一种700℃以上超超临界煤发电设备用镍基高温合金焊丝，属于镍基高温合金技术领域。化学成分为：C 0.005～0.08wt％、Cr 22～25wt％、Co 12～22wt％、Ti 0.5～2.0wt％、Al 1.0～2.5wt％、Nb 0.5～2.0wt％、Mo 0.5～4.5wt％、W 0.1～3.0wt％、V 0.01-0.3wt％、Zr 0.001-0.05wt％、Mg≤0.02wt％、B 0.001-0.006wt％、Fe≤1.5wt％，余量为Ni和不可避免的杂质元素。通过在镍基合金中加入Co、Cr、Mo、W、Al、Ti、Nb等元素及其它适量的微量元素，合金焊丝的冷热加工性能、高温强度尤其是高温持久性能等均得到提高。本发明专利技术合金焊丝具有较好的高温强度及持久性能，同时具有较为优异的焊接工艺性能，焊接过程中熔池流动性较好、焊缝成型性能优异。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于镍基高温合金
，尤其涉及一种700℃以上超超临界煤发电设备用镍基高温合金焊丝，适用于蒸汽温度为700℃以上的先进超超临界燃煤发电设备焊接制造。
技术介绍
本专利技术所涉及的材料是用于制造700℃以上超超临界燃煤发电设备的新型镍基高温合金焊丝。能源和环境问题一直是世界经济发展过程中的热点和难点，同时也已经成为当今世界各国可持续发展的主要制约因素。目前，燃煤火力发电在绝大多数国家占据主导地位，并且在今后相当长时期内不会改变。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70％～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，而且我国燃煤发电效率较为低下。已有研究表明，提高火电厂的发电设备蒸汽参数值可以有效提高发电效率，减少CO2排放量，对节约燃煤和降低污染物SOx、NOx和CO2等的排放发挥了重要作用。因此许多国家都在开发更高效率超超临界火力发电机组。火电发电设备参数的提高需要能在高参数服役条件下长期安全、可靠运行的材料。这些材料在高参数下应具有足够的高温强度、高温耐蚀性、长期组织稳定性以及良好的工艺性能。用于制造700℃超超临界发电设备高温段的几种候选材料包括：Haynes 230，GH2984，CCA617，Nimonic 263，Inconel 740及其改型合金Inconel 740H等。而这些合金均属于镍基合金。由于镍基合金具有特殊的物理性能，如流动性差、黏性较大以及对杂质敏感性大等，故焊接性能差，易产生气孔、裂纹等。而燃煤发电设备制造过程中焊接是最为关键的工序之一，同时超超临界燃煤发电设备对焊接部位的性能要求极高。焊接部位性能取决于焊丝材料和焊接工艺，而作为制作焊接部位的关键材料，必须选用合理的焊丝材料。针对目前选定的700℃超超临界发电设备高温段合金材料——Inconel 740H合金，其焊接性及焊接接头性能满足要求等面临许多挑战。美国专利(US 2009/0321405 A1)《高强度及耐腐蚀Ni-Co-Cr合金焊丝及制造方法》中介绍的镍基合金焊丝，其化学成分中含有较少的Mo、W等固溶强化型元素以及B、Zr等晶界强化元素，该焊丝合金类型属于时效强化型。而采用该专利发明合金焊丝进行焊接，发现焊缝组织中晶界易出现了γ'贫化区，进而时效强化效果降低，而又由于不存在固溶强化型元素，因而其焊接接头性能大受影响。同时，采用现有的Nimonic 263、Haynes 282及CCA617焊丝焊接的Inconel 740H接头组织和性能均不能满足700℃以上超超临界燃煤发电设备指标要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种700℃以上超超临界燃煤发电设备用镍基合金焊丝，成分设计合理，具有热加工塑性好、高温性能好以及熔敷金属性能优越，同时内部及表面洁净度高等优点。本专利技术提供的700℃以上超超临界燃煤发电设备用镍基合金焊丝的化学成分为：C0.005～0.08wt％、Cr 22.0～25.0wt％、Co 12.0～22.0wt％、Ti 0.5～2.0wt％、Al 1.0～2.5wt％、Nb 0.5～2.0wt％、Mo 0.5～4.5wt％、W 0.1～3.0wt％、V 0.01-0.3wt％、Zr 0.001-0.05wt％、Mg≤0.02wt％、B 0.001-0.006wt％、Fe≤1.5wt％，余量为Ni和不可避免的杂质元素。杂质元素中S、P、Si和Mn的范围为：S≤0.005wt％、P≤0.010wt％、Si 0.01-0.3wt％和Mn≤0.5wt％。