[发明专利]一种700℃超超临界火电高温部件用Fe‑Ni基高温合金焊丝及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及焊接材料开发技术领域里，具体涉及一种700℃超超临界火电高温部件用Fe-Ni基高温合金焊丝及其应用。

背景技术

提高蒸汽压力和温度是提高超超临界机组效率的一个重要途径。蒸汽参数的提高对火电锅炉高温部件材料(如过热器，再热器)的高温性能提出了更高的要求。目前，国内外火电领域都在积极开发700℃超超临界火电锅炉高温用材，主要是在开发700℃用高温合金，有Ni基高温合金，Fe-Ni基高温合金。与Ni基高温合金相比，Fe-Ni基高温合金价格低，变形相对容易，是一种有前途的700℃超超临界火电锅炉高温部件用材的候选材料。新材料在火电锅炉高温部件(如过热器，再热器)应用中，必将涉及过热器管和再热器管与其他部件的焊接。开发新型火电用Fe-Ni基高温焊材是加快新材料应用和确保锅炉焊接部件安全性的基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种700℃超超临界火电高温部件用Fe-Ni基高温合金焊丝及其应用。

本发明技术方案如下：

一种700℃超超临界火电高温部件用Fe-Ni基高温合金焊丝，按重量百分含量计，该焊丝化学成分为：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％，余量为Ni及其他不可避免的杂质元素。

按重量百分含量计，该焊丝化学成分中：S<0.002％，Si≤0.1％，Mn≤0.05％，N≤0.007％，O≤0.001％，H≤0.0002％。

所述焊丝适用母材为Fe-Ni基高温合金，按重量百分含量计，其化学成分为：C 0.03～0.06％，Cr 21.0～23.0％，Fe 19～21％，Mo 2.1～2.3％，Nb 1.1～1.3％，Al0.9～1.1％，Ti 1.2～1.4％，B 0.005～0.007％，P 0.018～0.022％，S≤0.002％，Si≤0.06％，Mn≤0.05％，余量为Ni。

所述焊丝配合Fe-Ni基高温合金母材焊接，获得焊缝力学性能如下：

室温条件下：焊缝抗拉强度σ_b≥600MPa，屈服强度σ_p0.2≥380MPa，伸长率A≥12％；700℃时：焊缝抗拉强度σ_b≥500MPa，屈服强度σ_p0.2≥350MPa，伸长率A≥8％。

本发明焊丝用于700℃超超临界火电高温部件用Fe-Ni基高温合金的焊接。该焊丝在火力发电厂700℃超超临界机组锅炉过热器和再热器用Fe-Ni基高温合金上有很好应用前景，也可以应用于其他工程领域。

本发明耐高温Fe-Ni基焊丝的设计思想如下：

Cr和C：加入Cr可提高合金的抗氧化和抗腐蚀性能，同时，Cr和C在时效时可形成M23C6钉扎晶界，提高晶界强度，过高的Cr可能达不到很好的强韧性匹配，因此，本发明中的Cr含量(质量分数)控制在20-25％，过量的C可能会和Nb、Ti等元素形成MC碳化物，对焊接性不利，因此，本发明中的C含量(质量分数)控制在0.02～0.06％。

Al、Ti和Nb：Al、Ti和Nb可以共同形成γ′沉淀强化相Ni3(Al、Ti、Nb)，在Fe基高温合金中，需要加入的Ti的含量应多于Al的含量，这样，既可以保持γ′相的形成，也可以提高组织的稳定性，避免过时效。Nb还可以形成γ″相Ni3Nb，与γ′相共同强化，并且γ″相析出较慢，因此有利于该合金的焊接性。过多的γ′沉淀相对焊接性能不利，因此，本发明的Al含量(质量分数)控制在0.3-1.1％，Ti含量(质量分数)控制在0.9-1.4％，Nb含量(质量分数)控制在1-3.3％。

B和P：B可以和P产生协同作用，提高蠕变性能，但过量的B和P对焊接性不利，因此，本发明中的B元素含量(质量分数)控制在0.0065％以下，P元素控制在0.022％以下。

Fe和Ni：Ni和Fe共同作用形成固溶体可强化基体，加入Fe可降低材料的成本，过多的Fe则会降低材料的长期组织稳定性，因此，合金中加入的Fe含量控制在18-22％。

本发明焊丝所具有的优点如下：

1.本发明Fe-Ni基高温焊丝中同时增加了Al、Ti与Nb、Mo元素，使焊缝同时具有时效强化和固溶强化效果，焊缝具有较高的室温和700℃高温强度