CN108127291A - 一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝 - Google Patents
一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,化学成分组成为:C 0.06‑0.13,Mn 0.55‑0.95,Si≤0.50,P≤0.010,S≤0.008,Cr 7.8‑9.7,Co 2.5‑3.5,W 2.5‑3.5,Nb 0.02‑0.12,V 0.12‑0.32,Cu 0.50‑1.10,B 0.001‑0.024,N 0.005‑0.025,余量为Fe和杂质。本发明焊接工艺性能良好,在780℃×3h的热处理条件下熔敷金属抗拉强度Rm≥680MPa,常温KV2≥50J,特别适合用于超超临界锅炉机组用钢,尤其是马氏体耐热钢G115的焊接。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料领域,特别涉及一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝。
背景技术
随着近年来国民经济的快速发展所带来的对电力的大量需求,相关部门和企业迫切需要提高电站建设和运行的效率、降低成本同时兼顾环境保护。在这种条件下发展超超临界锅炉机组已成为电站建设的主导方向。而新型马氏体耐热钢G115,在620~650℃温度段具有优异的组织稳定性和持久强度,其持久强度是P92钢的1.5倍,同时其抗高温蒸汽氧化腐蚀性能优于P92钢,优良的性能将被应用于超超临界锅炉高温高压部件等领域。故其相匹配焊接材料的研发显得尤为重要。尤其是与之匹配的焊材需要和母材具有相同的高温持久强度、抗高温蠕变性能;抗高温烟气侧腐蚀性能;抗高温汽水介质氧化性能等,对研发工作提出更高要求。
发明内容
针对以上问题,本发明提供了一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,主要成分为9%Cr-3%W-3%Co,又添加微量合金元素,焊接工艺性能良好,在780℃×3h的热处理条件下熔敷金属抗拉强度Rm≥680MPa,常温KV2≥50J,特别适合用于超超临界锅炉机组用钢,尤其是马氏体耐热钢G115的焊接。
为达到以上技术目的,本发明的技术方案为,一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,按重量百分数,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.06-0.13,Mn 0.55-0.95,Si≤0.50,P ≤0.010,S≤0.008,Cr 7.8-9.7,Co 2.5-3.5,W2.5-3.5,Nb 0.02-0.12,V 0.12-0.32,Cu 0.50-1.10,B 0.001-0.024,N 0.005-0.025,余量为Fe和杂质。
优选的,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.085,Mn 0.81,Si 0.18,P 0.008,S0.003,Cr 8.87,Co 3.17,W 3.11,Nb 0.06,V 0.24,Cu 0.6,B 0.0018,N 0.007,余量为Fe和杂质。
优选的,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.078,Mn 0.77,Si 0.17,P 0.008,S0.002,Cr 8.89,Co 3.12,W 3.17,Nb 0.05,V 0.23,Cu 0.60,B 0.0020,N 0.007,余量为Fe和杂质。
优选的,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.081,Mn 0.87,Si 0.19,P 0.007,S0.002,Cr 8.96,Co 2.96,W 3.11,Nb 0.06,V 0.26,Cu 0.69,B 0.0029,N 0.006,余量为Fe和杂质。
优选的,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.087,Mn 0.85,Si 0.23,P 0.007,S0.002,Cr 8.80,Co3.01,W 2.95,Nb0.05,V0.20,Cu 0.65,B 0.0030,N 0.008,余量为Fe和杂质。
优选的,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.088,Mn 0.80,Si 0.22,P 0.007,S0.002,Cr 8.82,Co 3.03,W 2.98,Nb 0.07,V 0.21,Cu 0.64,B 0.0032,N 0.007,余量为Fe和杂质。
优选的,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.080,Mn 0.82,Si 0.20,P 0.007,S0.003,Cr8.80,Co2.89,W2.89,Nb0.08,V0.25,Cu0.62,B 0.0042,N0.007,余量为Fe和杂质。
