本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，特別涉及一種適用于長期高溫服役的超超臨界材料CB2鋼配套焊條、其制備方法及焊接方法。

背景技術(shù)：

新型材料是國家重點支撐發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，新型焊接材料是新型鋼鐵材料產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)材料，焊接技術(shù)作為基礎(chǔ)制造技術(shù)之一，也是國家發(fā)展高端裝備制造業(yè)新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容。因此，發(fā)展新型焊接材料是國家產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)發(fā)展的重要方向。

由于超超臨界機組與常規(guī)火電機組相比，超臨界機組的可用率與亞臨界機組相當，效率比亞臨界機組約提高2％。超超臨界機組效率可比超臨界機組再提高約2％～3％，若再提高其主汽壓力到28MPa以上，效率還可再提高約2個百分點。因此它具有明顯的高效、節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢，已成為當今世界發(fā)達國家競相采用和發(fā)展的新技術(shù)。我國的能源裝備政策是要發(fā)展大容量高參數(shù)的火電機組，國家計委明確新建600MW及以上容量燃煤機組原則上采用超臨界或超超臨界參數(shù)的火電機組。

由于使用火力發(fā)電所造成的CO2的排放、環(huán)境污染，能源消耗嚴重阻礙了國家社會所要求的可持續(xù)發(fā)展。而提高超超臨界火力發(fā)電機組用鋼材料的耐熱溫度、提高其火力發(fā)電熱效率對于解決以上問題具有重大意義。

CB2鐵素體型耐熱鋼是一種用于在超超臨界下工作的，用于制造火力發(fā)電機組組件的耐熱鋼材料，可以在更高溫度下使用，進而可以提高火力發(fā)電的熱效率，大大減少能耗和CO2的排放，對于解決環(huán)境污染、能源短缺等問題及促進可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

現(xiàn)有焊條不能用于長期高溫服役的超超臨界材料CB2鋼的焊接，如申請?zhí)枮?01310010769.7公開了一種超臨界鐵素體耐熱鋼配套焊條及其生產(chǎn)方法，申請?zhí)枮?01210554241.1公開了一種超超臨界新型鐵素體耐熱鋼焊條及其制備方法，該兩項專利公開的焊條在長期高溫持久下不能與CB2相匹配使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一就在于提供一種用適用于長期高溫服役的超超臨界材料CB2鋼配套焊條，該焊條適用于長期于580℃-650℃服役下的超超臨界材料CB2鋼的焊接，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：一種適用于長期高溫服役的超超臨界材料CB2鋼配套焊條，由焊芯和裹覆于焊芯表面的藥皮組成，該藥皮組成和含量為：大理石220～300重量份、螢石180～300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40～80重量份、冰晶粉20～60重量份、鎳粉1～15重量份、金屬鉻1-10重量份、鉬粉1～5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、氟硼酸鉀1～10重量份和硼砂1-10重量份、稀土硅鎂鐵合金1-5重量份。

作為優(yōu)選，所述大理石240～290重量份、螢石200～260重量份、金紅石45～65重量份、純堿5～6重量份、鋯英砂6～7.5重量份、鐵粉115～140重量份、電解錳20～25重量份、硅微粉60～70重量份、冰晶粉40～50重量份、鎳粉5～10重量份、金屬鉻3-7重量份、鉬粉1～5重量份、釩鐵5～10重量份、鈮粉4～10重量份、氮化鉻鐵5～11重量份、氟硼酸鉀3～6重量份和硼砂3-7重量份、稀土硅鎂鐵合金2-4重量份。

作為優(yōu)選，所述焊芯化學(xué)成分為C 0.08-0.10wt％、Mn 0.10-0.30wt％、0≤Si≤0.10wt％、0≤S≤0.010wt％、0≤P≤0.010wt％、Ni 0.10-0.80wt％、Cr 8.50-9.50wt％、Mo 1.00-1.40wt％、V 0.10-0.20wt％、Nb 0.001-0.10wt％、N 0.001-0.050wt％、Co 0.90-1.10wt％、0≤Al≤0.040wt％、B 0.002-0.010wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。

