CN108723637B - 一种700℃超超临界电站锅炉用镍铁基焊丝 - Google Patents

一种700℃超超临界电站锅炉用镍铁基焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种700℃超超临界电站锅炉用镍铁基焊丝，属于超超临界电站焊接材料领域，该镍铁基焊丝由以下成分按质量分数百分比制备而成：Fe：23‑30％，Cr：19‑24％，Al:1.8～2.4％，Ti：2.0～2.5％，且Ti/Al≥1，Mo：3.0‑5.2％，W＜0.4％，Si≤0.15％，Mn：0.4‑0.8％，C：0.04‑0.07％，B：0.001‑0.003％，Zr≤0.02％，其余为Ni，其他杂质元素总和＜0.1％。本发明提供的镍铁基焊丝在使用钨极氩弧焊(TIG)焊接后能够实现焊缝的微合金化，得到符合标准要求的焊缝。采用本发明形成的焊缝区基体是无序面心结构的奥氏体(γ)相，沉淀强化相为γ’(Ni3(Al,Ti))相，晶间分布着碳化物相。

Description

一种700℃超超临界电站锅炉用镍铁基焊丝
技术领域
本发明属于超超临界电站焊接材料领域，具体涉及一种700℃超超临界电站锅炉用镍铁基焊丝。
背景技术
随着火力发电技术的发展，发展700℃先进超超临界(A-USC)燃煤发电技术，对我国节约能源、降低污染物和二氧化碳排放具有十分重要的战略意义和实际应用价值。电站高温材料的焊接一直是电站建设和生产的关键技术环节，而蒸汽参数地不断提高，所使用高合金化的高温材料的用量不断提高，尤其是电站锅炉关键部件中镍(铁)基和镍钴基高温合金的大量使用，使得焊接成本亦随之显著增加。
目前，国内尚无自主研发的700℃超超临界电站高温关键部件焊接使用的焊丝，完全依赖国外进口的镍基焊丝(如ERNiCrCoMo-1、Haynes 282合金焊丝)和镍钴基焊丝(如INCONEL 740H合金焊丝)，且价格高昂，无法在工程上推广应用。
沉淀强化型高温合金焊材强度高。电站锅炉常用的镍铁基焊丝(如ERNiCrFe-3、ERNiCrFe-7)中Fe元素质量分数不超过12％，成本优势不明显；且由于Fe元素含量增加后，在一定程度上限制了γ′(Ni3(Al,Ti))沉淀强化相的体积分数，故沉淀强化效果不及镍基合金。
发明内容
本发明的目的是针对700℃先进超超临界电站锅炉过热器/再热器管的焊接工艺，提出了一种成分设计合理、低成本的700℃超超临界电站锅炉用镍铁基焊丝。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种700℃超超临界电站锅炉用镍铁基焊丝，该镍铁基焊丝由以下成分按质量分数百分比制备而成：Fe：23-30％，Cr：19-24％，Al:1.8～2.4％，Ti：2.0～2.5％，且Ti/Al≥1，Mo：3.0-5.2％，W＜0.4％，Si≤0.15％，Mn：0.4-0.8％，C：0.04-0.07％，B：0.001-0.003％，Zr≤0.02％，其余为Ni，其他杂质元素总和＜0.1％。
本发明进一步的改进在于，该镍铁基焊丝的母合金使用真空炉冶炼，经过常规的锻造、轧制、冷拉及退火后，最终形成镍铁基焊丝。
本发明进一步的改进在于，该镍铁基焊丝的规格为Φ2.4mm。
本发明进一步的改进在于，使用时，采用焊接工艺方法：手工TIG焊或半自动填丝钨极惰性气体焊TIG，焊接电流强度：90-160A，焊接电弧电压：10-14V，焊接速度为：60-90mm/min，电流种类/极性：直流DC/正接SP，层间温度不高于97℃，保护气体：纯Ar，气体流量8～15L/min，焊后热处理为750-800℃/4-8小时/空冷。
本发明进一步的改进在于，镍基焊丝适用于超超临界锅炉用过热器及再热器管的焊接，过热器及再热器管与锅炉集气联箱的焊接。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明通过添加Mo元素来提高固溶强化来弥补γ′相沉淀强化的减弱。同时，Mo元素还能降低基体的层错能，大幅提高焊缝熔敷金属的的持久强度。添加微量的Zr、B元素强化了晶界，提高了焊缝熔敷金属的持久强度，且微量添加不会增大焊接热裂纹的敏感性。Ti和Al均为有序结构的强化相γ′(Ni3(Al,Ti))的形成元素，要控制Ti和Al元素的含量不宜过高，以避免焊后热处理再热裂纹的产生；同时要控制Ti/Al比，高的Ti/Al比会保持高的γ′/γ的错配度，提高沉淀强化的效果。Nb元素的添加或含量高，在焊缝凝固过程中会强烈向枝晶间偏析，会导致焊缝中Laves((Ni,Fe)2Nb)相的析出，降低焊缝的凝固温度，增大焊缝结晶裂纹敏感性，故焊丝化学成分中不含Nb元素。此外，稀土元素会降低镍铁基合金液态的流动性，亦会增大焊缝结晶裂纹敏感性，故焊丝化学成分中不含稀土元素。概括来说，本发明具有以下几处优点：
1、本发明的焊丝较镍基及镍钴基焊丝成本低廉，经济效益显著。
2、利用本发明的焊丝生产按照镍基焊丝的生产方法即可，工艺成熟。
3、本发明焊丝能够实现焊缝的微合金化，得到符合标准要求的焊缝。
4、经实验，本发明适用于超超临界电站锅炉高温部件的焊接，镍基焊丝适用于超超临界锅炉用过热器及再热器管的焊接，过热器及再热器管与锅炉集气联箱(包括接管座)的焊接。
附图说明
图1为采用该焊丝焊接INCONEL 740H镍钴基合金焊接接头的金相组织。
图2为采用该焊丝焊接Haynes282镍基合金焊接接头的金相组织。
图3为采用该焊丝焊接GH2984镍铁基合金焊接接头的金相组织。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种700℃超超临界电站锅炉用镍铁基焊丝，该镍铁基焊丝由以下成分按质量分数百分比制备而成：Fe：23-30％，Cr：19-24％，Al:1.8～2.4％，Ti：2.0～2.5％，且Ti/Al≥1，Mo：3.0-5.2％，W＜0.4％，Si≤0.15％，Mn：0.4-0.8％，C：0.04-0.07％，B：0.001-0.003％，Zr≤0.02％，其余为Ni，其他杂质元素总和＜0.1％。该镍铁基焊丝的制备采用常规镍基焊丝生产方法即可，无需附加的复杂工艺：即焊丝母合金使用真空炉冶炼，经过常规的锻造、轧制、冷拉及退火后，最终形成焊丝。
该镍铁基焊丝的规格为Φ2.4mm，采用焊接工艺方法：手工TIG焊或半自动填丝钨极惰性气体焊(TIG)，焊接电流强度：90-160A，焊接电弧电压：10-14V，焊接速度为：60-90mm/min，电流种类/极性：直流DC/正接SP，层间温度不高于97℃，保护气体：纯Ar，气体流量8～15L/min。焊后热处理为750-800℃/4-8小时/空冷。采用钨极氩弧焊焊接后，最终焊缝熔敷金属的化学成分符合权利要求1所述焊丝的化学成分范围。
此外，镍基焊丝适用于超超临界锅炉用过热器及再热器管的焊接，过热器及再热器管与锅炉集气联箱(包括接管座)的焊接。
实施例1：
参见表1和图1，使用该焊丝(表1中W1成分)采用手工TIG焊，对INCONEL740H镍钴基合金进行焊接，焊后进行800℃/5h热处理，无焊接裂纹等缺陷产生。
实施例2：
参见表1和图2，使用该焊丝(表1中W2成分)采用手工TIG焊，对Haynes282镍基合金进行焊接，焊后进行788℃/8h热处理，无焊接裂纹等缺陷产生。
实施例3：
参见表1和图3，使用该焊丝(表1中W3成分)采用手工TIG焊，对GH2984镍铁基合金进行焊接，焊后进行750℃/4h热处理，无焊接裂纹等缺陷产生。
表1实施例焊丝实际化学成分
Figure BDA0001701652030000051

