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 PDF

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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

一种650℃超超临界火电机组用耐热钢实心焊丝
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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