作為優(yōu)選，所述大理石為240重量份，螢石為200重量份，金紅石為65重量份，純堿為5重量份，鋯英砂為6.5重量份，鐵粉為140重量份，電解錳為20重量份，硅微粉為65重量份，冰晶粉為45重量份，鎳粉為5重量份，金屬鉻為6重量份，鉬粉為3重量份，釩鐵為5重量份，鈮粉為4重量份，氮化鉻鐵為10重量份，氟硼酸鉀為6重量份，硼砂為3重量份，稀土硅鎂鐵合金2重量份。

作為優(yōu)選，所述大理石為290重量份，螢石為260重量份，金紅石為45重量份，純堿為5重量份，鋯英砂為6重量份，鐵粉為115重量份，電解錳為25重量份，硅微粉為65重量份，冰晶粉為45重量份，鎳粉為6重量份，金屬鉻為6重量份，鉬粉為3重量份，釩鐵為5.5重量份，鈮粉為5重量份，氮化鉻鐵為11重量份，氟硼酸鉀為5重量份，硼砂為6重量份，稀土硅鎂鐵合金2重量份。

作為優(yōu)選，所述大理石為270重量份，螢石為250重量份，金紅石為47重量份，純堿為5重量份，鋯英砂為6重量份，鐵粉為120重量份，電解錳為24重量份，硅微粉為66重量份，冰晶粉為48重量份，鎳粉為6重量份，金屬鉻為6重量份，鉬粉為3重量份，釩鐵為5.5重量份，鈮粉為5重量份，氮化鉻鐵為11重量份，氟硼酸鉀為3重量份，硼砂為7重量份，稀土硅鎂鐵合金2重量份。

作為優(yōu)選，所述大理石中，CaCO₃≥96％，S≤0.03％，P≤0.03％，顆粒度要求為-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；螢石中，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％；金紅石中，TiO₂≥96％，S≤0.03％，P≤0.03％，粒度要求為-40目≥100％，-160目≤30％；純堿中，Na₂CO₃≥99％，NaCl≤0.70％，鋯英砂中，ZrO₂≥60％，SiO₂≤32％，S≤0.03％，P≤0.09％，顆粒度要求為-40目100％，-160目≤50％；鐵粉中，F(xiàn)e≥97.0％，Mn≤0.40％，Si≤0.20％，C≤0.10％，S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求為-30目100％；電解錳中，Mn≥99.9％，顆粒度要求-60目100％；硅微粉中，SiO₂≥98.0％，F(xiàn)e₂O₃≤0.20％，S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求為-60目100％；冰晶粉中，F(xiàn)≥53％，Al≥13％，Na≤29，顆粒度要求-80目100％；鎳粉中，Ni≥99.9％，顆粒度要求-60目100％；金屬鉻中，Cr≥99.9％，顆粒度要求-60目100％；鉬粉中，Mo≥99.9％，顆粒度要求-60100％；釩鐵中，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％；鈮粉中，Nb≥99.9％，顆粒度要求-60目100％；氮化鉻鐵中，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％；硼砂中，B≥10％，顆粒度要求-60目100％；稀土硅鎂鐵合金中，Re：20.0％-26.0％，Mg：8.0％-15.0％，Si:30.0％-50.0％，Mn≤6.0％，Ca≤6.0％，余量Fe，顆粒度要求-40目100％。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種適用于長期高溫服役的超超臨界材料CB2鋼配套焊條的制備方法。

技術(shù)方案是：一種適用于長期高溫服役的超超臨界材料CB2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加入藥皮總量的20-30％的粘結(jié)劑攪拌混合均勻，送入條壓機內(nèi)將其裹覆于焊芯上；

