本發(fā)明屬于焊接制備的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲及其制備方法。

背景技術(shù)：

盡管超超臨界發(fā)電技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)有幾十年的歷史了，但是在國(guó)內(nèi)還處于剛剛起步階段，而相應(yīng)的超超臨界耐熱材料的研究同樣處于起步階段。隨著工作溫度和工作壓力的提高，要求超超臨界汽輪機(jī)中的重要部件的材料具有更好的熱強(qiáng)性能、抗高溫腐蝕和氧化性能，因此材料的制造技術(shù)成為制約超超臨界機(jī)組發(fā)展的關(guān)鍵。對(duì)于承受一定的載荷而又經(jīng)常經(jīng)歷急劇溫度變化的高溫結(jié)構(gòu)材料，首先必須具有高的抗氧化性能和一定的熱強(qiáng)性能，同時(shí)還須具有良好的抗熱疲勞性能以抵抗溫度變化引起的熱疲勞，高的組織穩(wěn)定性以保證在高溫環(huán)境中結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定。熱電廠中的主要部件如蒸汽管線、汽包、水冷壁、鍋爐等均采用耐熱鋼制造。

提高現(xiàn)代熱電廠的熱效率首先就是要提高蒸汽的溫度和壓力。為滿足這一實(shí)際需要，多年來(lái)，相關(guān)行業(yè)一直致力于新型耐熱鋼的研究和開(kāi)發(fā)，特別是鉻的含量為9～12wt％的高鉻耐熱鋼的發(fā)展。該系列耐熱鋼由于具有很高的強(qiáng)韌性、抗蠕變性能，以及良好的抗高溫氧化和抗腐蝕性能而得到關(guān)注，并成為熱電廠中主要設(shè)備用材的主選或更新?lián)Q代材料。

ZG1Cr10MoVNbN耐熱鋼是超超臨界汽輪機(jī)高溫用鑄鋼,是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型材料,主要用于超超臨界汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸、主汽閥、噴嘴等部件，工作溫度為600℃、工作壓力為25MPa，該類(lèi)部件要求材料具有較好的熱強(qiáng)性能、抗高溫腐蝕和氧化性能。所以對(duì)該材料的研究和開(kāi)發(fā)對(duì)于發(fā)展超超臨界發(fā)電機(jī)組具有十分重要的意義。

超超臨界焊條經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。而隨著自動(dòng)化程度的提高，越來(lái)越多的用戶需要此類(lèi)自動(dòng)或半自動(dòng)焊接材料代替手工焊焊條，所以此類(lèi)焊絲的開(kāi)發(fā)也迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種適用于超超臨界汽輪機(jī)ZG1Cr10MoVNbN或T91/P91等耐熱鋼配套使用的超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲及其制備方法。

本發(fā)明的一方面提供了超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲，所述藥芯焊絲包括外皮和藥芯，所述外皮為低碳鋼鋼薄帶，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述藥芯包括以下組分：石墨粉3～5％、金屬鉻35～50％、金紅石20～40％、鉬鐵3～8％、錳鐵粉3～8％、鎳粉1～8％、長(zhǎng)石2～8％、釩鐵1～5％、鈮鐵1～5％、氟化物0.2～2％以及余量的鐵粉和不可避免的雜質(zhì)；其中，所述藥芯重量占焊絲總重量的10～30％

根據(jù)本發(fā)明超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲的一個(gè)實(shí)施例，所述藥芯焊絲的直徑為φ1.2～2.4mm。

根據(jù)本發(fā)明超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲的一個(gè)實(shí)施例，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述低碳鋼鋼薄帶包含以下成分：C 0.02～0.045％、Mn 0.15～0.35％、Si≤0.035％、S≤0.015％、P≤0.017％以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲的一個(gè)實(shí)施例，所述氟化物為氟化鈣、氟鈦酸鉀和氟鋁酸鉀中的一種或多種。

根據(jù)本發(fā)明超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲的一個(gè)實(shí)施例，所述藥芯焊絲適用于超超臨界汽輪機(jī)ZG1Cr10MoVNbN或T91/P91耐熱鋼的配套使用。

根據(jù)本發(fā)明超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲的一個(gè)實(shí)施例，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述藥芯焊絲的焊接熔敷金屬包含以下成分：C 0.08～0.13％、Mn≤1.20％、Si≤0.50％、S≤0.015％、P≤0.020％、Cr 8.0～10.5％、Mo 0.85～1.20％、Ni≤0.8％、V 0.15～0.30％、Nb 0.02～0.10％以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲的一個(gè)實(shí)施例，所述焊接熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量小于5mL/100g且力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度≥620Mpa、屈服強(qiáng)度≥540Mpa、延伸率≥16％、20℃沖擊達(dá)到40J。

