700℃以上超超臨界煤發(fā)電設備用鎳基高溫合金焊絲的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于儀基高溫合金技術領域，尤其設及一種700°CW上超超臨界煤發(fā)電設 備用儀基高溫合金焊絲，適用于蒸汽溫度為70(TCW上的先進超超臨界燃煤發(fā)電設備焊接 制造。
【背景技術】
[0002] 本發(fā)明所設及的材料是用于制造70(TCW上超超臨界燃煤發(fā)電設備的新型儀基高 溫合金焊絲。
[0003] 能源和環(huán)境問題一直是世界經(jīng)濟發(fā)展過程中的熱點和難點，同時也已經(jīng)成為當今 世界各國可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。目前，燃煤火力發(fā)電在絕大多數(shù)國家占據(jù)主導地位， 并且在今后相當長時期內不會改變。我國是煤炭生產(chǎn)和消費大國，其中燃煤火力發(fā)電占總 發(fā)電量的70%~80%左右，煤電是我國最大的溫室氣體排放源，是實現(xiàn)節(jié)能減排目標的關 鍵行業(yè)，而且我國燃煤發(fā)電效率較為低下。已有研究表明，提高火電廠的發(fā)電設備蒸汽參數(shù) 值可W有效提高發(fā)電效率，減少C〇2排放量，對節(jié)約燃煤和降低污染物SOx、NOx和C0 2等的 排放發(fā)揮了重要作用。因此許多國家都在開發(fā)更高效率超超臨界火力發(fā)電機組。
[0004] 火電發(fā)電設備參數(shù)的提高需要能在高參數(shù)服役條件下長期安全、可靠運行的材 料。運些材料在高參數(shù)下應具有足夠的高溫強度、高溫耐蝕性、長期組織穩(wěn)定性W及良好 的工藝性能。用于制造700°C超超臨界發(fā)電設備高溫段的幾種候選材料包括出aynes230， 細2984,CCA617，Nimonic263,Inconel740 及其改型合金Inconel740H等。而運些合金 均屬于儀基合金。由于儀基合金具有特殊的物理性能，如流動性差、黏性較大W及對雜質敏 感性大等，故焊接性能差，易產(chǎn)生氣孔、裂紋等。而燃煤發(fā)電設備制造過程中焊接是最為關 鍵的工序之一，同時超超臨界燃煤發(fā)電設備對焊接部位的性能要求極高。焊接部位性能取 決于焊絲材料和焊接工藝，而作為制作焊接部位的關鍵材料，必須選用合理的焊絲材料。針 對目前選定的700°C超超臨界發(fā)電設備高溫段合金材料一一Inconel740H合金，其焊接性 及焊接接頭性能滿足要求等面臨許多挑戰(zhàn)。美國專利扣S2009/0321405A1)《高強度及 耐腐蝕Ni-Co-化合金焊絲及制造方法》中介紹的儀基合金焊絲，其化學成分中含有較少的 Mo、W等固溶強化型元素W及B、Zr等晶界強化元素，該焊絲合金類型屬于時效強化型。而 采用該專利發(fā)明合金焊絲進行焊接，發(fā)現(xiàn)焊縫組織中晶界易出現(xiàn)了丫'貧化區(qū)，進而時效 強化效果降低，而又由于不存在固溶強化型元素，因而其焊接接頭性能大受影響。同時，采 用現(xiàn)有的Nimonic263、Haynes282及CCA617焊絲焊接的Inconel740H接頭組織和性能 均不能滿足70(TCW上超超臨界燃煤發(fā)電設備指標要求。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種700°CW上超超臨界燃煤發(fā)電設備用儀基合金焊絲， 成分設計合理，具有熱加工塑性好、高溫性能好W及烙敷金屬性能優(yōu)越，同時內部及表面潔 凈度高等優(yōu)點。