③經(jīng)低溫80～100℃烘焙2～3小時，然后高溫380～400℃烘焙1.5～2小時得焊條。

本發(fā)明的目的之三在于提供一種長期高溫服役的超超臨界材料CB2鋼的焊接方法。

技術(shù)方案是：一種長期高溫服役的超超臨界材料CB2鋼的焊接方法，該焊接方法焊縫熔敷金屬化學(xué)成分為(wt％)：C 0.07-0.15wt％、Mn 0.4-1.0wt％、Si≤0.50wt％、0≤P S≤0.010wt％、0≤P≤0.010wt％、Ni 0.50-1.0wt％、Cr 8.50-10.00wt％、Mo 1.30-1.70wt％、V 0.15-0.30wt％、Nb 0.020-0.10wt％、N 0.020-0.070wt％、Co 0.90-1.20wt％、0≤P Al≤0.040wt％、B 0.002-0.010wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。

作為優(yōu)選，所述焊接方法采用上述的焊劑；焊縫熔敷金屬在740℃±15℃保溫10小時情況下，焊縫熔敷金屬力學(xué)性能室溫抗拉強度Rm≥720Mpa，室溫屈服強Rp0.2≥560MPa，室溫伸長率A≥15％，20℃沖擊功KV單值≥27J；在730℃±15℃保溫12小時冷卻至室溫，再經(jīng)過730℃±15℃保溫12小時情況下，焊縫熔敷金屬力學(xué)性能室溫抗拉強度Rm≥680Mpa，室溫屈服強Rp0.2≥530MPa，室溫伸長率A≥15％，20℃沖擊功KV單值≥34J。

發(fā)明原理：

本專利產(chǎn)品主要配套鋼材CB2的具體牌號為ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB，是一種新型鐵素體耐熱鋼，主要用于制造在超超臨界蒸汽參數(shù)條件下工作的發(fā)電機組的一些關(guān)鍵部件。本專利產(chǎn)品及具體作用為CB2鋼的焊縫對接和CB2鋼鑄件補焊。

本專利產(chǎn)品主要加入的合金C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Co、Nb、N、B的合理搭配來提高高溫性能，其中C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N合金元素作用及目的與已有專利《超臨界鐵素體耐熱鋼配套焊條及其生產(chǎn)方法》相似，本發(fā)明專利產(chǎn)品新添加的Co和B元素在本專利產(chǎn)品中所起作用如下：

B的作用：B具有較強的晶界強化作用可以增加高溫溫度，由于B產(chǎn)生的M₂₃(C,B)₆析出物在高溫下比M₂₃C₆穩(wěn)定，并且能防止碳化物的聚集和粗化，從而能是耐熱鋼在高溫下具有較高的強度。

Co的作用：Co有利于馬氏體基體組織的形成，Co與Ni、Mn復(fù)合加入，可使鋼獲得單向的奧氏體，從而使之在隨后的冷卻過程中完全形成馬氏體組織，提高鋼的韌性。

有益效果：

本發(fā)明焊條性能優(yōu)良，焊條表面光滑，成品率高，偏心穩(wěn)定；本發(fā)明焊條通過焊接中各成分在制備時及焊接時的相互結(jié)合，相互影響，交互作用，焊接后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CB2超超臨界材料，焊縫熔敷金屬化學(xué)成分控制嚴格，特別是Sb、Sn、As、B、S、P等有害雜質(zhì)元素控制極低。

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

本實施例中，焊芯(wt％)：C 0.08-0.10wt％、Mn 0.10-0.30wt％、0≤Si≤0.10wt％、0≤S≤0.010wt％、0≤P≤0.010wt％、Ni 0.10-0.80wt％、Cr 8.50-9.50wt％、Mo 1.00-1.40wt％、V 0.10-0.20wt％、Nb 0.001-0.10wt％、N 0.001-0.050wt％、Co 0.90-1.10wt％、0≤Al≤0.040wt％、B 0.002-0.010wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。

