CN112518172A

CN112518172A - 一种镍钴基高温合金焊丝

Info

Publication number: CN112518172A
Application number: CN202011334594.1A
Authority: CN
Inventors: 尹宏飞; 袁勇; 鲁金涛; 党莹樱; 杨珍; 谷月峰; 严靖博
Original assignee: China Huaneng Group Co Ltd; Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: China Huaneng Group Co Ltd; Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2021-03-19

Abstract

本发明属于焊接材料领域，具体为一种用于800℃级超超临界电站高温部件焊接的沉淀强化型镍钴基高温合金焊丝，其主要特征在于焊丝中1.5≤Ti/Al≤2，C/Nb≥0.03；焊丝在800℃的屈服强度不小于600MPa。该合金的组成(质量分数％)为：Co 25‑30％，Cr 20‑23％，Al 1.4‑1.8％，Ti 2.1‑3.6％，Nb 1.5‑2.0％，Mo 0.5‑1.0％，Si≤0.1％，Mn≤0.3，Cu≤0.01，C≤0.04％，B≤0.003％，不含稀土元素，其余为Ni。本发明焊丝的熔敷金属基体是无序面心结构的奥氏体(γ)相，沉淀强化相为Ni₃(Al,Ti)γ′相和一次碳化物NbC，晶间分布着碳化物相。本发明填补了现有技术的空白，具有优异的高温性能，可广泛用于750～800℃超超临界水蒸汽条件下高温合金部件的同种和异种焊，亦可代替现有镍基/镍钴基高温合金焊丝。

Description

一种镍钴基高温合金焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种Ni-Cr-Co系沉淀强化的镍钴基高温合金焊丝。

背景技术

随着750℃以上等级超超临界发电技术的推进，促进了高温合金材料在这一领域的大量应用，因此亟需匹配相应的焊丝作为镍基/镍钴基高温合金同种焊和异种焊的填充材料。由于焊接接头(焊缝)处是电站关键高温部件的薄弱环节，故在焊接时通常选用比母材高一等级的焊接填充材料以保证焊接性能和质量。高温合金焊丝以其优异的高温综合性能，广泛应用于电站耐热钢的焊接(包括异种焊)。目前，700℃级的超超临界火电机组的候选材料(如HAYNES282，INCONEL 740H等)的焊接通常选用其同成分焊丝(如AWSERNiCrCoMo-2，ERNiCrCo-1等)作为焊接填充材料，这样不但焊接接头性能会降低，且无法实现异种焊。

目前，为满足750℃等级超超临界发电领域高温合金的焊接需求，研发高性能的焊丝仍是一项十分艰巨的工作。

发明内容

本发明的目的是针对现有的高温合金焊丝无法满足750℃以上等级电站锅炉的服役要求，提供了一种成分设计合理、高性能的镍钴基高温合金焊丝。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种镍钴基高温合金焊丝，该焊丝由以下成分按重量百分比制成：Co为25-30％，Cr为20-23％，Al为1.4-1.8％，Ti为2.1-3.6％，Nb为1.5-2.0％，Mo为0.5-1.0％，Si≤0.15％，Mn≤0.3，Cu≤0.01，C≤0.06％，B≤0.003％，不含稀土元素，其余为Ni。

本发明进一步的改进在于，该焊丝的成分中，1.5≤Ti/Al≤2，C/Nb≥0.03。

本发明进一步的改进在于，该焊丝形成的焊缝熔敷金属为双相结构，基体是无序面心结构的奥氏体γ，奥氏体中弥散分布着有序结构的强化相(Co,Ni)₃(Al,Ti)γ′。

本发明进一步的改进在于，γ′相的体积分数为25％，尺寸为20～30nm。

本发明进一步的改进在于，该焊丝在800℃的屈服强度不小于600MPa。

本发明进一步的改进在于，该焊丝用于镍基/镍钴基高温合金的同种和异种焊接，按质量百分数，镍基/镍钴基高温合金中Cr≥20％，Ni≥50％。

本发明进一步的改进在于，该焊丝用于750℃以上等级超超临界燃煤发电锅炉高温关键部件用高温合金焊接的填充材料。

本发明进一步的改进在于，该焊丝的规格为Φ1.2～2.4mm的实心光焊丝，采用手工或自动填丝钨极惰性气体焊进行焊接，且不进行焊后热处理。

本发明和现有技术相比所具有的优势在于：

本发明提供的一种镍钴基高温合金焊丝，该镍钴基高温合金焊丝的服役温度等级在750～800℃，且800℃时屈服强度高达600MPa，高于现有候选的高温合金材料，填补了这一领域的技术空白，综合性能亦不低于现有的镍基/镍钴基高温合金相当。优异的高温性能使得镍钴基高温合金焊丝成为焊接高温合金理想的填充材料。