[0006] 本發(fā)明提供的700°Cw上超超臨界燃煤發(fā)電設備用儀基合金焊絲的化學成分為： C0. 005 ~0. 08wt%、Cr22. 0 ~25.Owt%、Co12. 0 ~22.Owt%、Ti0. 5 ~2.Owt%、A1 1.0~2.5wt%、Nb0.5~2.0wt%、Mo0.5~4.5wt%、W0.1~3.0wt%、V0.01-0.3wt%、 Zr0. 001-0. 05wt%、Mg《0. 02wt%、B0. 001-0. 006wt%、化《1. 5wt%，余量為Ni和不 可避免的雜質元素。雜質元素中S、P、Si和Mn的范圍為：S《0. 005wt%、P《0.OlOwt%、 Si0. 01-0. 3wt%和Mn《0. 5wt%。
[0007] 本發(fā)明儀基高溫合金焊絲的主要合金元素C、Cr、Co、Mo、W、Nb、Ti、Al、B、Zr、Mg、 V，Ni和不可避免的雜質元素S、P、Si、Mn等的含量控制范圍如上所述。另外，嚴格控制化、 Sn、As、Sb、Bi等痕量雜質元素的含量。
[0008] 本發(fā)明合金成分采用如下設計思路：W高溫綜合性能較好的Ni基合金為基礎，添 加化、Co等提高合金的抗腐蝕性能和高溫強度的重要元素。同時添加Al、Ti和佩元素，一 起與Ni形成T'強化相，W發(fā)揮其析出強化作用；也添加一定量的Mo和W元素，起到重要 的固溶強化作用。同時合理添加一定量的Mg元素，Mg作為一種變質劑，能有效地改變碳化 物的形態(tài)，把條狀碳化物變?yōu)轭w粒狀。另外添加一定量的V、Zr和B元素，發(fā)揮其作用，從而 改善合金的力學性能。因此，如何確定元素種類及含量是本發(fā)明的特征之一。下面將闡述 合金各元素組分范圍限定的原因。
[0009]C元素含量主要影響碳化物的形成，在晶界形成MzsCe碳化物，同時與Ti和Nb-起 形成一次碳化物MC。隨著C元素含量提高，MzsCe碳化物和MC碳化物開始析出溫度增高。當 C元素含量較低時，在晶界形成不了足夠的MzsCe碳化物。但由于MC析出溫度較高而易于析 出，因而C含量較高時，易于過多消耗Ti和佩元素。因此，將C元素含量設定在0. 005~ 0. 08wt%范圍內。
[0010] 化元素由于能在合金表面形成致密穩(wěn)定的化2〇3氧化膜，因而能顯著提高儀基合 金在鍋爐管道內部所處的高溫水蒸氣環(huán)境中的抗氧化性能和抗腐蝕性能。由于可與C元素 形成碳化物，同時也起到固溶強化作用，因而可提高合金的高溫強度。而對于本發(fā)明合金， 當其他元素含量不變，化元素含量高于25. 0%時，合金中析出a-化相，對合金的加工性能 和力學性能不利。
[0011] Co元素同樣可W提高儀基合金在高溫下的強度和抗腐蝕性能，而對于本發(fā)明合 金，當其他元素含量不變，Co元素含量高于22.Owt%時，合金中同樣析出有害相n相析出。 同時出于成本考慮，Co元素含量應限制在12. 0~22.Owt%。
[0012]Ti元素是丫'強化相的重要形成元素之一，同時也可與C元素形成MC碳化物，因 而可對提高合金強度及控制晶粒尺寸非常有利。但對于本發(fā)明合金，當其他元素含量不變， Ti元素含量超過2.Owt%時，會促進有害的n相析出，因此，Ti元素含量應控制在0. 5~ 2.Owt%范圍內。
[0013]A1元素同樣是丫 '強化相的重要形成元素之一，另外A1元素可與化元素共同作 用，使合金在高溫下形成致密堅初的化2〇3和A1 2〇3氧化膜，進而提高合金的高溫抗氧化性 能。當A1元素含量低于i.Owt%時，強化效果不明顯，同時會有有害相n相析出。而當其 含量過高時，強化效果過高不利于合金加工性能，另外也會導致有害相0相析出。因此，A1 元素含量應控制在1. 0~2. 5wt%。
[0014] 佩元素可同時起到析出強化和固溶強化作用，和A1與Ti一起與Ni形成丫 '強 化相。但是必須適量控制Nb，當Nb元素含量低于0.5wt%時，會導致有害相y相析出，含 量高于2.Owt%時，不僅會促進n相和0相的形成，也會使焊接性能變壞，易在熱影響區(qū)產(chǎn) 生液化裂紋。
[0015] Mo元素和W元素均為重要的固溶強化元素，特別是W與Mo同時加入起到復合的 固溶強化作用對提高合金高溫強度更為有利。而Mo元素對合金在燃煤環(huán)境中抗煙氣腐蝕 明顯有害，而且會促進0相形成，含