本發(fā)明的另一方面提供了上述超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲的制備方法，將藥芯的各組分按配比混合均勻后置于作為外皮的低碳鋼鋼薄帶上，包裹或卷制成絲并經(jīng)拉拔減徑至預(yù)定規(guī)格，制得所述超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲。

本發(fā)明的超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲可配套用于超超臨界汽輪機(jī)ZG1Cr10MoVNbN、T91/P9 1等耐熱鋼，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17493 E91T1-B9M的要求。并且，該藥芯焊絲的焊接工藝性能和理化性能良好，工藝上達(dá)到焊接工藝性能良好、電弧穩(wěn)定、飛濺小、焊縫成型美觀且能夠進(jìn)行全位置焊接等目的，性能上達(dá)到具有良好力學(xué)性能的目的。

具體實(shí)施方式

本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類(lèi)似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)例子而已。

下面先對(duì)本發(fā)明的超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所述超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲包括外皮和藥芯，外皮為低碳鋼鋼薄帶，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述藥芯包括以下組分：石墨粉3～5％、金屬鉻35～50％、金紅石20～40％、鉬鐵3～8％、錳鐵粉3～8％、鎳粉1～8％、長(zhǎng)石2～8％、釩鐵1～5％、鈮鐵1～5％、氟化物0.2～2％以及余量的鐵粉和不可避免的雜質(zhì)；其中，藥芯重量占焊絲總重量的10～30％。

耐熱鋼通常是加入合金元素，即通過(guò)合金化來(lái)提高鋼的高溫強(qiáng)度。常用的合金元素有鉻、鋁、釩、鎢、鈮、硼、硅、稀土等，通過(guò)加入合金元素并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，可以起到固溶?qiáng)化、晶界強(qiáng)化及沉淀強(qiáng)化的作用。高合金含量的固溶強(qiáng)化對(duì)提高耐熱鋼的強(qiáng)度具有一定的效果，但高鉻耐熱鋼一般采用細(xì)小彌散的第二相粒子強(qiáng)化來(lái)提高其強(qiáng)度。因?yàn)榧?xì)小彌散的第二相粒子在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，可起到釘扎位錯(cuò)、阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而起到進(jìn)一步提高耐熱鋼強(qiáng)度的作用。

本發(fā)明藥芯粉中各組分的主要作用如下：

石墨粉：在超超臨界焊材中，加入適當(dāng)?shù)氖梢詳U(kuò)大和穩(wěn)定奧氏體，提高焊縫的高溫強(qiáng)度。在石墨粉含量在3～5％的范圍內(nèi)，熔敷金屬具有較好的韌性和強(qiáng)度。碳含量過(guò)低容易引起高溫強(qiáng)度不足，碳含量過(guò)高容易出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。

金屬鉻：鉻是耐熱鋼中極重要的合金元素。當(dāng)鋼中含鉻量足夠時(shí)，能在鋼的表面形成致密的氧化膜。這層氧化膜能在一定程度上阻止氧、硫、氮等腐蝕性氣體向鋼中擴(kuò)散，也能阻止金屬離子向外擴(kuò)散。耐熱鋼的抗高溫腐蝕性能與含Cr量有一定的關(guān)系，當(dāng)含Cr量達(dá)到9％以上時(shí)，鋼的高溫抗氧化能力明顯提高。本發(fā)明通過(guò)直接在藥芯中加入金屬鉻來(lái)提高熔敷金屬的鉻含量，從而提高其力學(xué)性能。

金紅石：在加入量為20～40％左右，能夠很好的起到造渣、穩(wěn)定電弧的作用。如果加入過(guò)多，會(huì)引起熔渣較粘，渣流動(dòng)性不好；如果加入過(guò)少，不能起到造渣及穩(wěn)定電弧的作用，影響焊材的工藝性能。

