CN108838579B - 一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝 - Google Patents
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Abstract
一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，属于焊接材料技术领域。焊丝成分重量百分数为C：0.10～0.15％、Cr：8.5～9.0％、Ni：0.1～0.6％、Mn：0.3～0.6％、Co：2.5～3.0％、W：2.0～2.7％、Nb：0.020～0.035％、Zr：0.001～0.010％、N≤0.006％、V：0.16～0.20％、B：0.003～0.010％、Si：≤0.20％、P≤0.006％、S≤0.006％、O≤0.010％、Al：≤0.03％、Ti：≤0.01％、余量为Fe和不可避免的杂质元素。优点在于，焊丝的焊接工艺性能良好，具有优异的熔敷金属流动性和成形性，焊后熔敷金属具有优异的力学性能和优良的室温冲击韧性。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝。主要用于620℃～650℃超超临界燃煤电站耐热钢G115的焊接或者是G115与其他牌号耐热钢焊接使用。
背景技术
我国在大规模成功建设600℃超超临界燃煤电站的基础上，正在研制和建设蒸汽参数为600℃/623℃/623℃和610℃/630℃/630℃超超临界燃煤电站，以进一步降低煤耗和提高热效率。而制约630℃电站建设的关键因素是620℃～650℃温度段的马氏体钢及其焊材的研发。
专利ZL20121057444.5的《蒸汽温度超超临界火电机组用钢及制备方法》，是我国自主研发的可用于630-650℃蒸汽参数超超临界火电机组的马氏体耐热钢，企业牌号G115。目前，国内630℃示范电站项目已明确将使用G115钢作为主材，但相对应的光亮焊焊丝(氩弧焊和自动焊)仍然没有确定。
专利申请号为CN106914721A的《G115耐热钢用氩弧焊实芯焊丝》公布了一种G115耐热钢用氩弧焊实芯焊丝，适用于G115耐热钢管相关管道进行氩弧焊焊接。但此专利公布的氩弧焊实芯焊丝仍然遵循与母材一致原则，其W、Mn、Nb、N等元素添加量较高、实芯焊丝的焊接工艺性、熔敷金属的韧性、室温冲击性能、抗裂纹敏感性、高温长时持久性能较差。
为保障电站机组的顺利运行，同时开发一种不仅仅适用于G115同种耐热钢管焊接，同时也适用于G115与其它牌号耐热钢焊接的光亮焊焊丝就显得尤为迫切和重要了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝。主要用于620℃～650℃超超临界燃煤电站耐热钢G115的焊接或者是G115与其他牌号耐热钢焊接使用。本发明所述一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝的焊缝熔敷金属抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥650MPa，延伸率≥20％，室温冲击≥150J。
一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，其化学成分重量百分比为：C：0.10～0.15％、Cr：8.5～9.0％、Ni：0.1～0.6％、Mn：0.3～0.6％、Co：2.5～3.0％、W：2.0～2.7％、Nb：0.020～0.035％、Zr：0.001～0.010％、N≤0.006％、V：0.16～0.20％、B：0.003～0.010％、Si：≤0.20％、P≤0.006％、S≤0.006％、O≤0.010％、Al：≤0.03％、Ti：≤0.01％、余量为Fe和不可避免的杂质元素。
所述焊丝适用于620℃～650℃超超临界燃煤电站耐热钢G115的焊接或者是G115与其他牌号耐热钢焊接使用。
本发明所述一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝的抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥650MPa，延伸率≥20％，室温冲击≥150J。
一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝的制备方法，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1100℃～1150℃保温1h～2h后锻造成70mm～110mm方坯；
2、再经过1050℃～1100℃保温1h～2h锻造成30～50mm方坯；
3、锻造后的方坯经过1050℃～1100℃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。
本发明合金元素作用机理如下所述：
C/B/Zr:熔敷金属中主要强化相为细小弥散的碳化物，并且适量的C含量可提高熔敷金属的强度，但C含量不应过高，避免焊缝裂纹的出现。B和Zr在晶界偏聚，可改变晶界键合状态，增加结合力，强化晶界，并且改善C化物形貌和分布，强化的晶界和钉扎在晶界并且改变了形貌的C化物阻碍位错运动，协调各晶粒间的变形，提高熔敷金属的强韧性。因此本发明焊丝中C含量控制在0.10～0.15％，B含量控制在B：0.003～0.010％，Zr含量控制在0.001～0.010％。
Cr/Ni：Cr能显著合金材料的抗氧化性和耐蚀性，但含量较高会影响合金塑形和韧性，Ni在提高合金材料强度的同时，又能保持材料的塑性和韧性，在本发明中，Cr：8.5～9.0％、Ni：0.1～0.6％，Cr和Ni共存，可以细化钢中的晶粒，提高合金强度的同时，改善钢的加工性能，提高熔敷金属的冲击性能。
