本发明涉及焊接材料领域，特别涉及一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢的埋弧焊剂及其制备方法。
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℃，1996年我国第一台600℃超超临界火电机组在浙江省玉环县投运以来，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，我国在2010年启动了700℃蒸汽参数超超临界火电机组研制国家计划。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。奥氏体耐热钢由于热导率低、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，成分特点为9Cr-3W-3Co，是一种马氏体钢。与传统的T/P92钢相比，G115钢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。面前没有与该钢相匹配的埋弧焊接材料。技术实现要素：本发明的目的之一就在于提供一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢的埋弧焊剂，该焊剂可用于630-650℃蒸汽温度锅炉钢G115的焊接。技术方案是：一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢的埋弧焊剂，该焊剂包括以下组成成分：SiO25-8重量份、MgO34-37重量份、Al2O315-17重量份、CaF236-39重量份、CaO2-4重量份、ZrO21.0-3.0重量份和Re2O30.5-2.0重量份。作为优选，所述SiO28重量份、MgO34重量份、Al2O315重量份、CaF236重量份、CaO3重量份、ZrO23重量份和Re2O31重量份。作为优选，所述SiO26重量份、MgO36重量份、Al2O316重量份、CaF239重量份、CaO2重量份、ZrO21.5重量份和Re2O30.5重量份。作为优选，所述SiO25重量份、MgO37重量份、Al2O317重量份、CaF237重量份、CaO2重量份、ZrO21重量份和Re2O31重量份。本发明的目的之二在于提供一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢的埋弧焊剂的制备方法。技术方案是：一种蒸汽温度超超临界火电机组用钢的埋弧焊剂的制备方法，包括以下步骤：①粉料置于混合器内；②搅拌混合均匀后，加入模数2.8、粘度为43Be’的钠水玻璃18.0-19.0重量份混合造粒；③经100-200℃低温烘焙、600-800℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。发明原理：CaF2在焊剂中起到造气、造渣的作用，具有调整熔渣的熔点和粘度，改善熔渣流动性的作用，并能够降低焊缝金属中氢的含量。但当其含量过高时，会造成电弧不稳定，焊缝边缘不规整，容易造成夹渣。MgO是良好的造渣材料，它能增加熔渣的透气性，抑制表面氧化，降低酸性渣的粘度，同时降低扩散氢的含量，并具有增大熔渣表面张力的作用。随着MgO含量的增加，熔渣的膨胀系数增加，焊接综合工艺性能提高。由于MgO熔点较高，能增大熔渣粘度，提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性使焊缝成形变差，熔渣变硬，脱渣变困难，因而MgO含量是有一定的范围的。Al2O3是焊剂中的造渣剂，具有调整熔渣的熔点和粘度，提高电弧集中性的作用。其属于高熔点物质，高温的膨胀系数与铁的差异较大，随着其加入量的增加，焊缝波纹变细.焊缝成形变好而有利于脱渣，焊接工艺性能提高。但是随着Al2O3量的进一步增加，会使熔渣的熔点提高，粘度增大，流动性变差，甚至出现咬边或夹渣等缺陷，影响焊缝成形。SiO2是焊剂中主要的造渣成分，可调整渣的凝固点、表面张力及熔渣高温粘度，对焊道外观和形状的有重要的作用。SiO2对脱渣性影响比较大，随着SiO2量的增加，脱渣变得容易，抗氧化性能也增强，表面压坑减少，但是随着SiO2量的进一步增加，焊剂的焊接综合工艺性能却逐步地降低。CaO以CaCO3的形式加入到焊剂中，具有较强脱硫、脱磷的能力。CaCO3在焊接过程中释放出的CO2，一方面可以降低焊接气氛的氢分压，有利于消除因氢引起的焊接缺陷，另一方面，可以增加液态熔池的搅拌力度，有利于冶金反映产生的熔渣上浮到熔池表面。但当其含量过量时，容易在焊缝表面产生压坑缺陷。ZrO2在焊剂中起造渣剂的作用，线膨胀系数大，具有改善焊缝脱渣性能的作用。Re2O3的加入是本发明的技术关键，其可以起到净化焊缝组织、细化晶粒，改变夹杂物的形态和大小来改善焊缝金属的冲击韧性。但加入量过多，在焊缝中会形成氧化物夹杂，影响力学性能。有益效果：本发明通过对熔渣的表面张力和粘度的调整，改善熔渣的流动性。通过对熔渣熔点、线膨胀系数等方面的调整，改善渣壳的脱渣性。通过对钾、钠等物质含量的调整，改善了焊剂的电弧稳定性，通过对某些原辅材料的特殊处理，降低了焊剂的结晶水含量。本发明焊剂焊接时焊接工艺性能良好，电弧稳定，脱渣性好，焊缝成形美观。本发明焊剂焊丝组合，在760℃±15℃分别保温2、4、6小时情况下其熔敷金属力学性能满足如下要求：室温抗拉强度Rm≥680MPa，室温屈服强度Rp0.2≥540MPa，室温伸长率A≥17％，20℃冲击功KV2≥27J。本发明埋弧焊剂适用于蒸汽参数630-650℃的超超临界锅炉用钢G115的焊接，焊缝金属具有与G115钢相近的强度、韧性和高温性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。实施例1将SiO28kg、MgO34kg、Al2O315kg、CaF236kg、CaO3kg、ZrO23kg、Re2O31kg粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18.0kg钠水玻璃混合造粒，再经150℃低温烘焙、700℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。