一種700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金焊絲及其應用制造技術

本發明專利技術公開了一種700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金焊絲及其應用，屬于焊接領域。該焊絲化學成分：C?0.02～0.06％，Cr?20～25％，Fe?18～22％，Mo?2～10％，Nb?1～3.3％，Al?0.3～1.1％，Ti?0.9～1.4％，B≤0.0065％，P<0.022％，余量為Ni及不可避免的雜質。本發明專利技術焊絲在常溫和700℃都具有較高抗拉強度，室溫下，焊縫抗拉強度≥600MPa，屈服強度≥380MPa，伸長率≥12％，700℃下，焊縫抗拉強度≥500MPa，屈服強度≥350MPa，伸長率≥8％。本焊材應用于700℃超超臨界火電鍋爐高溫部件用Fe-Ni高溫合金的焊接。

【技術實現步驟摘要】
一種700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金焊絲及其應用
本專利技術涉及焊接材料開發
里，具體涉及一種700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金焊絲及其應用。
技術介紹
提高蒸汽壓力和溫度是提高超超臨界機組效率的一個重要途徑。蒸汽參數的提高對火電鍋爐高溫部件材料(如過熱器，再熱器)的高溫性能提出了更高的要求。目前，國內外火電領域都在積極開發700℃超超臨界火電鍋爐高溫用材，主要是在開發700℃用高溫合金，有Ni基高溫合金，Fe-Ni基高溫合金。與Ni基高溫合金相比，Fe-Ni基高溫合金價格低，變形相對容易，是一種有前途的700℃超超臨界火電鍋爐高溫部件用材的候選材料。新材料在火電鍋爐高溫部件(如過熱器，再熱器)應用中，必將涉及過熱器管和再熱器管與其他部件的焊接。開發新型火電用Fe-Ni基高溫焊材是加快新材料應用和確保鍋爐焊接部件安全性的基礎。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金焊絲及其應用。本專利技術技術方案如下：一種700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金焊絲，按重量百分含量計，該焊絲化學成分為：C0.02～0.06％，Cr20～25％，Fe18～22％，Mo2～10％，Nb1～3.3％，Al0.3～1.1％，Ti0.9～1.4％，B≤0.0065％，P<0.022％，余量為Ni及其他不可避免的雜質元素。按重量百分含量計，該焊絲化學成分中：S<0.002％，Si≤0.1％，Mn≤0.05％，N≤0.007％，O≤0.001％，H≤0.0002％。所述焊絲適用母材為Fe-Ni基高溫合金，按重量百分含量計，其化學成分為：C0.03～0.06％，Cr21.0～23.0％，Fe19～21％，Mo2.1～2.3％，Nb1.1～1.3％，Al0.9～1.1％，Ti1.2～1.4％，B0.005～0.007％，P0.018～0.022％，S≤0.002％，Si≤0.06％，Mn≤0.05％，余量為Ni。所述焊絲配合Fe-Ni基高溫合金母材焊接，獲得焊縫力學性能如下：室溫條件下：焊縫抗拉強度σb≥600MPa，屈服強度σp0.2≥380MPa，伸長率A≥12％；700℃時：焊縫抗拉強度σb≥500MPa，屈服強度σp0.2≥350MPa，伸長率A≥8％。本專利技術焊絲用于700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金的焊接。該焊絲在火力發電廠700℃超超臨界機組鍋爐過熱器和再熱器用Fe-Ni基高溫合金上有很好應用前景，也可以應用于其他工程領域。本專利技術耐高溫Fe-Ni基焊絲的設計思想如下：Cr和C：加入Cr可提高合金的抗氧化和抗腐蝕性能，同時，Cr和C在時效時可形成M23C6釘扎晶界，提高晶界強度，過高的Cr可能達不到很好的強韌性匹配，因此，本專利技術中的Cr含量(質量分數)控制在20-25％，過量的C可能會和Nb、Ti等元素形成MC碳化物，對焊接性不利，因此，本專利技術中的C含量(質量分數)控制在0.02～0.06％。Al、Ti和Nb：Al、Ti和Nb可以共同形成γ′沉淀強化相Ni3(Al、Ti、Nb)，在Fe基高溫合金中，需要加入的Ti的含量應多于Al的含量，這樣，既可以保持γ′相的形成，也可以提高組織的穩定性，避免過時效。Nb還可以形成γ″相Ni3Nb，與γ′相共同強化，并且γ″相析出較慢，因此有利于該合金的焊接性。過多的γ′沉淀相對焊接性能不利，因此，本專利技術的Al含量(質量分數)控制在0.3-1.1％，Ti含量(質量分數)控制在0.9-1.4％，Nb含量(質量分數)控制在1-3.3％。B和P：B可以和P產生協同作用，提高蠕變性能，但過量的B和P對焊接性不利，因此，本專利技術中的B元素含量(質量分數)控制在0.0065％以下，P元素控制在0.022％以下。Fe和Ni：Ni和Fe共同作用形成固溶體可強化基體，加入Fe可降低材料的成本，過多的Fe則會降低材料的長期組織穩定性，因此，合金中加入的Fe含量控制在18-22％。