鉬鐵：作為焊縫金屬中鉬的主要來(lái)源。鉬是提高熱強(qiáng)性的最重要合金元素之一，耐熱鋼中一般都含有Mo。Mo溶于鐵素體，能顯著提高鐵素體的再結(jié)晶溫度，從而提高蠕變強(qiáng)度，Mo同時(shí)能以細(xì)小的碳化物的形式產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用，鉬是焊縫金屬中重要的強(qiáng)化元素，在本發(fā)明藥芯焊絲的藥芯中含量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬?gòu)?qiáng)度不足，含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度過(guò)高、韌性惡化。限定藥芯中鉬鐵含量為3～8％，優(yōu)選鉬含量為50～60％的鉬鐵。

錳鐵：作為焊縫金屬中錳的主要來(lái)源。在焊縫中增加錳一方面加強(qiáng)脫氧，一方面增加了針狀鐵素體的數(shù)量，同時(shí)相應(yīng)減少了先共析鐵素體和層狀組分的數(shù)量，細(xì)化了焊縫的針狀鐵素體和粗晶區(qū)的顯微組織，提高了焊縫的沖擊韌性。

鎳粉：作為焊縫金屬中鎳的主要來(lái)源。鎳是焊縫熔敷金屬中重要的合金元素，對(duì)提高強(qiáng)度有一定的貢獻(xiàn)，但作用有限。

長(zhǎng)石：加入2～8％的長(zhǎng)石可以有效地細(xì)化熔滴顆粒，減小飛濺及改善焊縫的成型。

釩鐵：為焊縫金屬中釩的主要來(lái)源。釩主要是通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，生成?xì)小的均勻分布的碳化物顆粒，使鋼得以強(qiáng)化。在Cr-Mo-V鋼中，由于V的碳化物十分穩(wěn)定，將碳固定而促使Cr、Mo等合金元素更多地溶入固溶體，這樣，間接地起到了促進(jìn)固溶強(qiáng)化的作用。

鈮鐵：加入1～5％左右的鈮鐵，可以提高高溫強(qiáng)度，細(xì)化晶粒，阻止高溫下晶粒長(zhǎng)大。

氟化物：氟用以降低熔敷金屬中擴(kuò)散氫的含量，但氟化物含量過(guò)高，會(huì)造成焊接時(shí)電弧不穩(wěn)、飛濺變大、電弧聲音變差，控制為0.2～2％為佳。根據(jù)本發(fā)明，氟化物可以為氟化鈣、氟鈦酸鉀和氟鋁酸鉀中的一種或多種。

鐵粉：藥芯中加入鐵粉可提高焊接效率并提供少量的氧用于穩(wěn)弧，為了保證高的熔敷效率、主要來(lái)源于還原鐵粉或霧化鐵粉。

本發(fā)明是通過(guò)上述藥芯組分的有機(jī)組配并與低碳鋼鋼薄帶外皮配合從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的和技術(shù)效果。

根據(jù)本發(fā)明，所述低碳鋼鋼薄帶包含以下成分：C 0.02～0.045％、Mn0.15～0.35％、Si≤0.035％、S≤0.015％、P≤0.017％以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。控制鋼帶的碳含量，有利于鋼帶在生產(chǎn)過(guò)程中的拉拔性；嚴(yán)格控制鋼帶中的雜質(zhì)元素S、P的含量，提高沖擊韌性，降低熔敷金屬的回火脆性，進(jìn)一步提高焊絲性能。

優(yōu)選的低碳鋼鋼薄帶包含以下成分：C 0.035％、Mn 0.25％、Si 0.015％、S 0.006％、P 0.011％以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明的超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲的直徑優(yōu)選為φ1.2～2.4mm。在使用本發(fā)明的超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲進(jìn)行焊接時(shí)，以質(zhì)量百分比計(jì)，所得焊接熔敷金屬包含以下成分：C 0.08～0.13％、Mn≤1.20％、Si≤0.50％、S≤0.015％、P≤0.020％、Cr 8.0～10.5％、Mo 0.85～1.20％、Ni≤0.8％、V 0.15～0.30％、Nb 0.02～0.10％以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。并且，該焊接熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量小于5mL/100g且力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度≥620MPa、屈服強(qiáng)度≥540MPa、延伸率≥16％、20℃沖擊功達(dá)到40J。

綜上，本發(fā)明的超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲可配套用于超超臨界汽輪機(jī)ZG1Cr10MoVNbN、T91/P91等耐熱鋼的焊接，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17493E91T1-B9M的要求，其焊接工藝性能和理化性能良好。

同時(shí)，本發(fā)明還提供了上述超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲的制備方法，具體地：將藥芯的各組分按配比混合均勻后置于作為外皮的低碳鋼鋼薄帶上，包裹或卷制成絲并經(jīng)拉拔減徑至預(yù)定規(guī)格，制得所述超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲。

