CN107962316B - 一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝及其制备方法，属于焊接材料技术领域。制备步骤为先采用真空熔炼方法制备的母合金钢锭，锻造成70mm～110mm方坯；再锻造成30～50mm方坯；经过1220℃～1240℃保温1h～2h后热轧成Φ5.0～Φ8.0mm盘条；最后盘条经过连续冷拔和中间热处理后制成Φ1.0～Φ2.4mm焊丝。所制备的焊丝焊缝熔敷金属抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥530MPa，室温冲击≥115J。优点在于，不但具有更高的熔敷金属抗拉强度，同时具有更好的韧性和高温持久强度。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝及其制备方法。主要用于700℃等级超超临界燃煤电站中耐蚀合金的焊接或者耐蚀合金与碳钢等异种钢的焊接使用。
背景技术
火力发电一直是我国电力生产的主体，2010年火力发电占中国全年发电总量的74.37％。为了进一步提高发电效率和实现节能减排的目标，世界上发达国家纷纷开展了700～760℃的先进超超临界电站研发，我国也启动了“700℃超超临界燃煤发电关键设备研发及应用示范”项目，以期对锅炉关键部件的验证试验平台所用材料及其制造工艺可靠性进行现场试验验证。
如需满足A-USC电站中700℃的工作环境需求，对于温度较高的过热器与再热器、主蒸汽管道以及汽轮机中的叶片等高温部件，必须使用镍基高温合金。欧洲各国在锅炉最高温度段过热器与再热器管的选材，包括Inconel617/617B和Inconel740/740H镍基合金。目前，我国正在研发Inconel 617B镍基高温合金板材及管材，并实现了基体材料的国产化，但还没有对应的焊材，为此研发了适用于Inconel 617B镍基高温合金板材及管材的BYH2焊材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝及其制备方法，解决了700℃超超临界燃煤电站高温部件无配套焊材应用的问题。能够适用于耐蚀要求的镍基合金或者碳钢等异种钢焊接，其焊缝熔敷金属抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥530MPa，室温冲击≥115J，700℃/175MPa高温持久寿命＞10000h。
一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝(BYH2)，其化学成分重量百分比为：C≤0.08％、Cr：21～23％、Mo：8～10％、Co：11～13％、Al：0.8～1.5％、Ti：0.2～0.6％、B：0.002～0.005％、N≤0.05％、Si≤0.20％、P≤0.012％、S≤0.008％、Cu≤0.20％、Fe≤1.5％、O≤0.002％、余量为Ni和不可避免的杂质元素。
一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝的制备方法，具体步骤及参数如下：
1、采用真空熔炼方法制备的母合金钢锭，经过1220℃～1240℃保温1h～2h后锻造成70mm～110mm方坯；
2、再经过1220℃～1240℃保温1h～2h锻造成30～50mm方坯；
3、锻造后的方坯经过1220℃～1240℃保温1h～2h后热轧成Φ5.0～Φ8.0mm盘条；
4、盘条经过连续冷拔和中间热处理(真空气淬炉+氢气保护连续退火炉)后制成Φ1.0～Φ2.4mm焊丝。
所述的焊丝(BYH2)焊缝熔敷金属抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥530MPa，室温冲击≥115J。
所述的焊丝(BYH2)焊缝熔敷金属的700℃/175MPa高温持久寿命＞10000h。
本发明的优点在于：同现有Ni-Cr-Co-Mo镍基合金焊丝系统(抗拉强度≥620MPa，屈服强度≥450MPa)相比，本发明采用的Ni-Cr-Co-Mo-Al-Ti合金体系，不但具有更高的熔敷金属抗拉强度，同时具有更好的韧性和高温持久强度。
附图说明
图1为BYH2焊丝的焊缝熔敷组织图。
具体实施方式
实施例1
一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝及其制备方法，包括C、Cr、Co、Mo、N、Ti、Al、B、Si，Fe、Cu、O、Ni元素和P、S不可避免的杂质元素，实测得到的各成分的重量百分比见表1。
由真空感应炉中冶炼成铸锭，在1235℃下保温2h后锻造成90mm方坯。再1235℃下保温2h后锻造成40mm方坯，经1235℃下保温2h后热轧成φ7mm盘条。盘条经多次过冷拔+热处理生产出φ2.4mm焊丝，并对焊丝表面进行电解抛光+超声波清洗，即制得合金丝材成品。对成品焊丝采用非熔化极惰性气体钨极保护焊进行焊接试验并检测相应数据，熔敷金属性能测试结果如表2所示。
实施例2
一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝及其制备方法，包括C、Cr、Co、Mo、N、Ti、Al、B、Si，Fe、Cu、O、Ni元素和P、S不可避免的杂质元素，实测得到的各成分的重量百分比见表1。
