电站阀门密封面高温耐磨堆焊焊条的研制

0　引言
    工作温度在650℃以下的电站高温高压阀门，其密封面的工作条件相当恶劣，因此对于密封面的性能有较高的要求。目前工作温度在650℃以下的电站高温高压阀门密封面堆焊焊条普遍采用钴基合金焊条D802，这种焊条堆焊高温高压阀门密封面具有较好的高温稳定性和高温抗擦伤性能等，因此在钴资源情况较好的国家如美国、日本、德国多用于高参数或超高参数的阀门堆焊。
    D802焊条的堆焊金属含有60%左右的钴，因此生产成本较高。我国是钴资源贫乏的国家，大量发展这种焊条很不适合我国的国情，且其堆焊工艺复杂，生产成本较高。
    作者采用优化设计的方法研制了一种新型铁基堆焊焊条来代替D802堆焊焊条，使之不含钴元素，且保证堆焊层金属各项性能指标，如高温硬度稳定性、高温抗擦伤性能等主要性能指标，达到D802堆焊焊条堆焊层金属的近似同等性能，显著降低生产成本。
    1　焊条药皮成分的优化设计
   1.1　数学模型的建立
    采用一次回归正交设计法建立焊条药皮成分优化设计的数学模型，常用的两水平正交表有L4（23）、L8（27）、L16（215）及L32（231）等。本文采用的是L8（27）表。
    所设计焊条适用于电站高温高压阀门密封面的堆焊，要求其具有良好的高温稳定性及高温抗擦伤性能。由于锰是奥氏体化元素，能够促进高温下组织的稳定性；碳、硼能够与铬、钨、钒、钼等金属形成碳化物、碳硼化物、硼化物等硬质相，这些硬质相在高温状态下都具有较高的硬度且不易溶解，大大提高了高温抗擦伤性能；铬是主要的合金元素，对堆焊层的性能有很大的影响，而这些元素是通过碳化硼、金属铬及金属锰加入到焊条中去的，故确定碳化硼、金属铬及金属锰加入量作为优化因子。
    本文的因子分别规定为：Z1：碳化硼、Z2：金属铬、Z3：金属锰。根据因子编码，可以得到编码表（见表1所列）和试验数据表（见表2所列）。

    从表2可以得到回归方程为：

    回归方程求出来后，需要判断y和x之间是否符合客观规律。下面根据自变量x的值预报因变量的值y，判别变量y和x之间是否符合线形关系，并进行统计检验。对回归系数进行检验时，用统计量：

    统计检验表明上述3个回归方程是显著的，即采用一次回归模型的拟合效果良好。
    由于擦伤是阀门密封面的主要失效形式，所以把（3）式作为目标函数，求其zui小值，而把常温硬度和高温硬度作为约束条件，该优化问题的数学模型为：