本专利技术镍基高温合金焊丝的主要合金元素C、Cr、Co、Mo、W、Nb、Ti、Al、B、Zr、Mg、V，Ni和不可避免的杂质元素S、P、Si、Mn等的含量控制范围如上所述。另外，严格控制Pb、Sn、As、Sb、Bi等痕量杂质元素的含量。本专利技术合金成分采用如下设计思路：以高温综合性能较好的Ni基合金为基础，添加Cr、Co等提高合金的抗腐蚀性能和高温强度的重要元素。同时添加Al、Ti和Nb元素，一起与Ni形成γ′强化相，以发挥其析出强化作用；也添加一定量的Mo和W元素，起到重要的固溶强化作用。同时合理添加一定量的Mg元素，Mg作为一种变质剂，能有效地改变碳化物的形态，把条状碳化物变为颗粒状。另外添加一定量的V、Zr和B元素，发挥其作用，从而改善合金的力学性能。因此，如何确定元素种类及含量是本专利技术的特征之一。下面将阐述合金各元素组分范围限定的原因。C元素含量主要影响碳化物的形成，在晶界形成M23C6碳化物，同时与Ti和Nb一起形成一次碳化物MC。随着C元素含量提高，M23C6碳化物和MC碳化物开始析出温度增高。当C元素含量较低时，在晶界形成不了足够的M23C6碳化物。但由于MC析出温度较高而易于析出，因而C含量较高时，易于过多消耗Ti和Nb元素。因此，将C元素含量设定在0.005～0.08wt％范围内。Cr元素由于能在合金表面形成致密稳定的Cr2O3氧化膜，因而能显著提高镍基合金在锅炉管道内部所处的高温水蒸气环境中的抗氧化性能和抗腐蚀性能。由于可与C元素形成碳化物，同时也起到固溶强化作用，因而可提高合金的高温强度。而对于本专利技术合金，当其他元素含量不变，Cr元素含量高于25.0％时，合金中析出α-Cr相，对合金的加工性能和力学性能不利。Co元素同样可以提高镍基合金在高温下的强度和抗腐蚀性能，而对于本专利技术合金，当其他元素含量不变，Co元素含量高于22.0wt％时，合金中同样析出有害相η相析出。同时出于成本考虑，Co元素含量应限制在12.0～22.0wt％。Ti元素是γ′强化相的重要形成元素之一，同时也可与C元素形成MC碳化物，因而可对提高合金强度及控制晶粒尺寸非常有利。但对于本专利技术合金，当其他元素含量不变，Ti元素含量超过2.0wt％时，会促进有害的η相析出，因此，Ti元素含量应控制在0.5～2.0wt％范围内。Al元素同样是γ′强化相的重要形成元素之一，另外Al元素可与Cr元素共同作用，使合金在高温下形成致密坚韧的Cr2O3和Al2O3氧化膜，进而提高合金的高温抗氧化性能。当Al元素含量低于1.0wt％时，强化效果不明显，同时会有有害相η相析出。而当其含量过高时，强化效果过高不利于合金加工性能，另外也会导致有害相σ相析出。因此，Al元素含量应控制在1.0～2.5wt％。Nb元素可同时起到析出强化和固溶强化作用，和Al与Ti一起与Ni形成γ′强化相。但是必须适量控制Nb，当Nb元素含量低于0.5wt％本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种700℃以上超超临界煤发电设备用镍基高温合金焊丝，其特征在于，该镍基高温合金焊丝的学成分为：C 0.005～0.08wt％、Cr 22～25wt％、Co 12～22wt％、Ti 0.5～2.0wt％、Al 1.0～2.5wt％、Nb 0.5～2.0wt％、Mo 0.5～4.5wt％、W 0.1～3.0wt％、V 0.01‑0.3wt％、Zr 0.001‑0.05wt％、Mg≤0.02wt％、B 0.001‑0.006wt％、Fe≤1.5wt％，余量为Ni和不可避免的杂质元素。
【技术特征摘要】
1.一种700℃以上超超临界煤发电设备用镍基高温合金焊丝，其特
征在于，该镍基高温合金焊丝的学成分为：C 0.005～0.08wt％、Cr
22～25wt％、Co 12～22wt％、Ti 0.5～2.0wt％、Al 1.0～2.5wt％、Nb 0.5～2.0wt％、
Mo 0.5～4.5wt％、W 0.1～3.0wt％、V 0.01-0.3wt％、Z...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明扬，章清泉，傅祖明，魏然，吴会云，曹宇，李振瑞，降向冬，吴兵，
申请(专利权)人：北京北冶功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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