CN113579561B

CN113579561B - 一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条

Info

Publication number: CN113579561B
Application number: CN202110712815.2A
Authority: CN
Inventors: 尹宏飞; 袁勇; 鲁金涛; 党莹樱; 杨珍; 谷月峰; 严靖博
Original assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2041-06-25
Also published as: CN113579561A

Abstract

本发明属于焊接材料领域，具体为一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条，该焊条焊芯的组成为：Cr，Co，Al，Ti，Nb，Mo，W，Si，Mn，Cu，Fe，C，B，其余为Ni。焊条药皮的组成为：金红石；碳酸钙；藻酸盐；氟化钙；白云石；氟化钡；钛酸钾；碳酸钠；石英粉；金属锰；铝粉；金属铬；氧化锆。本发明焊条熔敷金属在750℃的拉伸屈服强度不小于550MPa。填补现有技术的空白，具有优异的高温强度，可广泛适用于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，可代替现有镍基高温合金焊条。

Description

一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条。

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，故在焊接时焊接填充材料的选用对保证焊接质量和焊接性能至关重要。镍基高温合金材料以其优异的高温综合性能，成为700℃先进超超临界电站的候选材料。目前，700℃级的超超临界火电机组的候选高温合金材料(如Inconel740H合金，Haynes282合金等)尚无匹配的焊条作为焊接填充材料，而现有镍基焊条(如AWS ENiCrCoMo-1(mod.)，ENiCrMo-3等)为固溶强化型，无法满足服役要求。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超级奥氏体耐热钢大口径、厚壁部件的焊接填充材料。

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

本发明的目的是针对目前尚无该类焊条材料的情况，提出了一种成分设计合理、性能高的700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条，按质量百分比，焊芯由以下成分制成：Cr 20％-22％，Co 2.0％～2.5％，Al 1.5％-1.8％，Ti 1.8％-2.2％，Nb0.1％-0.2％，Mo 0.6％-0.9％，W 0.4％-0.6％，Si≤0.01％，Mn≤0.1％，Cu≤0.01％，Fe≤0.3％，C≤0.05％，B≤0.003％，其余为Ni；焊条药皮由以下成分制成：金红石9％～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％；钛酸钾0.5％～2.5％；碳酸钠1％～2％；石英粉5％～11％；金属锰2.5％～6.5％；铝粉0.5％～2.5％；金属铬1％～3％。

本发明进一步的改进在于，焊芯中Ti/Al＝1.2，Mo/W＝1.5。

本发明进一步的改进在于，药皮中碳酸钙/氟化钙＝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750℃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g′相沉淀强化型高温合金的同种和异种焊接，包括填充焊和盖面焊。

本发明进一步的改进在于，该高温合金中Ni/Fe＞1，Ti+Al≥2.5％，且1≤Ti/Al≤2。

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，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、本发明焊条药皮的成本优势显著；

3、本发明焊条采用焊芯过渡的方式，解决了高Ti、Al元素含量焊条焊接过渡的技术难点；

4、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；

5、焊条熔敷金属在750℃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Inconel740H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。

本发明提供的一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条，按质量百分比，焊芯由以下成分制成：Cr 20％-22％，Co 2.0％～2.5％，Al 1.5％-1.8％，Ti1.8％-2.2％，Nb0.1％-0.2％，Mo 0.6％-0.9％，W 0.4％-0.6％，Si≤0.01％，Mn≤0.1％，Cu≤0.01％，Fe≤0.3％，C≤0.05％，B≤0.003％，其余为Ni；焊条药皮由以下成分制成：金红石9％～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％；钛酸钾0.5％～2.5％；碳酸钠1％～2％；石英粉5％～11％；金属锰2.5％～6.5％；铝粉0.5％～2.5％；金属铬1％～3％。

实施例1：

参见表1～2和图1，使用该焊条(表1、表2中的成分)采用手工电弧焊，直流反接，对Inconel740H合金管道进行填充焊+盖面焊，无焊接裂纹等缺陷产生。750℃熔敷金属的屈服强度为625MPa，焊接接头通过焊接工艺评定(NB/T47014-2011)。

表1实施例焊芯及母材化学成分

表2实施例药皮实测化学成分组成(100％)

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

1. 一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条，其特征在于，按质量百分比，焊芯由以下成分制成：Cr20%-22%，Co2.0%~2.5%，Al1.5%-1.8%，Ti1.8%-2.2%，Nb0.1%-0.2%，Mo0.6%-0.9%，W0.4%-0.6%，Si≤0.01%，Mn≤0.1%，Cu≤0.01%，Fe≤0.3%，C≤0.05%，B≤0.003%，其余为Ni；焊条药皮由以下成分制成：金红石9%~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%；钛酸钾 0.5%~2.5%；碳酸钠 1%~2%；石英粉 5%~11%；金属锰 2.5%~6.5%；铝粉0.5%~2.5%；金属铬 1%~3％；

焊芯中Ti/Al＝1.2，Mo/W=1.5；

药皮中碳酸钙/氟化钙＝1；

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，奥氏体中弥散分布着有序结构的强化相Ni₃(Al,Ti)；

该焊条熔敷金属在750℃时的屈服强度不低于550MPa；

该焊条用于g′相沉淀强化型高温合金的同种和异种焊接，包括填充焊和盖面焊；

该高温合金中Ni/Fe＞1，Ti＋Al≥2.5%，且1≤Ti/Al≤2。

2.根据权利要求1所述的一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条，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。

3.根据权利要求1所述的一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条，其特征在于，采用手工电弧焊，控制层间温度不高于100℃。