其中，作為外皮的低碳鋼鋼薄帶可以為寬度12～16mm且厚度為0.6～1.0mm的低碳鋼鋼薄帶，并且預(yù)定規(guī)格的藥芯焊絲直徑為φ1.2～2.4mm。

應(yīng)理解，本發(fā)明詳述的上述實(shí)施方式及以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲及其制備方法作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1：

采用14mm×0.8mm(寬×厚)的鋼帶作為焊絲的外皮，其化學(xué)成分包括C 0.035wt％、Mn 0.25wt％、Si 0.015wt％、S 0.006wt％、P 0.011wt％以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。

生產(chǎn)666kg焊絲的藥芯重量為100kg(藥芯重量占整個(gè)焊絲重量的15wt％)，藥芯中各組分含量為：石墨粉：5kg，金屬鉻：35kg，金紅石：20kg，鉬鐵：3kg，錳鐵粉：3kg，鎳粉：1kg，長(zhǎng)石：2kg，釩鐵：1kg，鈮鐵：1kg，氟化物：0.2kg，加鐵粉28.8kg至藥芯配料總重100kg。

將藥芯各組分混合均勻后待用，將外皮置于焊絲成型機(jī)內(nèi)、陸續(xù)將待用的藥芯混合料注入橫向彎制成“U”型的外皮凹槽內(nèi)，進(jìn)而卷制成絲、經(jīng)細(xì)拉至Φ1.2mm即得超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲。

實(shí)施例2：

采用14mm×0.8mm(寬×厚)的鋼帶作為焊絲的外皮，其化學(xué)成分為C 0.025wt％、Mn 0.20wt％、Si 0.012wt％、S 0.004wt％、P 0.008wt％以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。

其中，100kg藥芯中各組分含量為：石墨粉：4kg，金屬鉻：42kg，金紅石：26kg，鉬鐵：5kg，錳鐵粉：5kg，鎳粉：3kg，長(zhǎng)石：5kg，釩鐵：3kg，鈮鐵：3kg，氟化物：1kg，加鐵粉3kg至藥芯配料總重100kg。

將藥芯各組分混合均勻后待用，將外皮置于焊絲成型機(jī)內(nèi)、陸續(xù)將待用的藥芯混合料注入橫向彎制成“U”型的外皮凹槽內(nèi)，進(jìn)而卷制成絲、經(jīng)細(xì)拉至Φ1.2mm即得超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲。

實(shí)施例3：

除藥芯成分含量不同外，其余條件與實(shí)施例1相同。

其中，100kg藥芯中各組分含量為：石墨粉：5kg，金屬鉻：45kg，金紅石：20kg，鉬鐵：5kg，錳鐵粉：3kg，鎳粉：5kg，長(zhǎng)石：3kg，釩鐵：5kg，鈮鐵：5kg，氟化物：0.5kg，加鐵粉3.5kg至藥芯配料總重100kg。

將藥芯各組分混合均勻后待用，將外皮置于焊絲成型機(jī)內(nèi)、陸續(xù)將待用的藥芯混合料注入橫向彎制成“U”型的外皮凹槽內(nèi)，進(jìn)而卷制成絲、經(jīng)細(xì)拉至Φ1.2mm即得超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲。

將實(shí)施例1至實(shí)施例3的超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲用于試板的焊接，焊接參數(shù)為I＝240～260A、U＝28～30V、氣體流量為20L/min、保護(hù)氣體為：80％Ar+20％CO₂。

其中，所得焊接熔敷金屬的化學(xué)成分如表1所示，所得焊接熔敷金屬的力學(xué)性能和擴(kuò)散氫含量如表2所示。

表1焊接熔敷金屬的化學(xué)成分(wt％)

表2焊接熔敷金屬的力學(xué)性能(混合氣體)及擴(kuò)散氫含量

綜上所述，本發(fā)明的超超臨界耐熱鋼藥芯焊絲可配套用于超超臨界汽輪機(jī)ZG1Cr10MoVNbN、T91/P9 1等耐熱鋼，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17493 E91T1-B9M的要求。并且，該藥芯焊絲的焊接工藝性能和理化性能良好，工藝上達(dá)到焊接工藝性能良好、電弧穩(wěn)定、飛濺小、焊縫成型美觀且能夠進(jìn)行全位置焊接等目的，性能上達(dá)到具有良好力學(xué)性能的目的。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。