CN113427166A - 一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条 - Google Patents

一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接材料领域，具体为一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，按质量分数％，该焊条焊芯的组成为：Fe 20％‑25％，Cr 19％‑23％，Al 1.8％～2.4％，Ti 2.1％～2.5％，且Ti/Al≥1，Mo 3.0％‑5.2％，W＜0.4％，Si≤0.2％，Mn≤0.5％，C 0.03％‑0.05％，B 0.001％‑0.003％，其余为Ni，其他杂质元素总和＜0.2％；焊条药皮的组成为：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％；碳酸钡3％～5％；碳酸钠1％～2％；石英粉6％～11％；钛铁3％～6％；铝粉0.5％～2.5％；钼铁3％～6％；氧化锆1％～2％，以及粘结剂。本发明焊条熔敷金属在700℃的拉伸屈服强度不小于500MPa。本发明具有较低的成本、优异的高温强度，可广泛适用于高温、高压、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，填补了现有技术领域内的空白。

Description

一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条。
背景技术
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。高温合金类焊接填充材料以其优异的高温综合性能，广泛应用于电站高温部件的焊接(包括异种焊)。目前，700℃级超超临界火电机组的候选镍基或镍铁基高温合金焊条(如AWS ENiCrFe-3，ENiCrFe-2，ENiCrCoMo-1(mod.)，ENiCrMo-3等)作为焊接填充材料，尚不能满足700℃服役工况的要求。
镍铁基高温合金材料介于铁基高温合金和镍基高温合金之间，在700℃的综合性能与镍基高温合金相当，但成本相对于镍基高温合金则大幅减低。随着700℃超超临界发电技术的推进，亟需匹配相应的手工焊焊条作为高温合金类大口径、厚壁部件的焊接填充材料，而高性价比使得镍铁基高温合金材料成为焊接高温合金理想的填充材料。
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。
发明内容
本发明是针对现有的镍基高温合金焊条无法满足服役温度，且价格高的问题，提出了一种成分设计合理、性价比高的700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，按重量百分比焊芯由以下成分制成：Fe 15％-20％，Cr 19％-23％，Al 1.8％～2.4％，Ti 2.1％～2.5％，且Ti/Al≥1，Mo 3.0％-5.2％，W＜0.4％，Si≤0.2％，Mn≤0.5％，C 0.03％-0.05％，B 0.001-0.003％，其余为Ni，其他杂质元素总和＜0.2％；按重量百分比焊条药皮由以下成分制成：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％；碳酸钡3％～5％；碳酸钠1％～2％；石英粉6％～11％；钛铁3％～6％；铝粉0.5％～2.5％；钼铁3％～6％；氧化锆1％～2％，以及粘结剂。
本发明进一步的改进在于，其特征在于焊芯中Ti/Al＞1，Ni/Fe＞1。
本发明进一步的改进在于，药皮中碳酸钙/氟化钙＝1，钛铁/钼铁＝1。
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′(Ni3(Al,Ti))。
本发明进一步的改进在于，该焊条熔敷金属在700℃时的屈服强度不低于500MPa。
本发明进一步的改进在于，该焊条用于700℃等级超超临界电站用高温合金部件的同种和异种焊接，包括填充焊和盖面焊。
本发明进一步的改进在于，按质量百分数，该类高温合金中Al+Ti≥2.7％，Ni/Fe＞1，且Ni≥45％。
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120℃。
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、本发明焊条相对于镍基焊条的成本优势显著；
3、本发明焊条采用现有的钢芯焊条的生产工艺(拉丝、配料、成型等)，不需要特殊的生产工艺；
4、焊条熔敷金属在700℃的拉伸屈服强度不小于500MPa。
附图说明
图1为采用该焊条焊接GH 2984G合金的金相组织。
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。
实施例1：
参见表1～2和图1，使用该焊条(表1、表2中例1成分)采用手工电弧焊，直流反接，对GH 2984G合金进行填充焊+盖面焊，无焊接裂纹等缺陷产生。700℃熔敷金属的屈服强度为600MPa。
本发明提供的一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，按重量百分比焊芯由以下成分制成：Fe 15％-20％，Cr 19％-23％，Al 1.8％～2.4％，Ti 2.1％～2.5％，且Ti/Al≥1，Mo 3.0％-5.2％，W＜0.4％，Si≤0.2％，Mn≤0.5％，C 0.03％-0.05％，B 0.001-0.003％，其余为Ni，其他杂质元素总和＜0.2％；按重量百分比焊条药皮由以下成分制成：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％；碳酸钡3％～5％；碳酸钠1％～2％；石英粉6％～11％；钛铁3％～6％；铝粉0.5％～2.5％；钼铁3％～6％；氧化锆1％～2％，以及粘结剂。
表1实施例焊芯及母材实测化学成分
Figure BDA0003134233470000041
表2实施例药皮实测化学成分组成(100％)
Figure BDA0003134233470000042
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700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，其特征在于，按重量百分比焊芯由以下成分制成：Fe 15％-20％，Cr 19％-23％，Al 1.8％～2.4％，Ti 2.1％～2.5％，且Ti/Al≥1，Mo 3.0％-5.2％，W＜0.4％，Si≤0.2％，Mn≤0.5％，C 0.03％-0.05％，B0.001-0.003％，其余为Ni，其他杂质元素总和＜0.2％；按重量百分比焊条药皮由以下成分制成：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％；碳酸钡3％～5％；碳酸钠1％～2％；石英粉6％～11％；钛铁3％～6％；铝粉0.5％～2.5％；钼铁3％～6％；氧化锆1％～2％，以及粘结剂。
2.根据权利要求1所述的一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，其特征在于，其特征在于焊芯中Ti/Al＞1，Ni/Fe＞1。
3.根据权利要求1所述的一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，其特征在于，药皮中碳酸钙/氟化钙＝1，钛铁/钼铁＝1。
4.根据权利要求1所述的一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，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′(Ni3(Al,Ti))。
5.根据权利要求1所述的一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，其特征在于，该焊条熔敷金属在700℃时的屈服强度不低于500MPa。
6.根据权利要求1所述的一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，其特征在于，该焊条用于700℃等级超超临界电站用高温合金部件的同种和异种焊接，包括填充焊和盖面焊。
7.根据权利要求6所述的一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，其特征在于，按质量百分数，该类高温合金中Al+Ti≥2.7％，Ni/Fe＞1，且Ni≥45％。
8.根据权利要求1所述的一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，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1所述的一种700℃级超超临界电站锅炉用镍铁基高温合金焊条，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120℃。
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