[发明专利]一种焊缝熔敷金属可再结晶的镍基合金焊丝

说明书

本发明属于超超临界电站焊接材料领域，具体为一种具有高塑性的固溶强化型镍基合金焊丝，适用于超超临界锅炉过热器/再热器管的焊接，过热器及再热器管与锅炉集气联箱(包括接管座)的焊接，其主要特征在于使用该焊丝在TIG焊(钨极氩弧焊)焊接后，焊缝熔敷金属在1000℃及以上焊后热处理可发生再结晶，消除原焊缝内的树枝晶和柱状晶组织；焊后焊缝区硬度为300HV，再结晶处理后硬度降为210HV；消除焊缝残余应力和成分偏析，在组织形貌上和母材基本一致。该镍基合金焊丝的化学成分(重量％)为，Fe＜3％，Cr：14‑18％，Al+Ti≤0.45％且Ti/Al＜0.9，Nb：1.0‑1.5％，Mo：7.0‑9.8％，W＜0.4％，Si≤1.0％，Mn：0.5‑1.0％，C≤0.1％，B：0.003‑0.005％，Zr≤0.03％，其余为Ni，其他杂质元素总和＜0.1％。

技术领域：

本发明属于超超临界电站焊接材料领域，具体涉及一种焊缝熔敷金属可再结晶的镍基合金焊丝。

背景技术：

随着火力发电技术的发展，发展600℃及以上超超临界燃煤发电技术，对我国节约能源、降低污染物和二氧化碳排放具有十分重要的战略意义和实际应用价值。电站高温材料的焊接一直是电站建设和生产的关键技术环节，而蒸汽参数地不断提高，所使用高温材料的合金化程度不断提高，奥氏体不锈钢和镍基合金大量使用，使得焊接技术难度亦随之增大。

传统的焊缝组织由于熔敷金属没有控轧和形变热处理的机会,带有方向性的柱状(树枝)晶不可能由此获得细化；同时又由于焊缝冷却速度快，合金元素偏析严重，且熔敷金属中的Nb、V等在凝固冷却过程中难以呈微细的碳化物、氮化物析出，故焊缝的综合力学性能远不及母材、且存在各向异性。随着焊接接头服役时间的延长，焊缝力学性能(尤其是韧性)衰减显著，使用寿命缩短；同时由于焊接残余应力，易发生应力腐蚀(SCC)，成为整个(焊接)部件的薄弱环节，影响电站的安全运行。

针对该类焊缝存在的问题，且国内现有的焊材体系中，还未发现有此类镍基合金焊丝，也未发现相关的技术报导。对该焊接材料的焊缝熔敷金属具有如下技术要求：焊缝熔敷金属经过焊后再结晶处理，原焊缝组织内的带有明显方向性的柱状(树枝)晶全部转变为等轴晶，硬度由290～310HV下降到200～220HV，同时最大程度地消除成分偏析和焊接残余应力，使焊缝组织和母材具有一致性。

固溶强化镍基合金焊材热稳定性好，基体无固相相变。通过合金元素对基体的作用机制来提高材料的热膨胀系数和塑性，从而在焊接过程中产生大的热(膨胀)应力使熔敷金属高温下发生塑性变形；同时由于奥氏体基体良好的塑性，避免了在较大的焊接残余应力和变形量下发生开裂。由于焊缝凝固及冷却速度很快，焊缝熔敷金属残余变形量和塑性变形的畸变能存留下来，在随后的焊后热处理中，焊缝熔敷金属在再结晶温度以上发生了(静态)再结晶。

焊接热应力引起的焊缝熔敷金属塑性变形，超过其再结晶的临界变形量ε_cr，且小于其最大塑性变形量δ_max。

即，ε_cr<ε_焊缝<δ_max

Mn、B元素的添加减弱了合金的因瓦特性，会增大合金的热膨胀系数。Ti和Al均为有序结构的强化相′(Ni₃(Al,Ti))的形成元素，作为固溶强化的合金焊材，应尽量降低Ti和Al元素的含量，可避免焊后热处理再热裂纹的产生；同时要控制Ti/Al比，Ti/Al比过高时会降低高温时的组织稳定性，发生脆性η(Ni₃Ti)相转变，降低合金的高温塑性。严格控制W和Zr元素含量，以避免焊接性发生劣化。

此外，稀土元素会降低镍基合金液态的流动性，增大焊缝结晶裂纹敏感性，故焊丝化学成分中不含稀土元素。

发明内容：