将该焊剂配合焊丝(焊丝成分按质量百分比为：C0.106、Mn0.80、Si0.20、S0.005、P0.005、Cr8.91、Co2.85、W2.95、V0.22、Nb0.071、N0.010、B0.008、Cu0.90、Ce0.08、Nd0.061、Ni0.030，余量为Fe和杂质)对20mm厚的G115钢板进行埋弧焊焊接实验。焊接工艺性能优良，脱渣好，电弧稳定，焊缝表面成形美观，焊缝边缘规整，无咬边、气孔、裂纹等缺陷。将实施例1中制备的焊剂配合焊丝进行埋弧焊接试验，熔敷金属化学成分为：C:0.086wt％、Mn:0.61wt％、Si:0.26wt％、S:0.004wt％、P:0.009wt％、Cr:8.72wt％、Co:2.83wt％、W:2.83wt％、V:0.20wt％、Nb:0.047wt％、N:0.012wt％、B:0.0029wt％、Cu:0.94wt％、Ce:0.094wt％、Nd:0.023wt％、La:0.005wt％、Al:0.0011wt％、Ni:0.024wt％、余量为Fe和杂质。表1、表2和表3分别为熔敷金属室温、高温和短时高温拉伸试验数据。表1熔敷金属力学性能表2熔敷金属高温拉伸性能试验温度(℃)Rp0.2(MPa)Rm(MPa)A(％)Z(％)热处理40052560115.547.0760℃×4h50045651617.053.6760℃×4h55042940217.559.5760℃×4h60035438821.568.3760℃×4h65024930327.067.1760℃×4h表3熔敷金属短时高温拉伸性能实施例2将SiO26kg、MgO36kg、Al2O316kg、CaF239kg、CaO2kg、ZrO21.5kg、Re2O30.5kg的粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18.5kg钠水玻璃混合造粒，再经150℃低温烘焙、700℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。将该焊剂配合焊丝(焊丝成分按质量百分比为：C0.106、Mn0.80、Si0.20、S0.005、P0.005、Cr8.91、Co2.85、W2.95、V0.22、Nb0.071、N0.010、B0.008、Cu0.90、Ce0.08、Nd0.061、Ni0.030，余量为Fe和杂质)对20mm厚的G115钢板进行埋弧焊焊接实验。焊接工艺性能优良，脱渣好，电弧稳定，焊缝表面成形美观，焊缝边缘规整，无咬边、气孔、裂纹等缺陷。将实施例2中制备的焊剂配合焊丝进行埋弧焊接试验，熔敷金属化学成分为：C:0.088wt％、Mn:0.62wt％、Si:0.24wt％、S:0.004wt％、P:0.009wt％、Cr:8.83wt％、Co:2.79wt％、W:2.81wt％、V:0.18wt％、Nb:0.048wt％、N:0.013wt％、B:0.0033wt％、Cu:0.98wt％、Ce:0.098wt％、Nd:0.021wt％、La:0.004wt％、Al:0.0010wt％、Ni:0.023wt％、余量为Fe和杂质。表4、表5和表6分别为熔敷金属室温、高温和短时高温拉伸试验数据。表4熔敷金属力学性能表5熔敷金属高温拉伸性能试验温度(℃)Rp0.2(MPa)Rm(MPa)A(％)Z(％)热处理40052160816.047.5760℃×4h50046552617.054.0760℃×4h55043440918.060.0760℃×4h60035839121.068.0760℃×4h65025330627.567.0760℃×4h表6熔敷金属短时高温拉伸性能实施例3将SiO25kg、MgO37kg、Al2O317kg、CaF237kg、CaO2kg、ZrO21kg、Re2O31kg粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入19.0kg钠水玻璃混合造粒，再经150℃低温烘焙、700℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。将该焊剂配合焊丝(焊丝成分按质量百分比为：C0.106、Mn0.80、Si0.20、S0.005、P0.005、Cr8.91、Co2.85、W2.95、V0.22、Nb0.071、N0.010、B0.008、Cu0.90、Ce0.08、Nd0.061、Ni0.030，余量为Fe和杂质)对20mm厚的G115钢板进行埋弧焊焊接实验。焊接工艺性能优良，脱渣好，电弧稳定，焊缝表面成形美观，焊缝边缘规整，无咬边、气孔、裂纹等缺陷。将实施例3中制备的焊剂配合焊丝进行埋弧焊接试验，熔敷金属化学成分为：C:0.091wt％、Mn:0.63wt％、Si:0.25wt％、S:0.005wt％、P:0.008wt％、Cr:8.77wt％、Co:2.74wt％、W:2.79wt％、V:0.19wt％、Nb:0.046wt％、N:0.012wt％、B:0.0030wt％、Cu:0.95wt％、Ce:0.096wt％、Nd:0.022wt％、La:0.005wt％、Al:0.0012wt％、Ni:0.022wt％、余量为Fe和杂质。表7、表8和表9分别为熔敷金属室温、高温和短时高温拉伸试验数据。表7熔敷金属力学性能表8熔敷金属高温拉伸性能试验温度(℃)Rp0.2(MPa)Rm(MPa)A(％)Z(％)热处理40051960215.548.0760℃×4h50046852317.054.5760℃×4h55043741118.561.0760℃×4h60036039721.068.0760℃×4h65025631027.566.5760℃×4h表9熔敷金属短时高温拉伸性能实施例1-3各项实验其性能均满足630-650℃超超临界锅炉用钢的焊接技术要求。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。当前第1页1 2 3