本发明涉及焊接材料领域，特别涉及一种适用于长期高温服役的超超临界材料CB2钢配套焊条、其制备方法及焊接方法。
背景技术：
新型材料是国家重点支撑发展的战略性新兴产业之一，新型焊接材料是新型钢铁材料产业化的基础材料，焊接技术作为基础制造技术之一，也是国家发展高端装备制造业新兴战略产业的重要内容。因此，发展新型焊接材料是国家产业政策引导发展的重要方向。
由于超超临界机组与常规火电机组相比，超临界机组的可用率与亚临界机组相当，效率比亚临界机组约提高2％。超超临界机组效率可比超临界机组再提高约2％～3％，若再提高其主汽压力到28MPa以上，效率还可再提高约2个百分点。因此它具有明显的高效、节能和环保优势，已成为当今世界发达国家竞相采用和发展的新技术。我国的能源装备政策是要发展大容量高参数的火电机组，国家计委明确新建600MW及以上容量燃煤机组原则上采用超临界或超超临界参数的火电机组。
由于使用火力发电所造成的CO2的排放、环境污染，能源消耗严重阻碍了国家社会所要求的可持续发展。而提高超超临界火力发电机组用钢材料的耐热温度、提高其火力发电热效率对于解决以上问题具有重大意义。
CB2铁素体型耐热钢是一种用于在超超临界下工作的，用于制造火力发电机组组件的耐热钢材料，可以在更高温度下使用，进而可以提高火力发电的热效率，大大减少能耗和CO2的排放，对于解决环境污染、能源短缺等问题及促进可持续发展具有十分重要的意义。
现有焊条不能用于长期高温服役的超超临界材料CB2钢的焊接，如申请号为201310010769.7公开了一种超临界铁素体耐热钢配套焊条及其生产方法，申请号为201210554241.1公开了一种超超临界新型铁素体耐热钢焊条及其制备方法，该两项专利公开的焊条在长期高温持久下不能与CB2相匹配使用。
技术实现要素：
本发明的目的之一就在于提供一种用适用于长期高温服役的超超临界材料CB2钢配套焊条，该焊条适用于长期于580℃-650℃服役下的超超临界材料CB2钢的焊接，焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。
技术方案是：一种适用于长期高温服役的超超临界材料CB2钢配套焊条，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，该药皮组成和含量为：大理石220～300重量份、萤石180～300重量份、金红石40～70重量份、纯碱4.5～7.0重量份、锆英砂6～8重量份、铁粉100～150重量份、电解锰10～30重量份、硅微粉40～80重量份、冰晶粉20～60重量份、镍粉1～15重量份、金属铬1-10重量份、钼粉1～5重量份、钒铁1～15重量份、铌粉1～15重量份、氮化铬铁1～15重量份、氟硼酸钾1～10重量份和硼砂1-10重量份、稀土硅镁铁合金1-5重量份。
作为优选，所述大理石240～290重量份、萤石200～260重量份、金红石45～65重量份、纯碱5～6重量份、锆英砂6～7.5重量份、铁粉115～140重量份、电解锰20～25重量份、硅微粉60～70重量份、冰晶粉40～50重量份、镍粉5～10重量份、金属铬3-7重量份、钼粉1～5重量份、钒铁5～10重量份、铌粉4～10重量份、氮化铬铁5～11重量份、氟硼酸钾3～6重量份和硼砂3-7重量份、稀土硅镁铁合金2-4重量份。
作为优选，所述焊芯化学成分为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％，余量为Fe及杂质。
作为优选，所述大理石为240重量份，萤石为200重量份，金红石为65重量份，纯碱为5重量份，锆英砂为6.5重量份，铁粉为140重量份，电解锰为20重量份，硅微粉为65重量份，冰晶粉为45重量份，镍粉为5重量份，金属铬为6重量份，钼粉为3重量份，钒铁为5重量份，铌粉为4重量份，氮化铬铁为10重量份，氟硼酸钾为6重量份，硼砂为3重量份，稀土硅镁铁合金2重量份。
作为优选，所述大理石为290重量份，萤石为260重量份，金红石为45重量份，纯碱为5重量份，锆英砂为6重量份，铁粉为115重量份，电解锰为25重量份，硅微粉为65重量份，冰晶粉为45重量份，镍粉为6重量份，金属铬为6重量份，钼粉为3重量份，钒铁为5.5重量份，铌粉为5重量份，氮化铬铁为11重量份，氟硼酸钾为5重量份，硼砂为6重量份，稀土硅镁铁合金2重量份。
作为优选，所述大理石为270重量份，萤石为250重量份，金红石为47重量份，纯碱为5重量份，锆英砂为6重量份，铁粉为120重量份，电解锰为24重量份，硅微粉为66重量份，冰晶粉为48重量份，镍粉为6重量份，金属铬为6重量份，钼粉为3重量份，钒铁为5.5重量份，铌粉为5重量份，氮化铬铁为11重量份，氟硼酸钾为3重量份，硼砂为7重量份，稀土硅镁铁合金2重量份。
