本发明专利技术提供了一种含钒的低合金耐热钢焊条，包括焊芯和裹覆在焊芯表面的药皮，药皮由干粉和粘接剂混合而成，药皮中干粉的成分及含量百分比如下：大理石35～44％，萤石20～25％，硅微粉2～7％，天然金红石2～5％，金属铬3.5～4.0％，钼铁2.5～3.0％，钒铁1.0～2.0％，氮锰合金0.1～0.5％，45#硅铁4～8％，电解锰2.0～3.5％，纤维素0.3～0.8％，铁粉10～15％；粘接剂加入量为干粉总重量的20～26％。该含钒的低合金耐热钢焊条的药皮采用CaO‑CaF2‑SiO2‑TiO2型渣系，通过药皮向焊缝金属中过渡Si、Mn、Cr、Mo、V等合金元素，改善了焊条的工艺性能，可进行全位置焊接；而且本发明专利技术提供的焊条具有良好的低温冲击韧性(‑30℃冲击值≥150J)，且其低温冲击值稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接材料制造
，具体涉及一种含钒的低合金耐热钢焊条，适用于1Cr-0.5Mo-V低合金耐热钢的焊接。
技术介绍
1Cr-0.5Mo-V低合金耐热钢在火力发电、石油化工以及煤化工等行业应用广泛，用于制造锅炉、压力容器以及其它工作在540℃以下的高温装置和设备。随着全世界环境和能源问题日益突出，我国传统制造业正逐步向低污染、低消耗和高效率方向发展，上述行业中如电站锅炉、石油裂化、高温合成等设备正向大型化、高参数方向发展，这对相应的耐热钢材料及其配套的焊材都提出了越来越严格的要求，如电站锅炉制造厂家通常要求耐热钢焊接材料熔敷金属具有室温冲击韧性，现在逐步要求-10℃甚至更低温度下的低温冲击韧性，而压力容器制造厂家则开始要求-18℃、-30℃甚至更低温度下的冲击韧性，以满足恶劣环境及工况下的安装和使用。相对于其他耐热钢材料，1Cr-0.5Mo-V低合金耐热钢中由于含有V元素，其焊接性也独具特点。当焊接接头经过热处理时，焊缝金属中往往形成V的化合物，如氮化物VN和碳化物VC，焊缝金属中生成一定量的V化合物细小颗粒则可作为形核质点细化晶粒，这将对力学性能有利。但是，这些化合物生成量若不能得到有效控制则将增加焊缝金属的强度，显著降低焊缝金属的塑性与韧性。目前，国家标准GB/T 5118-2012《热强钢焊条》未对耐热钢焊条熔敷金属的冲击韧性作详细说明；行业标准NB/T 47018-2011《承压设备用焊接材料订货技术条件》只对承压设备用焊接材料的室温冲击韧性作了相应规定。因此，市场上的耐热钢焊条无法兼顾室(高)温力学性能与低温力学
性能，普遍存在着低温冲击韧性差或冲击功不稳定的问题，不能满足现代制造业对耐热钢焊接材料力学性能越来越苛刻的要求，特别是低温冲击韧性的要求。目前，有关含钒的耐热钢焊条的专利如下：(1)超低氢高韧性低碳加钨耐热钢焊条(CN103240542A)，此专利涉及的焊条适用于12Cr1MoV钢的焊接，其性能满足耐热钢高温持久性能及室温冲击韧性的要求，但未涉及低温冲击韧性；此外，此专利技术的焊条中添加了W元素，W属于热强性元素，可显著提高焊缝金属的强度，影响其低温韧性，而且添加W元素后焊缝金属的化学成分与国家标准中要求的化学成分范围不符。(2)一种高韧性合金系耐热钢焊条(CN104014949A)，此专利涉及的焊条通过优化渣系和添加稀土等方法改善了耐热钢焊条的室温冲击韧性，但未涉及到低温冲击韧性。另外，由于此焊条中添加了1～3wt.