进一步，在高温合金焊丝中提高Co元素含量(Co/Ni比例)可以提高高温合金材料的服役温度，即高温性能。同时，随着Co元素含量增加，一方面可以显著提高γ′相形成元素Ti、Al的含量，增加了γ′相的体积分数，提高了沉淀强化的效果；另一方面，可以进一步提高Ti/Al比至2，而不析出有害相(如η相等)，显著提升了强化相的高温性能。进而，γ′相的析出速率显著加快(“C”曲线左移)，在焊缝冷却过程中就开始析出，因而避免了焊后热处理。同时，为使焊丝过渡到熔池的凝固过程中避免因合金元素偏析而形成的一次有害相，故要求C/Nb≥0.03，以避免形成富Nb的低熔点相(如Laves相)。

进一步，使用时，免去焊后热处理，进一步控制使用成本。

进一步，本发明焊丝不需要特殊工艺进行生产制备。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的一种镍钴基高温合金焊丝，该焊丝由以下成分按重量百分比制成：Co为25-30％，Cr为20-23％，Al为1.4-1.8％，Ti为2.1-3.6％，Nb为1.5-2.0％，Mo为0.5-1.0％，Si≤0.15％，Mn≤0.3，Cu≤0.01，C≤0.06％，B≤0.003％，不含稀土元素，其余为Ni。该焊丝的成分中，1.5≤Ti/Al≤2，C/Nb≥0.03。

该焊丝形成的焊缝熔敷金属为双相结构，基体是无序面心结构的奥氏体γ，奥氏体中弥散分布着有序结构的强化相(Co,Ni)₃(Al,Ti)γ′。γ′相的体积分数为25％左右，尺寸为20～30nm；在800℃时焊丝的屈服强度大于600MPa。

该焊丝用于镍基/镍钴基高温合金的同种和异种焊接，按质量百分数，镍基/镍钴基高温合金中Cr≥20％，Ni≥50％。

该焊丝用于750℃以上等级超超临界燃煤发电锅炉高温关键部件用高温合金焊接的填充材料，如过热器、再热器、集箱的焊接接头等。

该焊丝的规格为Φ1.2～2.4mm的实心光焊丝，采用手工或自动填丝钨极惰性气体焊进行焊接，且不进行焊后热处理。

实施例1：

参见表1，表1中W-1成分的焊丝在800℃的屈服强度为650MPa。

实施例2：

参见表1，表1中W-2成分的焊丝在800℃的屈服强度为730MPa。

实施例3：

参见表1，表1中W-3成分的焊丝在800℃的屈服强度为730MPa。

实施例4：

参见表1，表1中W-3成分的焊丝在800℃的屈服强度为730MPa。

表1实施例焊丝实测化学成分

Claims

1.一种镍钴基高温合金焊丝，其特征在于，该焊丝由以下成分按重量百分比制成：Co为25-30％，Cr为20-23％，Al为1.4-1.8％，Ti为2.1-3.6％，Nb为1.5-2.0％，Mo为0.5-1.0％，Si≤0.15％，Mn≤0.3，Cu≤0.01，C≤0.06％，B≤0.003％，不含稀土元素，其余为Ni。

2.根据权利要求1所述的镍钴基高温合金焊丝，其特征在于，该焊丝的成分中，1.5≤Ti/Al≤2，C/Nb≥0.03。

3.根据权利要求1所述的镍钴基高温合金焊丝，其特征在于，该焊丝形成的焊缝熔敷金属为双相结构，基体是无序面心结构的奥氏体γ，奥氏体中弥散分布着有序结构的强化相(Co,Ni)₃(Al,Ti)γ′。

4.根据权利要求3所述的镍钴基高温合金焊丝，其特征在于，γ′相的体积分数为25％，尺寸为20～30nm。

5.根据权利要求1所述的镍钴基高温合金焊丝，其特征在于，该焊丝在800℃的屈服强度不小于600MPa。

6.根据权利要求1所述的镍钴基高温合金焊丝，其特征在于，该焊丝用于镍基/镍钴基高温合金的同种和异种焊接，按质量百分数，镍基/镍钴基高温合金中Cr≥20％，Ni≥50％。

7.根据权利要求1所述的镍钴基高温合金焊丝，其特征在于，该焊丝用于750℃以上等级超超临界燃煤发电锅炉高温关键部件用高温合金焊接的填充材料。

8.根据权利要求1所述的镍钴基高温合金焊丝，其特征在于，该焊丝的规格为Φ1.2～2.4mm的实心光焊丝，采用手工或自动填丝钨极惰性气体焊进行焊接，且不进行焊后热处理。