作为优选，所述大理石中，CaCO3≥96％，S≤0.03％，P≤0.03％，颗粒度要求为-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；萤石中，CaF2≥96％，SiO2≤3.0％，C≤0.08％，S≤0.03％，P≤0.03％，颗粒度要求为，-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；金红石中，TiO2≥96％，S≤0.03％，P≤0.03％，粒度要求为-40目≥100％，-160目≤30％；纯碱中，Na2CO3≥99％，NaCl≤0.70％，锆英砂中，ZrO2≥60％，SiO2≤32％，S≤0.03％，P≤0.09％，颗粒度要求为-40目100％，-160目≤50％；铁粉中，Fe≥97.0％，Mn≤0.40％，Si≤0.20％，C≤0.10％，S≤0.025％，P≤0.025％，颗粒度要求为-30目100％；电解锰中，Mn≥99.9％，颗粒度要求-60目100％；硅微粉中，SiO2≥98.0％，Fe2O3≤0.20％，S≤0.025％，P≤0.025％，颗粒度要求为-60目100％；冰晶粉中，F≥53％，Al≥13％，Na≤29，颗粒度要求-80目100％；镍粉中，Ni≥99.9％，颗粒度要求-60目100％；金属铬中，Cr≥99.9％，颗粒度要求-60目100％；钼粉中，Mo≥99.9％，颗粒度要求-60100％；钒铁中，V：50％-55％，Al≤0.80％，Si≤2.50％，Mn≤0.50％，C≤0.75％，S≤0.05％，P≤0.10％，颗粒度要求-40目100％；铌粉中，Nb≥99.9％，颗粒度要求-60目100％；氮化铬铁中，Cr≥60％，N≥5.0％，Si≤2.50％，C≤0.10％，S≤0.04，P≤0.03，颗粒度要求-40目100％；硼砂中，B≥10％，颗粒度要求-60目100％；稀土硅镁铁合金中，Re：20.0％-26.0％，Mg：8.0％-15.0％，Si:30.0％-50.0％，Mn≤6.0％，Ca≤6.0％，余量Fe，颗粒度要求-40目100％。
本发明的目的之二在于提供一种适用于长期高温服役的超超临界材料CB2钢配套焊条的制备方法。
技术方案是：一种适用于长期高温服役的超超临界材料CB2钢配套焊条的制备方法，包括以下步骤：
①将药皮粉料拌混合均匀；
②加入药皮总量的20-30％的粘结剂搅拌混合均匀，送入条压机内将其裹覆于焊芯上；
③经低温80～100℃烘焙2～3小时，然后高温380～400℃烘焙1.5～2小时得焊条。
本发明的目的之三在于提供一种长期高温服役的超超临界材料CB2钢的焊接方法。
技术方案是：一种长期高温服役的超超临界材料CB2钢的焊接方法，该焊接方法焊缝熔敷金属化学成分为(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％，余量为Fe及杂质。
作为优选，所述焊接方法采用上述的焊剂；焊缝熔敷金属在740℃±15℃保温10小时情况下，焊缝熔敷金属力学性能室温抗拉强度Rm≥720Mpa，室温屈服强Rp0.2≥560MPa，室温伸长率A≥15％，20℃冲击功KV单值≥27J；在730℃±15℃保温12小时冷却至室温，再经过730℃±15℃保温12小时情况下，焊缝熔敷金属力学性能室温抗拉强度Rm≥680Mpa，室温屈服强Rp0.2≥530MPa，室温伸长率A≥15％，20℃冲击功KV单值≥34J。
发明原理：
本专利产品主要配套钢材CB2的具体牌号为ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB，是一种新型铁素体耐热钢，主要用于制造在超超临界蒸汽参数条件下工作的发电机组的一些关键部件。本专利产品及具体作用为CB2钢的焊缝对接和CB2钢铸件补焊。
本专利产品主要加入的合金C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Co、Nb、N、B的合理搭配来提高高温性能，其中C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N合金元素作用及目的与已有专利《超临界铁素体耐热钢配套焊条及其生产方法》相似，本发明专利产品新添加的Co和B元素在本专利产品中所起作用如下：
B的作用：B具有较强的晶界强化作用可以增加高温温度，由于B产生的M23(C,B)6析出物在高温下比M23C6稳定，并且能防止碳化物的聚集和粗化，从而能是耐热钢在高温下具有较高的强度。
Co的作用：Co有利于马氏体基体组织的形成，Co与Ni、Mn复合加入，可使钢获得单向的奥氏体，从而使之在随后的冷却过程中完全形成马氏体组织，提高钢的韧性。
有益效果：
本发明焊条性能优良，焊条表面光滑，成品率高，偏心稳定；本发明焊条通过焊接中各成分在制备时及焊接时的相互结合，相互影响，交互作用，焊接后直流反接焊接时电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，焊条操作性能优异，全位置焊接性能优良；焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。焊接时电弧稳定、飞溅小、脱渣好，成型好，全位置操作性能好。所提供的焊条主要用于CB2超超临界材料，焊缝熔敷金属化学成分控制严格，特别是Sb、Sn、As、B、S、P等有害杂质元素控制极低。
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
本实施例中，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％，余量为Fe及杂质。
本实施例中，当焊芯为1000g时，药皮组成成分及含量为(g)：大理石：240、萤石：200、金红石：65、纯碱：5、锆英砂：6.5、铁粉：140、电解锰：20、硅微粉：65，冰晶粉：45，镍粉：5，金属铬：6，钼粉：3，钒铁：5，铌粉：4，氮化铬铁：10，氟硼酸钾：6，硼砂：3，稀土硅镁铁合金：2。
将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于规格4.0mm焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时，即得焊条。