％的钛铁，药皮中添加钛铁将向焊缝金属过渡一定量的Ti元素，在耐热钢焊材中，通过同时添加适量的Ti和B元素可提高焊缝金属韧性，对于耐热钢来说，其中的奥氏体化元素Mn含量有严格的限制，单独添加铁素体化元素Ti会增加焊缝金属中形成粗大先共析铁素体或网状铁素体的几率，反而加剧了焊缝金属低温冲击韧性的波动，造成低温冲击功不稳定，不能同时兼顾室(高)温与低温力学性能；同时，该焊条中由于添加了稀土硅镁铁合金大大增加了制造成本。(3)一种超临界新型铁素体耐热钢焊条(CN103008917A)，此专利涉及的焊条适用于T/P91耐热钢的焊接，对焊缝金属室温冲击功进行了测试，但未涉及低温冲击韧性，其药皮中添加了3～8wt.％的钛铁，必然导致低温冲击值的波动。(4)一种超临界耐热钢焊条及其生产方法(CN103737199A)，此专利公开的耐热钢焊条涉及到室温冲击韧性，在20℃条件下，焊缝金属冲击功平
均值约为50J，但未涉及到低温冲击功；此焊条药皮中酸性物质金红石含量高达6～9％，这将导致焊缝金属中形成钛的氧化物夹杂，影响焊缝金属低温冲击值及其稳定性。(5)一种低氢型超临界铁素体耐热钢焊条(CN104117788A)，此专利中涉及的耐热钢焊条通过添加稀土元素改善耐热钢焊条的室温冲击韧性，但未涉及到低温冲击韧性。综上所述，目前的含钒耐热钢焊条均只对室温冲击韧性进行了研究，普遍存在低温冲击韧性差、冲击值不稳定，或者不适用于1Cr-0.5Mo-V低合金耐热钢的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有含钒低合金耐热钢焊条室(高)温力学性能与低温力学性能不能兼顾，特别是低温冲击功偏低及冲击值不稳定的问题。为此，本专利技术提供了一种含钒的低合金耐热钢焊条，包括焊芯和裹覆在焊芯表面的药皮，所述药皮由干粉和粘接剂混合而成，所述药皮中干粉的成分及含量百分比如下：大理石：35～44％，萤石：20～25％，硅微粉：2～7％，天然金红石：2～5％，金属铬：3.5～4.0％，钼铁：2.5～3.0％，钒铁：1.0～2.0％，氮锰合金：0.1～0.5％，45#硅铁：4～8％，电解锰：2.0～3.5％，纤维素：0.3～0.8％，铁粉：10～15％；所述粘接剂以干粉总重为100％计，其加入量为干粉总重量的20～26％。进一步地，上述药皮质量占焊条总质量的28～30％。进一步地，上述粘接剂为高模纯钠水玻璃和高锰酸钾的混合物，高模纯钠水玻璃的模数为3.0～3.2，高锰酸钾的质量分数为1％。进一步地，上述焊芯为低碳钢焊芯H08E，该焊芯中所含元素及各元素在焊芯中的质量百分比为：C≤0.10％，Mn：0.35～0.60％，Si≤0.03％，Cr≤0.20％，Ni≤0.30％，Cu≤0.20％，S≤0.020％，P≤0.020％，余量为Fe。进一步地，上述含钒的低合金耐热钢焊条的焊缝金属中氮含量为
0.005～0.01％；在同时含有N和V的金属中，经过热处理可析出细小的VN颗粒而提高强度，又不降低塑性和韧性。优选实施方式，上述药皮中干粉的成分及含量百分比如下：大理石：35％，萤石：21％，硅微粉：5％，天然金红石：5％，金属铬：3.5％，钼铁：3.0％，钒铁：2.0％，氮锰合金：0.1％，45#硅铁：8％，电解锰：2.0％，纤维素：0.4％，铁粉：15％。优选实施方式，上述药皮中干粉的成分及含量百分比如下：大理石：40％，萤石：25％，硅微粉：2％，天然金红石：5％，金属铬：3.8％，钼铁：2.5％，钒铁：1.0％，氮锰合金：0.3％，45#硅铁：6％，电解锰：3.0％，纤维素：0.3％，铁粉：11.1％。