本實施例中，當焊芯為1000g時，藥皮組成成分及含量為(g)：大理石：240、螢石：200、金紅石：65、純堿：5、鋯英砂：6.5、鐵粉：140、電解錳：20、硅微粉：65，冰晶粉：45，鎳粉：5，金屬鉻：6，鉬粉：3，釩鐵：5，鈮粉：4，氮化鉻鐵：10，氟硼酸鉀：6，硼砂：3，稀土硅鎂鐵合金：2。

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4.0mm焊芯上，再經(jīng)低溫88℃烘焙2小時、高溫380℃烘焙1.5小時，即得焊條。

本實施例所得焊條(直流反接焊接)進行焊接試驗(母材為ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB鋼)，電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。

焊條熔敷金屬化學(xué)成分為：C:0.10wt％、Mn:0.88wt％、Si:0.20wt％、S:0.006wt％、P:0.008wt％、Ni:0.75wt％、Cr:9.23wt％、Mo:1.48wt％、V:0.20wt％、Nb:0.041wt％、N:0.040wt％、Co:1.05wt％、Al:0.001wt％、B:0.004wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。

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

實施例2

本實驗實施例焊芯與選擇實施例一相同。

本實施例中，當焊芯為1000g時，藥皮組成成分及含量為(g)：大理石：290、螢石：260、金紅石：45、純堿：5、鋯英砂：6、鐵粉：115、電解錳：25、硅微粉：65，冰晶粉：45，鎳粉：6，金屬鉻：6，鉬粉：3，釩鐵：5.5，鈮粉：5，氮化鉻鐵：11，氟硼酸鉀：5，硼砂：6，稀土硅鎂鐵合金：2。

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焊芯上，再經(jīng)低溫88℃烘焙2小時、高溫380℃烘焙1.5小時，即得焊條。

本實施例所得焊條(直流反接焊接)進行焊接試驗(母材為ZG13Cr9Mo2C o1NiVNbNB鋼)，電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。

焊條熔敷金屬化學(xué)成分為：C:0.11wt％、Mn:0.85wt％、Si:0.19wt％、S:0.005wt％、P:0.007wt％、Ni:0.65wt％、Cr:9.30wt％、Mo:1.42wt％、V:0.21wt％、Nb:0.040wt％、N:0.040wt％、Co:1.07wt％、Al:0.001wt％、B:0.0038wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。

表2焊條熔敷金屬力學(xué)性能

實施例3

本實驗實施例焊芯與選擇實施例一相同。

本實施例中，當焊芯為1000g時，藥皮組成成分及含量為(g)：大理石：270、螢石：250、金紅石：47、純堿：5、鋯英砂：6、鐵粉：120、電解錳：24、硅微粉：66，冰晶粉：48，鎳粉：6，金屬鉻：,6，鉬粉：3，釩鐵：5.5，鈮粉：5，氮化鉻鐵：11，氟硼酸鉀：3，硼砂：7，稀土硅鎂鐵合金：2。

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焊芯上，再經(jīng)低溫88℃烘焙2小時、高溫380℃烘焙1.5小時，即得焊條。

本實施例所得焊條(直流反接焊接)進行焊接試驗(母材為ZG13Cr9Mo2C o1NiVNbNB鋼)，電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。

焊條熔敷金屬化學(xué)成分為：C:0.12wt％、Mn:0.80wt％、Si:0.21wt％、S:0.005wt％、P:0.009wt％、Ni:0.66wt％、Cr:9.40wt％、Mo:1.46wt％、V:0.19wt％、Nb:0.039wt％、N:0.042wt％、Co:1.03wt％、Al:0.001wt％、B:0.0041wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。

焊條熔敷金屬力學(xué)性能為：

表3焊條熔敷金屬力學(xué)性能

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％；鎳粉：Ni≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；金屬鉻：Cr≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；鉬粉：Mo≥99.9％，顆粒度要求-60：100％；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％；稀土硅鎂鐵合金中，Re：20.0％-26.0％，Mg：8.0％-15.0％，Si:30.0％-50.0％，Mn≤6.0％，Ca≤6.0％，余量Fe，顆粒度要求-40目100％。

總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。