本实施例所得焊条(直流反接焊接)进行焊接试验(母材为ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB钢)，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊条熔敷金属化学成分为：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％，余量为Fe及杂质。
焊条熔敷金属力学性能为：
表1焊条熔敷金属力学性能
实施例2
本实验实施例焊芯与选择实施例一相同。
本实施例中，当焊芯为1000g时，药皮组成成分及含量为(g)：大理石：290、萤石：260、金红石：45、纯碱：5、锆英砂：6、铁粉：115、电解锰：25、硅微粉：65，冰晶粉：45，镍粉：6，金属铬：6，钼粉：3，钒铁：5.5，铌粉：5，氮化铬铁：11，氟硼酸钾：5，硼砂：6，稀土硅镁铁合金：2。
将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于规格3.2mm焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时，即得焊条。
本实施例所得焊条(直流反接焊接)进行焊接试验(母材为ZG13Cr9Mo2C o1NiVNbNB钢)，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊条熔敷金属化学成分为：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％，余量为Fe及杂质。
表2焊条熔敷金属力学性能
实施例3
本实验实施例焊芯与选择实施例一相同。
本实施例中，当焊芯为1000g时，药皮组成成分及含量为(g)：大理石：270、萤石：250、金红石：47、纯碱：5、锆英砂：6、铁粉：120、电解锰：24、硅微粉：66，冰晶粉：48，镍粉：6，金属铬：,6，钼粉：3，钒铁：5.5，铌粉：5，氮化铬铁：11，氟硼酸钾：3，硼砂：7，稀土硅镁铁合金：2。
将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于规格5.0mm焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时，即得焊条。
本实施例所得焊条(直流反接焊接)进行焊接试验(母材为ZG13Cr9Mo2C o1NiVNbNB钢)，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊条熔敷金属化学成分为：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％，余量为Fe及杂质。
焊条熔敷金属力学性能为：
表3焊条熔敷金属力学性能
本发明中，大理石：CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；萤石：CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；金红石：TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求为：-40目：≥100％、-160目：≤30％；纯碱：Na2CO3≥99％、NaCl≤0.70％，锆英砂：ZrO2≥60％、SiO2≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，颗粒度要求为：-40目：100％、-160目：≤50％；铁粉：Fe≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，颗粒度要求：-30目：100％；电解锰：Mn≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；硅微粉：SiO2≥98.0％、Fe2O3≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％，颗粒度要求为-60目：100％。冰晶粉：F：≥53％、Al≥13％、Na≤29，颗粒度要求-80目：100％；镍粉：Ni≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；金属铬：Cr≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；钼粉：Mo≥99.9％，颗粒度要求-60：100％；钒铁：V：50％-55％，Al≤0.80％，Si≤2.50％，Mn≤0.50％，C≤0.75％，S≤0.05％，P≤0.10％，颗粒度要求-40目：100％；铌粉：Nb≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；氮化铬铁：Cr≥60％，N≥5.0％，Si≤2.50％，C≤0.10％，S≤0.04，P≤0.03，颗粒度要求-40目：100％；硼砂：B≥10％，颗粒度要求-60目：100％；稀土硅镁铁合金中，Re：20.0％-26.0％，Mg：8.0％-15.0％，Si:30.0％-50.0％，Mn≤6.0％，Ca≤6.0％，余量Fe，颗粒度要求-40目100％。
总之，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。