Co：Co是固溶强化元素，对提高合金的强度有利，但由于是奥氏体化元素，含量过高会降低马氏体板条的稳定性，进而降低材料的高温持久性能，故Co元素含量控制在2.5～3.0％为宜。
W：W在合金中主要是固溶强化作用，但W含量过高时对焊接性能、熔敷金属的冲击韧性影响较大。因此本发明的W含量控制在2.0～2.7％。
Mn：本发明中，合金化程度较高，且含Co、W等固溶强化元素，在增加材料强度的同时，降低了合金的韧性，加入适量的Mn合金元素，对改善材料的热加工能力有利，适用于本发明的Mn含量范围为0.3～0.6％。
V：V与C形成稳定碳化物，提高合金材料的强度和韧性，但V含量过高会导致MX型析出物密度降低，从而使合金材料的持久强度降低，在本发明中，V的含量控制在0.16～0.20％。
O、N：N和B可形成BN，BN可钉扎在晶界对材料的高温持久性能有利，但N很容易在焊接过程中易形成N化物，同时O含量过高在焊接过程中形成O化物，N化物和O化物都易成为裂纹源，对熔敷金属的高温强度和持久性能不利。因此本发明的O含量控制≤0.010％，N含量控制在≤0.006％。
Al和Ti：在本发明中，Al和Ti都会影响合金的焊接性能和冲击性能，故其控制范围为Al：≤0.03％、Ti：≤0.01％。
本发明的优点在于：本发明通过各元素的综合利用，特别是C、Cr、Co、Mn、W、Nb、Zr、Ni、B的优化添加，并严格控制O、N、P、S、Al、Ti等杂质元素的含量，生产焊丝时严格控制各工序，生产出表面洁净度较高的光亮焊焊丝，大幅提高焊丝的焊接工艺性，使熔敷金属有优良的力学性能：抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥650MPa，延伸率≥20％，室温冲击≥150J。
具体实施方式
实施例1
一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，包括C、Cr、Co、Mn、W、Nb、Zr、Ni、B、Fe元素，严格控制O、N、Al、Si、Ti含量和P、S等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。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
一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝(BYH15)及其制备方法，包括C、Cr、Co、Mn、W、Nb、Zr、Ni、B、Fe元素，严格控制O、N、Al、Si、Ti含量和P、S等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。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
一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝(BYH15)及其制备方法，包括C、Cr、Co、Mn、W、Nb、Zr、Ni、B、Fe元素，严格控制O、N、Al、Si、Ti含量和P、S等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。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.％
表2实施例熔敷金属性能测试
本发明通过各元素的综合利用，特别是C、Cr、Co、Mn、W、Nb、Zr、Ni、B的优化添加，并严格控制O、N、P、S、Al、Si、Ti等杂质元素的含量，生产出适用于620℃～650℃超超临界燃煤电站耐热钢G115的焊接或者是G115与其他牌号耐热钢焊接使用的光亮焊焊丝。本发明所述一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝的熔敷金属有优良的力学性能：抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥650MPa，延伸率≥20％，室温冲击≥150J。
Claims (1)
1.一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C：0.10～0.15％、Cr：8.5～9.0％、Ni：0.1～0.6％、Mn：0.3～0.6％、Co：2.5～3.0％、W：2.0～2.7％、Nb：0.020～0.035％、Zr：0.001～0.010％、N≤0.006％、V：0.16～0.20％、B：0.003～0.010％、Si：≤0.20％、P≤0.006％、S≤0.006％、O≤0.010％、Al：≤0.03％、Ti：≤0.01％、余量为Fe和不可避免的杂质元素；
所述焊丝的制备方法，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1100℃～1150℃保温1h～2h后锻造成70mm～110mm方坯；
2)再经过1050℃～1100℃保温1h～2h锻造成30～50mm方坯；
3)锻造后的方坯经过1050℃～1100℃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；
所述焊丝适用于620℃～650℃超超临界燃煤电站耐热钢G115的焊接或者是G115与其他牌号耐热钢焊接使用；
所述焊丝的抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥650MPa，延伸率≥20％，室温冲击≥150J。
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