一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝制造技术

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。

A kind of bright welding wire for heat-resistant steel of ultra supercritical coal-fired power station

【技术实现步骤摘要】
一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝
本专利技术属于焊接材料
，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。
技术介绍
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：C0.10～0.15％，Cr8.5～9.0％，Ni0.1～0.6％，Mn0.3～0.6％，Co2.5～3.0％，W2.0～2.7％，Nb0.020～0.035％，Zr0.001～0.010％，N≤0.006％，V0.16～0.20％，B0.003～0.010％，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元素后形成了本专利技术的技术方案，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。申请号为CN106914712A的专利公开了“G115耐热钢用氩弧焊实芯焊丝”，其成分重量百分数为：C0.07～0.09％，Si≤0.3％，Mn≤0.7％，P≤0.002％，S≤0.001％，Cr8.5～9.5％，W2.8～3.3％，Co2.8～3.5％，Nb0.04～0.08％，V0.18～0.25％，Cu0～0.5％，N0.007～0.008％，B0.011～0.014％，Ti0～0.001％；余量为Fe及不可避免的杂质元素。这是一种氩弧焊实芯焊丝，其技术方案中焊丝的高温抗氧化性主要依赖于主元素Cr，也没有添加提高抗氧化性的微量元素，焊缝室温冲击功不超70J。与该专利相比，本专利技术中的焊丝含有Ni和Nd，Ni保证了焊缝具有良好的室温冲击韧性和抗氧化性，本专利技术中的焊丝熔敷金属室温冲击功可达150～160J，在650℃下氧化1000h后氧化层增重量约12～13mg/cm2，而申请号为CN106914712A的专利中焊丝熔敷金属室温冲击功60～70J，在650℃下氧化1000h后氧化层增重量约18mg/cm2，本专利技术的技术方案与之相比有明显技术优势。本专利技术通过对Cr、Co、Mo、Al、Ti、Nb、C、V、Nd等元素作用机理的分析，特别是Nd元素对焊缝抗氧化性能、高温持久寿命、高温屈服强度、室温冲击功等的研究，得到一种620～650℃超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，该焊丝具备优异的抗氧化性能、高温持久寿命、高温屈服强度、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℃的蒸汽温度环境下长期服役。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种620～650℃超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，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。一种620～650℃超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，其化学元素质量百分数为：C0.07～0.12％、Si0.21～0.50％、Mn0.40～0.90％、P≤0.006％、S≤0.005％、Cr8.60～9.20％、Ni0.20～0.60％、Mo≤0.10％、Co2.70～3.10％、Nd0.001～0.02％、W2.71～3.10％、V0.15～0.25％、B0.005～0.013％、Nb0.02～0.06％、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％。本专利技术中焊丝成分范围限定的原因如下：C：在晶界形成M23C6、MC、M6C和M7C3等类型的碳化物发挥晶界强化作用，其中M23C6对合金高温持久强度有利，当C含量小于0.07％时，不足以在晶界形成足够数量的M23C6。C还可与合金中的Nb形成一次碳化物MC，这种碳化物的固溶温度很高，一般在1300℃以上，因此在通常加热条件下不会回溶，起到了钉扎晶界，防止晶粒粗化的作用。当C含量过高时形成的MC尺寸较大，并会过多的消耗合金中的Nb，这样用于形成细小NbC的C就少了，将降低合金的强度、高温性能和持久性能，C含量应控制在0.12％以下。C含量太多也将降低焊缝冲击韧性，且C含量与W、Nb存在严重的交互作用，这种交互作用的定量化并非公知常识，而是通过科学实践和试验才能摸索出规律，适宜的C含量并非通过有限次数的单一的C含量调整试验就能获得，而是需要与W、Nb配合调整，通过C、W、Nb3种元素的大量优化组合试验方能最终确定适宜的C含量。一定含量的C还能降低液态合金的粘度，提高流动性，有利于焊接过程的进行。基于以上分析，本专利技术将C含量控制在0.07～0.12％。Si：Si是一种固溶强化元素，Si含量高于0.50％时将引起焊缝的脆性，Si含量低于0.21本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，其特征在于，其化学元素质量百分数为：C 0.07～0.12％、Si 0.21～0.50％、Mn 0.40～0.90％、P≤0.006％、S≤0.005％、Cr8.60～9.20％、Ni 0.20～0.60％、Mo≤0.10％、Co 2.70～3.10％、Nd 0.001～0.02％、W2.71～3.10％、V 0.15～0.25％、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％。/n

【技术特征摘要】
1.一种超超临界燃煤电站耐热钢用光亮焊焊丝，其特征在于，其化学元素质量百分数为：C0.07～0.12％、Si0.21～0.50％、Mn0.40～0.90％、P≤0.006％、S≤0.005％、Cr8.60～9.20％、Ni0.20～0.60％、Mo≤0.10％、Co2.70～3.10％、Nd...

【专利技术属性】
技术研发人员：文新理，章清泉，李振瑞，张荣，刘海稳，柳海波，冮名震，李国超，魏然，
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