)格，特別是Sb、Sn、As、B、S、P等有害雜質(zhì)元素極低。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例1

本實施例焊芯(wt％)成分為：C 0.07-0.10wt％、Mn 0.30-0.50wt％、Si≤0.10wt％、S≤0.008wt％、P≤0.008wt％、Cr 8.0-9.0wt％、Co 2.60-3.10wt％、W 2.60-3.10wt％、V 0.10-0.20wt％、Nb 0.001-0.10wt％、N 0.001-0.050wt％、B 0.002-0.010wt％、Cu 0.70-1.00wt％、Ce 0.05-0.15wt％、Al≤0.040wt％、Ni≤0.10wt％，余量為Fe和雜質(zhì)。

本實施例藥皮成分為：

大理石280g、螢石250g、金紅石60g、純堿5.5g、鋯英砂7g、鐵粉120g、電解錳20g、硅微粉60g、冰晶粉40g、金屬鉻2g、釩鐵7g、鈮粉3g、氮化鉻鐵10g、硼砂5g、氧化稀土5g。

將上述粉料混合均勻后，加入濃度為42°-42.5°的鉀鈉水玻璃230g攪拌混合均勻，送入條壓機內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于規(guī)格4.0mm焊芯(焊芯重1000g)上，再經(jīng)低溫88℃烘焙2小時、高溫380℃烘焙1.5小時，得焊條。

將制取的焊條(直流反接焊接)進行焊接試驗，電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。

焊接試驗焊接母材為G115鋼。

焊接試驗條件為。：

焊條熔敷金屬化學(xué)成分為：C:0.08wt％、Mn:0.80wt％、Si:0.25wt％、S:0.006wt％、P:0.008wt％、Cr:9.13wt％、Co:2.88wt％、W：3.20wt％、V:0.21wt％、Nb:0.049wt％、N:0.009wt％、B:0.004wt％、Cu：1.0wt％、Ce：0.09wt％、Nd 0.02wt％、La 0.005wt％、Al:0.001wt％，Ni:0.05wt％、余量為Fe和雜質(zhì)。

焊縫熔敷金屬在760℃±15℃保溫2小時下，焊條熔敷金屬力學(xué)性能為：

表1焊條熔敷金屬力學(xué)性能

表2焊條熔敷金屬高溫拉伸數(shù)據(jù)

實施例2

本實驗實施例焊芯與實施例一相同。

本實施例藥皮為：大理石270g、螢石290g、金紅石70g、純堿5.5g、鋯英砂7g、鐵粉120g、電解錳20g、硅微粉30g、冰晶粉40g、金屬鉻2g、釩鐵7g、鈮粉3g、氮化鉻鐵10g、硼砂5g、氧化稀土5g。

將上述粉料混合均勻后，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃250g攪拌混合均勻，送入條壓機內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于規(guī)格3.2mm焊芯(焊芯重1000g)上，再經(jīng)低溫88℃烘焙2小時、高溫380℃烘焙1.5小時，得焊條。

將制取的焊條(直流反接焊接)進行焊接試驗，電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。

焊接條件為：

焊條熔敷金屬化學(xué)成分為：C:0.089wt％、Mn:0.75wt％、Si:0.30wt％、S:0.006wt％、P:0.008wt％、Cr:9.10wt％、Co:2.80wt％、W：3.25wt％、V:0.22wt％、Nb:0.047wt％、N:0.008wt％、B:0.0038wt％、Cu：1.05wt％、Ce：0.088wt％、Nd 0.02wt％、La 0.005wt％、Al:0.001wt％，Ni:0.05wt％、余量為Fe和雜質(zhì)。

焊條熔敷金屬力學(xué)性能為：

表3焊條熔敷金屬短時高溫拉伸數(shù)據(jù)

實施例3

本實驗實施例焊芯與實施例一相同。

本實施例藥皮重量為(g)：大理石340g、螢石200g、金紅石40g、純堿5.5g、鋯英砂7g、鐵粉g 120、電解錳20g、硅微粉20g、冰晶粉40g、金屬鉻2g、釩鐵7g、鈮粉3g、氮化鉻鐵10g、硼砂5g、氧化稀土5g。

將上述粉料混合均勻后，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃250g攪拌混合均勻，送入條壓機內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于規(guī)格5.0mm焊芯(焊芯重1000g)上，再經(jīng)低溫88℃烘焙2小時、高溫380℃烘焙1.5小時，得焊條。

將制取的焊條(直流反接焊接)進行焊接試驗，電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀，

試驗條件如下：

焊條熔敷金屬化學(xué)成分為：C:0.094wt％、Mn:0.78wt％、Si:0.20wt％、S:0.006wt％、P:0.008wt％、Cr:9.12wt％、Co:2.70wt％、W：3.15wt％、V:0.20wt％、Nb:0.048wt％、N:0.01wt％、B:0.0039wt％、Cu：1.05wt％、Ce：0.098wt％、Nd 0.02wt％、La 0.005wt％、Al:0.001wt％，Ni:0.05wt％、余量為Fe和雜質(zhì)。

焊條熔敷金屬力學(xué)性能為：

表4焊條熔敷金屬短時高溫拉伸數(shù)據(jù)

本發(fā)明中，大理石：CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；

螢石：CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；

金紅石：TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求為：-40目：≥100％、-160目：≤30％；

純堿：Na2CO3≥99％、NaCl≤0.70％，鋯英砂：ZrO2≥60％、SiO2≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，顆粒度要求為：-40目：100％、-160目：≤50％；

鐵粉：Fe≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求：-30目：100％；

電解錳：Mn≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；

硅微粉：SiO2≥98.0％、Fe2O3≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求為-60目：100％。

冰晶粉：F：≥53％、Al≥13％、Na≤29，顆粒度要求-80目：100％；金屬鉻：Cr≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；

釩鐵：V：50％-55％，Al≤0.80％，Si≤2.50％，Mn≤0.50％，C≤0.75％，S≤0.05％，P≤0.10％，顆粒度要求-40目：100％；

鈮粉：Nb≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；

氮化鉻鐵：Cr≥60％，N≥5.0％，Si≤2.50％，C≤0.10％，S≤0.04，P≤0.03，顆粒度要求-40目：100％；

硼砂：B≥10％，顆粒度要求-60目：100％；

氧化稀土：：顆粒度要求為：-30目：100％

本發(fā)明適用于長期于630℃-650℃服役下工件的焊接。