优选实施方式，上述药皮中干粉的成分及含量百分比如下：大理石：44％，萤石：20％，硅微粉：7％，天然金红石：2％，金属铬：4.0％，钼铁：2.8％，钒铁：1.4％，氮锰合金：0.5％，45#硅铁：4％，电解锰：3.5％，纤维素：0.8％，铁粉：10％。本专利技术含钒的低合金耐热钢焊条中药皮配方的设计原理如下：大理石主要作用是造渣、造气、脱硫、脱磷，提高熔渣碱度，增加熔渣表面张力和黏度，调节熔渣的熔点；当大理石加入量小于35％时，形成的熔渣熔点较低，熔渣覆盖不全，其加入量大于44％时，药皮熔点高，形成的药皮套筒过深，容易熄弧，铁水粘度增加而成形变差。萤石主要作用为造渣，稀释熔渣和去氢作用，可调节熔渣的理化性能，对熔池起到活化作用；当萤石的加入量小于20％时，铁水黏度大，熔敷金属的扩散氢含量也偏高，其加入量大于25％时，熔渣流淌严重，电弧极不稳定。硅微粉作为造渣剂，可提高电弧电压，细化熔滴；当硅微粉加入量小于2％时，焊缝成形变差，其加入量大于7％时，熔渣呈玻璃壳状，脱渣困难。天然金红石主本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含钒的低合金耐热钢焊条，包括焊芯和裹覆在焊芯表面的药皮，其特征在于：所述药皮由干粉和粘接剂混合而成，所述药皮中干粉的成分及含量百分比如下：大理石：35～44％，萤石：20～25％，硅微粉：2～7％，天然金红石：2～5％，金属铬：3.5～4.0％，钼铁：2.5～3.0％，钒铁：1.0～2.0％，氮锰合金：0.1～0.5％，45#硅铁：4～8％，电解锰：2.0～3.5％，纤维素：0.3～0.8％，铁粉：10～15％；所述粘接剂以干粉总重为100％计，其加入量为干粉总重量的20～26％。
【技术特征摘要】
1.一种含钒的低合金耐热钢焊条，包括焊芯和裹覆在焊芯表面的药皮，其特征在于：所述药皮由干粉和粘接剂混合而成，所述药皮中干粉的成分及含量百分比如下：大理石：35～44％，萤石：20～25％，硅微粉：2～7％，天然金红石：2～5％，金属铬：3.5～4.0％，钼铁：2.5～3.0％，钒铁：1.0～2.0％，氮锰合金：0.1～0.5％，45#硅铁：4～8％，电解锰：2.0～3.5％，纤维素：0.3～0.8％，铁粉：10～15％；所述粘接剂以干粉总重为100％计，其加入量为干粉总重量的20～26％。2.如权利要求1所述的含钒的低合金耐热钢焊条，其特征在于：所述药皮质量占焊条总质量的28～30％。3.如权利要求1所述的含钒的低合金耐热钢焊条，其特征在于：所述粘接剂为高模纯钠水玻璃和高锰酸钾的混合物，高模纯钠水玻璃的模数为3.0～3.2，高锰酸钾的质量分数为1％。4.如权利要求1或2所述的含钒的低合金耐热钢焊条，其特征在于：所述焊芯为低碳钢焊芯H08E，该焊芯中所含元素及各元素在焊芯中的质量百分比为：C≤0.10％，Mn：0.35～0.60％，Si≤0.03％，Cr≤0.20％，Ni≤0.30％，Cu≤0.20％，S≤0.020％...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋昌宝，王哲，王玲艳，吕奎清，
申请(专利权)人：武汉铁锚焊接材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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