本專利技術焊絲所具有的優點如下：1.本專利技術Fe-Ni基高溫焊絲中同時增加了Al、Ti與Nb、Mo元素，使焊縫同時具有時效強化和固溶強化效果，焊縫具有較高的室溫和700℃高溫強度2.焊絲中含有一定量的Fe(含量為18-22％)，與Ni基高溫合金相比，具有較好的變形能力，焊縫伸長率高于Ni基焊縫，同時價格低。3.本專利技術焊絲焊接Fe-Ni基高溫合金母材時，室溫下的焊縫抗拉強度σb≥600MPa，屈服強度σp0.2≥380MPa，伸長率A≥12％，700℃下的焊縫抗拉強度σb≥500MPa，屈服強度σp0.2≥350MPa，伸長率A≥8％。附圖說明圖1為本專利技術實施例及比較例焊接坡口尺寸圖。具體實施方式以下通過實施例對本專利技術的特點和效果進行舉例說明，但這些實施例對本專利技術的范圍不構成限制。下述實施例中均通過如下工藝步驟制備本專利技術Fe-Ni基高溫合金焊絲：鑄錠加熱至1100℃均溫后軋制成盤條，然后于1100℃鹽浴固溶處理。盤條進行酸洗后拉拔成焊絲，為了保證焊絲成型過程中易成型，各拉拔道次間應視情況進行1100℃的氫退處理。實施例1Fe-Ni基高溫合金焊絲的化學成分及其含量為，以質量百分比表示：C：0.047％、Cr：21.71％、Fe：20.4％、Mo：2.25％、Nb：1.17％、Al：0.99％、Ti：1.31％、B：0.0060％、P：0.016％、S：≤0.002％、Si：≤0.03％、Mn：≤0.03％，余量為Ni。實施例2Fe-Ni基高溫合金焊絲的化學成分及其含量為，以重量百分比表示：C：0.047％、Cr：21.06％、Fe：20.6％、Mo：2.70％、Nb：3.24％、Al：0.43％、Ti：0.99％、P：0.004％、S：≤0.001％、Si：0.05％、Mn：≤0.05％，余量為Ni。實施例3Fe-Ni基高溫合金焊絲的化學成分及其含量為，以重量百分比表示：C：0.037％、Cr：20.30％、Fe：21％、Mo：6.48％、Nb：2.53％、Al：0.35％、Ti：1.08％、B：0.0007％、P：0.004％、S：0.0011％、Si：0.06％、Mn：≤0.03％，余量為Ni。實施例4Fe-Ni基高溫合金焊絲的化學成分及其含量為，以重量百分比表示：C：0.050％、Cr：21.83％、Fe：20％、Mo：9.17％、Nb：2.47％、Al：0.39％、Ti：1.00％、P：0.003％、S：≤0.002％、Si：≤0.03％、Mn：≤0.03％，余量為Ni。比較例1比較例高溫合金焊絲的化學成分及其含量為，以重量百分比表示：C：0.076％、Cr：21.87％、Co：12.0％、Mo：9.16％、Al：1.00％、Ti：0.35％、B：≤0.0006％、P：0.002％、S：≤0.002％、Si：≤0.03％、Mn：≤0.03％，余量為Ni。將實施例1、2、3、4和比較例1中所制備的焊絲按表1所示焊接規范及圖1所示焊接坡口尺寸制成試樣后，按相關標準要求測定焊接接頭在常溫和700℃下的力學性能。所用母材為Fe-Ni基高溫合金，母材化學成分為(wt.％)：C：0.03～0.06％、Cr：21.0～23.0本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種700℃超超臨界火電高溫部件用Fe?Ni基高溫合金焊絲，其特征在于：按重量百分含量計，該焊絲化學成分為：C?0.02～0.06％，Cr?20～25％，Fe?18～22％，Mo?2～10％，Nb?1～3.3％，Al?0.3～1.1％，Ti?0.9～1.4％，B≤0.0065％，P<0.022％，余量為Ni及其他不可避免的雜質元素。

【技術特征摘要】
1.一種700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金焊絲，其特征在于：按重量百分含量計，該焊絲化學成分為：C0.02～0.06％，Cr20～25％，Fe18～22％，Mo2～10％，Nb1～3.3％，Al0.3～1.1％，Ti0.9～1.4％，B≤0.0065％，P<0.022％，余量為Ni及其他不可避免的雜質元素。2.根據權利要求1所述的700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金焊絲，其特征在于：按重量百分含量計，該焊絲化學成分中：S<0.002％，Si≤0.1％，Mn≤0.05％，N≤0.007％，O≤0.001％，H≤0.0002％。3.根據權利要求1或2所述的700℃超超臨界火電高溫部件用Fe-Ni基高溫合金焊絲，其特征在于：所述焊絲配合Fe-Ni基高溫合金母材焊接，按重量百分含量計，所述母材的化學成分為：C0.03～0.06％，Cr21.0～23.0％，Fe19～21％，Mo2.1～2.3％，Nb1.1～1.3％，A...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸善平，吳棟，李殿中，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧;21