CN113399862A - 一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条 - Google Patents

一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条 Download PDF

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袁勇
鲁金涛
党莹樱
杨珍
谷月峰
严靖博
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    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • B23K35/304—Ni as the principal constituent with Cr as the next major constituent

Abstract

本发明属于焊接材料领域，具体为一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，按质量分数％，该焊条焊芯的组成为：Co 25％‑30％，Cr 20％‑23％，Al 1.4％‑1.8％，Ti 2.1％‑3.6％，Nb 1.5％‑2.0％，W 5％‑10％，Si≤0.1％，Cu≤0.01％，C≤0.04％，B≤0.002％，不含稀土元素，其余为Ni。焊条药皮的组成为：冰晶粉9％～13％；金红石10％～19％；碳酸钙20％～25％；藻酸盐0.5％～1.5％；氟化钙20％～25％；白云石2％～12％；氟化钡2％～4％；钛酸钡3％～5％；碳酸钠1％～2％；石英粉6％～11％；金属铬5％～10％；铝粉0.5％～2.5％；钛酸钾1％～2％，金属锰1％～2％，以及粘结剂。本发明焊条在800℃的拉伸屈服强度不小于550MPa。本发明填补了现有技术领域内的空白，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大口径、厚壁部件的同种和异种焊，亦可代替现有镍钴基高温合金焊丝。

