[发明专利]一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝

说明书

一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，属于焊接材料技术领域，其化学元素质量百分数为：C 0.07～0.12％、Si 0.21～0.50％、Mn0.40～0.90％、P≤0.006％、S≤0.005％、Cr 8.60～9.20％、Ni 0.20～0.60％、Mo≤0.10％、Co 2.70～3.10％、Nd 0.001～0.02％、W 2.71～3.10％、V0.15～0.25％、B 0.005～0.013％、Nb 0.02～0.06％、N≤0.008％、Al≤0.01％、Ti≤0.01％、O≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素Pb、Sn、As、Sb、Bi中每一个元素含量≤0.005％。优点在于，解决了现有焊丝抗氧化性能不足、持久寿命短、冲击韧性差的问题。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种620～650℃超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，该焊丝兼具优异的高温持久寿命、抗氧化性能、高温屈服强度和室温冲击功，主要用于620℃～650℃超超临界燃煤电站耐热钢的焊接，焊后可在最高620～650℃的蒸汽温度环境下服役。

背景技术

能源和环境问题一直是中国经济发展过程中的热点和难点。我国是煤炭生产和消费大国，其中燃煤火力发电占总发电量的80％左右。煤电是我国最大的温室气体排放源，是实现节能减排目标的关键行业。为进一步提高发电效率和实现节能减排，我国和世界上发达国家正竞相研发650℃超超临界燃煤发电技术，抢占先进发电技术制高点。该技术的关键在于主蒸汽锅炉管用钢及其配套焊材开发，核心在于化学成分设计，该钢被称作650℃超超临界锅炉管用钢，属最先进的第三代锅炉管用钢，由于成分、组织性能和服役环境的复杂性，开发难度很大，目前世界上仍处于工业试验阶段。

在化学成分基础研究方面，我国和日本走在世界前列，日本NIMS开发的MARBN钢、新日铁住金开发的SAVE12AD钢和我国钢铁研究总院开发的G115钢都在成分基础研究上开展了大量工作，这三种钢都是650℃第三代超超临界锅炉管候选钢种。在650℃超超临界电站的建设中，锅炉管等耐热钢部件的主要连接方式是焊接，焊接的关键在于焊材。焊材开发的难点在于成分设计，要求焊材的主元素与锅炉管用钢(以下简称母材)的主元素贴近，以保证二者的性能匹配，因此主元素的设计难度不大，核心难点在于微量元素的设计。由于焊接后的焊缝金属晶粒粗大，属于铸态组织，如果焊材的成分与母材完全相同，则焊缝的高温和室温力学性能必然大幅度低于母材性能，从而成为服役过程中的性能薄弱点和危险点，因此必须添加一定的微量元素以强化焊缝的室温力学性能、高温力学性能和抗氧化性能，确保焊缝综合性能不低于母材。

我公司前期公开了“一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝”的专利，申请号为CN108838579A，涉及一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，主要用于620℃～650℃超超临界燃煤电站耐热钢G115的焊接。其焊缝熔敷金属抗拉强度≥780MPa、屈服强度≥650MPa，延伸率≥20％，室温冲击≥150J。其化学成分重量百分比为：C 0.10～0.15％，Cr8.5～9.0％，Ni 0.1～0.6％，Mn 0.3～0.6％，Co 2.5～3.0％，W 2.0～2.7％，Nb 0.020～0.035％，Zr 0.001～0.010％，N≤0.006％，V 0.16～0.20％，B 0.003～0.010％，Si≤0.20％，P≤0.006％，S≤0.006％，O≤0.010％，Al≤0.03％，Ti≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。该技术方案中焊丝的高温抗氧化性主要依赖于主元素Cr，没有添加提高抗氧化性的微量元素，在我公司开展的进一步试验中发现，Nd和Zr两种元素对抗氧化性有较大影响，以前期技术方案为基础，增加Nd元素并去掉Zr元素后形成了本发明的技术方案，焊缝的抗氧化性大幅度改善，在650℃下氧化1000h后，氧化层增重量是原技术方案的63％，显著减低了氧化腐蚀速率，延长了焊缝的服役可靠性和寿命，同时，其他性能并没有降低。