由真空感应炉中冶炼成铸锭，在1240℃下保温1.5h后锻造成95mm方坯。再1240℃下保温1.5h后锻造成45mm方坯，经1240℃下保温1.5h后热轧成φ8mm盘条。盘条经多次过冷拔+热处理生产出φ2.4mm焊丝，并对焊丝表面进行电解抛光+超声波清洗，即制得合金丝材成品。对成品焊丝采用非熔化极惰性气体钨极保护焊进行焊接试验并检测相应数据，熔敷金属性能测试结果如表2所示。
实施例3
一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝及其制备方法，包括C、Cr、Co、Mo、N、Ti、Al、B、Si，Fe、Cu、O、Ni元素和P、S不可避免的杂质元素，实测得到的各成分的重量百分比见表1。
由真空感应炉中冶炼成铸锭，在1250℃下保温1h后锻造成100mm方坯。再1245℃下保温1h后锻造成35mm方坯，经1245℃下保温1h后热轧成φ5mm盘条。盘条经多次过冷拔+热处理生产出φ2.4mm焊丝，并对焊丝表面进行电解抛光+超声波清洗，即制得合金丝材成品。对成品焊丝采用非熔化极惰性气体钨极保护焊进行焊接试验并检测相应数据，熔敷金属性能测试结果如表2所示。
实施例4
一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝及其制备方法，包括C、Cr、Co、Mo、N、Ti、Al、B、Si，Fe、Cu、O、Ni元素和P、S不可避免的杂质元素，实测得到的各成分的重量百分比见表1。
由真空感应炉中冶炼成铸锭，在1240℃下保温1.5h后锻造成90mm方坯。再1230℃下保温2h后锻造成40mm方坯，经1240℃下保温1.5h后热轧成φ8mm盘条。盘条经多次过冷拔+热处理生产出φ2.4mm焊丝，并对焊丝表面进行电解抛光+超声波清洗，即制得合金丝材成品。对成品焊丝采用非熔化极惰性气体钨极保护焊进行焊接试验并检测相应数据，熔敷金属性能测试结果如表2所示。
表1实施例焊丝的化学成分wt.％
| 元素 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| C | 0.07 | 0.06 | 0.05 | 0.06 |
| Si | <0.10 | <0.10 | <0.10 | <0.10 |
| Mn | <0.20 | <0.20 | <0.20 | <0.20 |
| P | <0.010 | <0.010 | <0.010 | <0.010 |
| S | 0.0012 | 0.0014 | 0.0014 | 0.0013 |
| Cr | 21.29 | 21.32 | 21.25 | 21.30 |
| Ti | 0.35 | 0.36 | 0.34 | 0.38 |
| Al | 1.26 | 1.28 | 1.24 | 1.25 |
| Co | 11.07 | 11.08 | 11.09 | 11.06 |
| Mo | 8.97 | 9.00 | 8.95 | 8.98 |
| Cu | <0.20 | <0.20 | <0.20 | <0.20 |
| Fe | 0.80 | 0.70 | 0.75 | 0.82 |
| B | 0.004 | 0.003 | 0.004 | 0.003 |
| O | 0.0014 | 0.0015 | 0.0013 | 0.0014 |
| Ni | 余 | 余 | 余 | 余 |
表2实施例熔敷金属性能测试
本发明镍基合金焊丝可以应用于超超临界燃煤电站镍基合金体系中耐蚀合金的焊接，也可应用到耐蚀合金与碳钢等异种钢的焊接使用中，形成具有特殊要求的耐蚀合金焊缝熔敷组织，并且焊缝熔敷金属抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥530MPa，室温冲击≥115J，700℃/175MPa高温持久寿命＞10000h。
Claims (2)
1.一种燃煤电站用镍基高温合金焊丝，其特征在于，化学成分重量百分比为：C≤0.08％、Cr：21～23％、Mo：8～10％、Co：11～13％、Al：0.8～1.5％、Ti：0.2～0.6％、B：0.002～0.005％、N≤0.05％、Si≤0.20％、P≤0.012％、S≤0.008％、Cu≤0.20％、Fe≤1.5％、O≤0.002％、余量为Ni和不可避免的杂质元素；
该焊丝焊缝熔敷金属抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥530MPa，室温冲击≥115J、700℃/175MPa高温持久寿命＞10000h。
2.一种权利要求1所述焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：
1)采用真空熔炼方法制备的母合金钢锭，经过1220℃～1240℃保温1h～2h后锻造成70mm～110mm方坯；
2)再经过1220℃～1240℃保温1h～2h锻造成30～50mm方坯；
3)锻造后的方坯经过1220℃～1240℃保温1h～2h后热轧成Φ5.0～Φ8.0mm盘条；
4)盘条经过连续冷拔和中间热处理后制成Φ1.0～Φ2.4mm焊丝；
所述的中间热处理采用真空气淬炉和氢气保护连续退火炉。
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