一种增材制造用的铬-钨-钴合金氩弧焊焊丝及其制备方法技术

一种增材制造用的铬

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用的铬
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钨
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钴合金氩弧焊焊丝及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种增材制造技术，尤其是一种增材制造用焊丝技术，具体地说是一种主要应用于高温气冷堆蒸汽发生器换热器氦气出口侧和水/蒸汽入口侧区域的增材制造（500℃以下的低温段）的增材制造用的铬
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钨
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钴合金氩弧焊焊丝及其制备方法，该合金材料的使用温度可高达650℃。

技术介绍

[0002]核电蒸汽发生器是产生汽轮机所需蒸汽的换热设备，也是核电站最为关键的主要设备之一，蒸汽发生器与反应堆压力容器相连，不仅直接影响电站的功率与效率，而且在进行热量交换时，还起着阻隔放射性载热剂的作用，对核电站安全至关重要。
[0003]高温气冷堆是我国具有完全自主知识产权的第四代先进核能技术，具有固有安全性、模块化设计及建造、发电效率高、用途广泛等特点。目前高温气冷堆核电站选用的是螺旋盘管式蒸发器。盘管外是一回路氦气，盘管内是二回路高温高压水蒸汽，氦气进口温度750℃、设计出口蒸汽温度566℃、13.24MPa；由于结构原因出口蒸汽温度和压力并没有达到超临界所需要的条件，因此在发电效率上是一个遗憾。
[0004]直流逆流孔道式换热器是一种新型的换热结构，两种换热介质在不同的孔道中相向对流，孔道的横截面分布类似于目前的固定管板换热器的管板布置，长度超过10米，该结构可以使出口蒸汽温度达到730℃（在氦气进口温度750℃的条件下），出口蒸汽压力超过31MPa，轻松达到超超临界发电，使得大幅度提高高温气冷堆的发电效率；同时在氦气进口温度达到950℃或更高的超高温气冷堆，该结构也能轻松满足，仅仅需要改变基体材料、满足耐高温条件即可。使得高温气冷堆在国家氢能源的发展上提供助力。
[0005]虽然直流逆流孔道式换热器结构非常优秀，但传统的制造工艺几乎不可能实现，为此人们提出利用增材制造技术制备新的换热器的结构的技术方案，以增材制造（3D打印）的成型方式成型，由于耐高温镍基合金材料非常昂贵，为了降低整体制造成本，把整个换热器按照温度范围分成三段，分别是650℃~800℃的高温段、500℃~650℃的中温段和500℃以下的低温段，不同温度段使用不同的合金成分，既满足使用条件要求，又能大幅度降低制造成本；由于不同合金成分差异很大，其性能也有很大的差异，为了避免这种成分不连续带来的性能不连续，需要在两种不同合金之间增加过渡金属区，平缓异种金属间引起的性能陡变，因此总共需要5种增材制造用的氩弧焊丝，以适用于实际工况。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是：针对基于增材制造（3D打印）成型的直流逆流孔道式换热器结构的氦气出口侧和水/蒸汽入口侧区域，即工作温度为500℃以下的低温段，设计一种铬
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钨
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钴合金氩弧焊焊丝及其制备方法，实现此区域的增材制造（3D打印），满足设计使用要求。
[0007]本专利技术的技术方案之一是：
一种增材制造用的铬
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钨
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钴合金氩弧焊焊丝，其特征是：以重量百分数计焊丝的成分：C 0.060~0.100%，Si ≤0.55%，Mn 0.27~0.73%，P ＜0.018%，S ＜0.009%，Cr 8.40~9.60%，W 2.33~3.17%，Co 2.80~3.30%，Cu 0.40~1.20%，V 0.13~0.27%，Nb 0.10~0.25%，N 0.005~0.015%，B 0.010~0.020%，Ni ≤0.06%，Ti ≤0.02%，Al ≤0.015%，O ≤0.0040%，As ≤0.015%，Sb ≤0.008%，Bi ≤0.005%，Sn ≤0.010%，Pb ≤0.015%， As+Sb+Bi+Sn+Pb ≤0.0308%，Fe余量，各组份之和为100%。
[0008]所述的碳含量应严格控制，增加含碳量，则材料的淬硬倾向大，塑性、韧性降低，同时焊缝易出现气孔、裂纹有害缺陷；降低含碳量，则焊缝的强度降低，达不到性能的设计要求；故严格控制其碳含量为0.060~0.100%，在满足该焊丝可焊性的基础上，使其材料性能达到设计要求。
[0009]所述的铬的含量应严格控制；铬能提高材料的抗高温氧化、抗高温腐蚀、抗高温蒸汽的性能，故在满足设计温度的要求上控制铬含量在8.40~9.60%。
[0010]所述的钨和钴的含量应严格控制；钨和钴的含量是提高焊丝整体性能，保证用其制造的设备在高温条件下稳定、可靠的关键所在；严格控制钨和钴的含量，使焊丝改善组织结构，增加材料的耐热性和耐磨性，在满足设计温度的要求上，可以有效控制原料成本。