Description

一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条。
背景技术
随着750℃以上等级超超临界发电技术的推进，促进了镍钴基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接填充材料，尤其是工程化应用亟需匹配相应的手工电弧焊焊条作为大口径、厚壁部件的填充及盖面焊接的填充材料。目前，700℃级的超超临界火电机组的候选材料(如HAYNES 282，INCONEL 740H等)尚无对应的焊条。
通过自主研究表明，镍钴基高温合金基体中Co元素可以提高力学性能。Nb作为难熔金属元素可以在焊缝中形成一次碳化物，但亦会在的凝固过程中强烈偏析而形成低熔点有害相(如Laves相)，故要求C/Nb≥0.02。因而，要基于镍钴基高温合金的焊接冶金原理，综合考虑高温强化机理。不同于传统耐热钢类焊条，在高温合金焊条(芯)中合金元素成分含量多，焊接冶金过程复杂，易发生烧损。因而，焊条药皮(成分)的设计既要保证工艺焊接性，同时也要考虑使用焊接性，进而确保焊芯向熔池稳定过渡。目前，为满足750℃以上等级超超临界发电领域高温合金的焊接需求，研发高性能的焊条仍是一项十分艰巨的工作。
发明内容
本发明是针对800℃等级电站大口径、厚壁部件尚无高温合金焊条，开发的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，填补了该领域内的空白。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，按重量百分比，焊芯由以下成分制成：Co 25％-30％，Cr 20％-23％，Al 1.4％-1.8％，Ti 2.1％-3.6％，Nb 1.5％-2.0％，W 5％-10％，Si≤0.1％，Mn≤0.3％，Cu≤0.01％，C≤0.04％，B≤0.002％，不含稀土元素，其余为Ni；按重量百分比，焊条药皮由以下成分制成：冰晶粉9％～13％；金红石10％～19％；碳酸钙20％～25％；藻酸盐0.5％～1.5％；氟化钙15％～20％；白云石2％～12％；氟化钡2％～4％；钛酸钡3％～5％；碳酸钠1％～2％；石英粉9％～13％；金属铬2.5％～7.5％；铝粉0.5％～2.5％；钛酸钾1％～2％，以及粘结剂。
本发明进一步的改进在于，焊芯中Ti/Al＞1，C/Nb≥0.02。
本发明进一步的改进在于，药皮中冰晶粉:石英粉＝1，金属铬:铝粉:钛酸钡＝5:1:3；粘结剂中不含水玻璃。
本发明进一步的改进在于，该焊条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γ′((Ni,Co)3(Al,Ti))。
本发明进一步的改进在于，该焊条熔敷金属在800℃时的屈服强度不低于550MPa。
本发明进一步的改进在于，该焊条用于服役温度在750℃～800℃等级的超超临界电站用高温合金部件母材的同种和异种焊接，包括填充焊和盖面焊。
本发明进一步的改进在于，该类高温合金母材中Al+Ti≥2.5％，Ni/Co＞1，且Ni≥42％。
本发明进一步的改进在于，焊接过渡方式为焊芯过渡，焊芯规格为Φ2.5～4.0mm。
本发明进一步的改进在于，采用手工电弧焊，极性为直流反接，控制层间温度不高于100℃。
本发明和现有技术相比所具有的优势在于：
1、解决了高Ti、Al元素含量焊条焊接过渡的技术难点，进而解决了大口径、厚壁部件的填充及盖面手工焊的所需焊材，填补了该领域的空白；
2、填补了750℃～800℃服役温度尚无焊接填充材料(焊条)的空白；
3、在800℃的拉伸屈服强度不小于550MPa。
附图说明
图1为采用该焊条焊接Inconel 740H的金相组织SEM照片。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，按重量百分比，焊芯由以下成分制成：Co 25％-30％，Cr 20％-23％，Al 1.4％-1.8％，Ti 2.1％-3.6％，Nb 1.5％-2.0％，W 5％-10％，Si≤0.1％，Mn≤0.3％，Cu≤0.01％，C≤0.04％，B≤0.002％，不含稀土元素，其余为Ni；按重量百分比，焊条药皮由以下成分制成：冰晶粉9％～13％；金红石10％～19％；碳酸钙20％～25％；藻酸盐0.5％～1.5％；氟化钙15％～20％；白云石2％～12％；氟化钡2％～4％；钛酸钡3％～5％；碳酸钠1％～2％；石英粉9％～13％；金属铬2.5％～7.5％；铝粉0.5％～2.5％；钛酸钾1％～2％，以及粘结剂。
实施例1：
参见表1～2和图1，使用该焊条(表1、表2)采用手工电弧焊，直流反接，对Inconel740H合金进行填充焊+盖面焊，无焊接裂纹等缺陷产生。800℃熔敷金属的屈服强度为620MPa。
表1实施例焊芯实测化学成分及母材名义成分(质量分数％)
Figure BDA0003133607510000041
表2实施例药皮实测化学成分组成(质量分数％)
Figure BDA0003133607510000042
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，其特征在于，按重量百分比，焊芯由以下成分制成：Co 25％-30％，Cr 20％-23％，Al 1.4％-1.8％，Ti 2.1％-3.6％，Nb 1.5％-2.0％，W 5％-10％，Si≤0.1％，Mn≤0.3％，Cu≤0.01％，C≤0.04％，B≤0.002％，不含稀土元素，其余为Ni；按重量百分比，焊条药皮由以下成分制成：冰晶粉9％～13％；金红石10％～19％；碳酸钙20％～25％；藻酸盐0.5％～1.5％；氟化钙15％～20％；白云石2％～12％；氟化钡2％～4％；钛酸钡3％～5％；碳酸钠1％～2％；石英粉9％～13％；金属铬2.5％～7.5％；铝粉0.5％～2.5％；钛酸钾1％～2％，以及粘结剂。
2.根据权利要求1所述的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，其特征在于，焊芯中Ti/Al＞1，C/Nb≥0.02。
3.根据权利要求1所述的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，其特征在于，药皮中冰晶粉:石英粉＝1，金属铬:铝粉:钛酸钡＝5:1:3；粘结剂中不含水玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，其特征在于，该焊条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γ′((Ni,Co)3(Al,Ti))。
5.根据权利要求1所述的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，其特征在于，该焊条熔敷金属在800℃时的屈服强度不低于550MPa。
6.根据权利要求1所述的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，其特征在于，该焊条用于服役温度在750℃～800℃等级的超超临界电站用高温合金部件母材的同种和异种焊接，包括填充焊和盖面焊。
7.根据权利要求6所述的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，其特征在于，该类高温合金母材中Al+Ti≥2.5％，Ni/Co＞1，且Ni≥42％。
8.根据权利要求6所述的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，其特征在于，焊接过渡方式为焊芯过渡，焊芯规格为Φ2.5～4.0mm。
9.根据权利要求6所述的一种800℃级超超临界电站锅炉用镍钴基高温合金焊条，其特征在于，采用手工电弧焊，极性为直流反接，控制层间温度不高于100℃。
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