按照重量百分数,所述焊丝的熔敷金属化学成分组成为:C 0.05-0.13,Mn 0.55-0.95,Si≤0.50,P≤0.010,S≤0.008,Cr 7.8-9.7,Co 2.5-3.5,W 2.5-3.5,Nb 0.02-0.12,V 0.12-0.32,Cu 0.50-1.10,B 0.001-0.024,N 0.005-0.025,余量为Fe和杂质。
本发明焊接过程中不依靠其焊药进行合金调整,仅依靠芯线成分的控制,获得较好的物化性能同时具有较好的焊接性。通过多次试验以及与母材G115钢相关试验互相验证,本发明对芯线中各化学元素的限定理由分别叙述如下:C具有很强的强化作用,同时会显著降低材料塑性和韧性,当C>1.3%时,随着含碳量的增加,钢的强度反而下降,而过低的C对高温持久强度不利,故C含量应限制在0.06-0.13%。
少量的Mn可降低S含量,促进焊缝脱氧,但太多的Mn会降低组织的高温铁素体的稳定性,故其含量控制在0.55-0.95%为宜。
本发明芯线中加入的Si是一种重要的脱氧剂,与Cr同时存在时还可以提高合金的高温抗氧化性能,故一般控制在0.5%以内。
P、S已形成低熔点共晶,回火时析出晶界,降低材料强度,故需严格控制其含量,分别为P≤0.010%,S≤0.008%。
Cr可以提高耐热钢的抗氧化性能和腐蚀性能;提高钢的高温持久强度和蠕变强度,固溶于基体起固溶强化作用,但Cr含量过高会降低持久强度,所以Cr含量控制在7.8-9.7%为宜。
研究发现,在650℃条件下钢中加入3%左右的Co元素对钢的持久强度具有最有利的影响,因此其含量控制在2.5-3.5%为宜。
W能显著提高耐热钢的持久强度和蠕变极限,W的最佳量控制在2.5-3.5%。
Nb含量控制在0.02-0.12%,从而保证焊缝金属具有优良的高温蠕变性能和理想的常温韧性。
V是强烈的碳化物形成元素,钢中加入V可以细化晶粒显著提高焊缝强度,但易形成晶界裂纹,V最佳控制在0.12-0.32%。
Cu能提高钢的强度和韧性,特别是大气腐蚀性能,但含量过高会降低钢的高温塑性,故Cu的含量控制在0.50-1.10%。
B可以细化晶粒,在熔池金属凝固过程中与N易结合为BN,降低固溶N的含量;但是含有较高含量的B元素时,若N含量过高,可能会形成较大的BN颗粒,在本身严重弱化钢的强韧性的同时,还将消耗用于晶界强化的B元素,从而严重影响钢的高温持久强度,其含量控制在0.001-0.024%。
N是强烈的奥氏体形成元素,它对奥氏体的稳定性作用比Ni强20倍,过高的N会降低材料韧性,其含量控制在0.005-0.025%。
其余为Fe和杂质。
本发明的有益效果在于:
(1)焊丝工艺性优良,铁水流动性良好,焊缝成型美观,焊后焊道清洁;
(2)焊丝能适用于全位置焊接;
(3)焊丝熔敷金属在780℃×3h的热处理条件下抗拉强度Rm
≥680MPa,常温KV2≥50J;
(4)该焊丝焊缝金属具有优良的长期高温蠕变强度。
本发明650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,通过添加微量合金元素,获得与母材近似的焊道成分及组织,从而获得与母材近似的物化性能。
本发明熔敷金属主要成分为9%Cr-3%W-3%Co,焊接工艺性能良好,在780℃×3h的热处理条件下熔敷金属抗拉强度Rm≥680MPa,常温KV2≥50J,特别适合用于超超临界锅炉机组用钢,尤其是马氏体耐热钢G115的焊接。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,按重量百分数,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C0.06-0.13,Mn 0.55-0.95,Si≤0.50,P≤0.010,S≤0.008,Cr 7.8-9.7,Co 2.5-3.5,W 2.5-3.5,Nb 0.02-0.12,V 0.12-0.32,Cu 0.50-1.10,B 0.001-0.024,N0.005-0.025,余量为Fe和杂质。
实施例1:
一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,采用镀铜及无镀铜焊丝生产工艺制造焊丝并分别焊接:
表1-1芯线成分(单位:重量百分比)
实心焊丝制备方法,包含以下步骤:
A.真空炉冶炼;B.轧钢成盘条;
C.退火、拉拔、涂层工艺制成半成品;
D.根据客户需求生产无镀铜及镀铜成品焊丝。
表1-2熔敷金属的力学性能
表1-3熔敷金属化学成分
实施例2:
一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,采用镀铜及无镀铜焊丝生产工艺制造焊丝并分别焊接:
表2-1芯线成分(单位:重量百分比)
表2-2熔敷金属的力学性能
表2-3熔敷金属化学成分
实施例3:
一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,采用镀铜及无镀铜焊丝生产工艺制造焊丝并分别焊接:
表3-1芯线成分(单位:重量百分比)
表3-2熔敷金属的力学性能
表3-3熔敷金属化学成分
本发明650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,添加微量合金元素,熔敷金属主要成分为9%Cr-3%W-3%Co,焊接工艺性能良好,在780℃×3h的热处理条件下熔敷金属抗拉强度Rm≥680MPa,常温KV2≥50J,特别适合用于超超临界锅炉机组用钢,尤其是马氏体耐热钢G115的焊接。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,其特征在于,按照重量百分数,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.06-0.13,Mn 0.55-0.95,Si≤0.50,P≤0.010,S≤0.008,Cr 7.8-9.7,Co 2.5-3.5,W 2.5-3.5,Nb 0.02-0.12,V 0.12-0.32,Cu 0.50-1.10,B0.001-0.024,N 0.005-0.025,余量为Fe和杂质。
2.如权利要求1所述的650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,其特征在于,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.085,Mn 0.81,Si 0.18,P 0.008,S 0.003,Cr 8.87,Co3.17,W 3.11,Nb 0.06,V 0.24,Cu 0.6,B 0.0018,N 0.007,余量为Fe和杂质。
3.如权利要求1所述的650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,其特征在于,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.078,Mn 0.77,Si 0.17,P 0.008,S 0.002,Cr 8.89,Co3.12,W 3.17,Nb 0.05,V 0.23,Cu 0.60,B 0.0020,N 0.007,余量为Fe和杂质。
4.如权利要求1所述的650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,其特征在于,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.081,Mn 0.87,Si 0.19,P 0.007,S 0.002,Cr 8.96,Co2.96,W 3.11,Nb 0.06,V 0.26,Cu 0.69,B 0.0029,N 0.006,余量为Fe和杂质。
5.如权利要求1所述的650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,其特征在于,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.087,Mn 0.85,Si 0.23,P 0.007,S 0.002,Cr 8.80,Co3.01,W 2.95,Nb 0.05,V 0.20,Cu 0.65,B 0.0030,N 0.008,余量为Fe和杂质。
6.如权利要求1所述的650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,其特征在于,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.088,Mn 0.80,Si 0.22,P 0.007,S 0.002,Cr 8.82,Co3.03,W 2.98,Nb 0.07,V 0.21,Cu 0.64,B 0.0032,N 0.007,余量为Fe和杂质。
7.如权利要求1所述的650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,其特征在于,所述焊丝的芯线化学成分组成为:C 0.080,Mn 0.82,Si 0.20,P 0.007,S 0.003,Cr 8.80,Co2.89,W 2.89,Nb 0.08,V 0.25,Cu 0.62,B 0.0042,N 0.007,余量为Fe和杂质。
8.如权利要求1所述的650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝,其特征在于,按照重量百分数,所述焊丝的熔敷金属化学成分组成为:C 0.05-0.13,Mn 0.55-0.95,Si≤0.50,P≤0.010,S≤0.008,Cr 7.8-9.7,Co 2.5-3.5,W 2.5-3.5,Nb 0.02-0.12,V 0.12-0.32,Cu 0.50-1.10,B 0.001-0.024,N 0.005-0.025,余量为Fe和杂质。
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