[0011]所述的铌的含量应严格控制；添加微量的铌能显著提高材料的冲击韧性和屈服强度，细化材料晶粒，提高晶粒粗化温度，故控制铌含量在0.10~0.25%。
[0012]本专利技术的技术方案之二是：一种增材制造用的铬
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钨
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钴合金氩弧焊焊丝的制备方法，其特征是：它包括以下步骤：A.合金熔炼：根据合金的组分及质量百分比进行配料，计算出各中间合金的重量，将作为原料的中是合金投入真空感应炉中进行熔炼后，浇注成钢锭；B.热锻开坯：将合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内进行加热，升温至1185℃，保温时间按1.5min/mm计算，保温结束后进行锻造，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温；终锻温度应不低于950℃；C.热轧退火：加热至1100℃进行热轧，热轧成盘元丝材，在空气中冷却至常温；D.酸洗、修磨：将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后表面修磨至光滑；E.拉制：采用现有的冷拉工艺，将盘元丝材逐级拉细，直至丝材直径≤3mm；F.氢退处理：将冷拉后的盘元丝材进行氢退处理。
[0013]所述的步骤E，将热轧后的盘元丝材逐级拉细至直径≤3mm，应经过4~8级拉拔道次；对于此种铬
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钨
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钴合金焊丝，若拉拔道次过少，造成一次变形量过大，导致拉丝过程中非常容易断丝；若拉拔道次过多，则在拉丝的过程中 焊丝变脆，容易发生断裂；考虑此种铬
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钨
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钴合金焊丝的性能，4~8次拉拔为最合理道次。
[0014]本专利技术的有益效果：1、本专利技术的焊丝具有耐腐蚀的良好性能，又具有强度高，塑性好，可冷热变形和加工成型及可焊接特点的焊丝，可广泛应用于石油化工，冶金，原子能，海洋开发，航空，航天等工业中，解决一般不锈钢和其他金属及非金属材料无法解决的工程腐蚀、高温等问题。
[0015]2、本专利技术的焊丝材料严格控制其碳含量。增加含碳量，则材料的淬硬倾向大，塑性、韧性降低，同时焊缝易出现气孔、裂纹等有害缺陷；降低含碳量，则焊缝的强度降低，达
不到性能的设计要求。故严格控制其碳含量为0.060~0.100%，在满足该焊丝可焊性的基础上，使其材料性能达到设计要求。
[0016]3、本专利技术的焊丝材料严格控制铬的含量。铬可以提高材料的抗高温氧化、抗高温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用的铬
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钨
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钴合金氩弧焊焊丝，其特征是：以重量百分数计焊丝的成分：C 0.060~0.100%，Si ≤0.55%，Mn 0.27~0.73%，P ＜0.018%，S ＜0.009%，Cr 8.40~9.60%，W 2.33~3.17%，Co 2.80~3.30%，Cu 0.40~1.20%，V 0.13~0.27%，Nb 0.10~0.25%，N 0.005~0.015%，B 0.010~0.020%，Ni ≤0.06%，Ti ≤0.02%，Al ≤0.015%，O ≤0.0040%，As ≤0.015%，Sb ≤0.008%，Bi ≤0.005%，Sn ≤0.010%，Pb ≤0.015%， As+Sb+Bi+Sn+Pb ≤0.0308%，Fe余量，各组份之和为100%。2.根据权利要求1所述的增材制造用的铬
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钴合金氩弧焊焊丝，其特征：所述的碳含量应严格控制，增加含碳量，则材料的淬硬倾向大，塑性、韧性降低，同时焊缝易出现气孔、裂纹有害缺陷；降低含碳量，则焊缝的强度降低，达不到性能的设计要求；故严格控制其碳含量为0.060~0.100%，在满足该焊丝可焊性的基础上，使其材料性能达到设计要求。3.根据权利要求1所述的增材制造用的铬
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钴合金氩弧焊焊丝，其特征：所述的铬的含量应严格控制；铬能提高材料的抗高温氧化、抗高温腐蚀、抗高温蒸汽的性能，故在满足设计温度的要求上控制铬含量在8.40~9.60%。4.根据权利要求1所述的增材制造用的铬
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钴合金氩弧焊焊丝，其特征：所述的钨和钴的含量应严格控制；钨和钴的含量是提高焊丝整体性能，保证用其制造的设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：向田法，王槐春，陈敬一，向俊，鲍艳东，
申请(专利权)人：江苏新恒基特种装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：