Claims (1)

1.一种700℃超超临界电站锅炉用镍铁基焊丝，其特征在于，该镍铁基焊丝由以下成分按质量分数百分比制备而成：Fe：23-30％，Cr：19-24％，Al:1.8～2.4％，Ti：2.0～2.5％，且Ti/Al≥1，Mo：3.0-5.2％，W＜0.4％，Si≤0.15％，Mn：0.4-0.8％，C：0.04-0.07％，B：0.001-0.003％，Zr≤0.02％，其余为Ni，其他杂质元素总和＜0.1％；该镍铁基焊丝的母合金使用真空炉冶炼，经过常规的锻造、轧制、冷拉及退火后，最终形成镍铁基焊丝；
使用时，采用焊接工艺方法：手工TIG焊或半自动填丝钨极惰性气体焊TIG，焊接电流强度：90-160A，焊接电弧电压：10-14V，焊接速度为：60-90mm/min，电流种类/极性：直流DC/正接SP，层间温度不高于97℃，保护气体：纯Ar，气体流量8～15L/min，焊后热处理为750-800℃/4-8小时/空冷；
该镍铁基焊丝的规格为Φ2.4mm，且镍基焊丝适用于超超临界锅炉用过热器及再热器管的焊接，过热器及再热器管与锅炉集气联箱的焊接。
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