[發(fā)明專利]一種焊縫熔敷金屬可再結(jié)晶的鎳基合金焊絲有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201610230578.5 | 申請日： | 2016-04-14 |
| 公開（公告）號： | CN105689919B | 公開（公告）日： | 2018-10-30 |
| 發(fā)明（設計）人： | 尹宏飛;谷月峰;袁勇;趙新寶;魯金濤;嚴靖博;黨瑩櫻;楊珍 | 申請（專利權(quán)）人： | 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司 |
| 主分類號： | B23K35/30 | 分類號： | B23K35/30;B23K9/167 |
| 代理公司： | 西安通大專利代理有限責任公司 61200 | 代理人： | 閔岳峰 |
| 地址： | 100031 北*** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 焊縫 金屬 再結(jié)晶 合金 焊絲 | ||
本發(fā)明屬于超超臨界電站焊接材料領(lǐng)域，具體為一種具有高塑性的固溶強化型鎳基合金焊絲，適用于超超臨界鍋爐過熱器/再熱器管的焊接，過熱器及再熱器管與鍋爐集氣聯(lián)箱(包括接管座)的焊接，其主要特征在于使用該焊絲在TIG焊(鎢極氬弧焊)焊接后，焊縫熔敷金屬在1000℃及以上焊后熱處理可發(fā)生再結(jié)晶，消除原焊縫內(nèi)的樹枝晶和柱狀晶組織；焊后焊縫區(qū)硬度為300HV，再結(jié)晶處理后硬度降為210HV；消除焊縫殘余應力和成分偏析，在組織形貌上和母材基本一致。該鎳基合金焊絲的化學成分(重量％)為，F(xiàn)e＜3％，Cr：14?18％，Al+Ti≤0.45％且Ti/Al＜0.9，Nb：1.0?1.5％，Mo：7.0?9.8％，W＜0.4％，Si≤1.0％，Mn：0.5?1.0％，C≤0.1％，B：0.003?0.005％，Zr≤0.03％，其余為Ni，其他雜質(zhì)元素總和＜0.1％。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超超臨界電站焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種焊縫熔敷金屬可再結(jié)晶的鎳基合金焊絲。
背景技術(shù)：
隨著火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展600℃及以上超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)，對我國節(jié)約能源、降低污染物和二氧化碳排放具有十分重要的戰(zhàn)略意義和實際應用價值。電站高溫材料的焊接一直是電站建設和生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，而蒸汽參數(shù)地不斷提高，所使用高溫材料的合金化程度不斷提高，奧氏體不銹鋼和鎳基合金大量使用，使得焊接技術(shù)難度亦隨之增大。
傳統(tǒng)的焊縫組織由于熔敷金屬沒有控軋和形變熱處理的機會,帶有方向性的柱狀(樹枝)晶不可能由此獲得細化；同時又由于焊縫冷卻速度快，合金元素偏析嚴重，且熔敷金屬中的Nb、V等在凝固冷卻過程中難以呈微細的碳化物、氮化物析出，故焊縫的綜合力學性能遠不及母材、且存在各向異性。隨著焊接接頭服役時間的延長，焊縫力學性能(尤其是韌性)衰減顯著，使用壽命縮短；同時由于焊接殘余應力，易發(fā)生應力腐蝕(SCC)，成為整個(焊接)部件的薄弱環(huán)節(jié)，影響電站的安全運行。
針對該類焊縫存在的問題，且國內(nèi)現(xiàn)有的焊材體系中，還未發(fā)現(xiàn)有此類鎳基合金焊絲，也未發(fā)現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)報導。對該焊接材料的焊縫熔敷金屬具有如下技術(shù)要求：焊縫熔敷金屬經(jīng)過焊后再結(jié)晶處理，原焊縫組織內(nèi)的帶有明顯方向性的柱狀(樹枝)晶全部轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，硬度由290～310HV下降到200～220HV，同時最大程度地消除成分偏析和焊接殘余應力，使焊縫組織和母材具有一致性。
固溶強化鎳基合金焊材熱穩(wěn)定性好，基體無固相相變。通過合金元素對基體的作用機制來提高材料的熱膨脹系數(shù)和塑性，從而在焊接過程中產(chǎn)生大的熱(膨脹)應力使熔敷金屬高溫下發(fā)生塑性變形；同時由于奧氏體基體良好的塑性，避免了在較大的焊接殘余應力和變形量下發(fā)生開裂。由于焊縫凝固及冷卻速度很快，焊縫熔敷金屬殘余變形量和塑性變形的畸變能存留下來，在隨后的焊后熱處理中，焊縫熔敷金屬在再結(jié)晶溫度以上發(fā)生了(靜態(tài))再結(jié)晶。
焊接熱應力引起的焊縫熔敷金屬塑性變形，超過其再結(jié)晶的臨界變形量εcr，且小于其最大塑性變形量δmax。
即，εcr<ε焊縫<δmax
Mn、B元素的添加減弱了合金的因瓦特性，會增大合金的熱膨脹系數(shù)。Ti和Al均為有序結(jié)構(gòu)的強化相′(Ni3(Al,Ti))的形成元素，作為固溶強化的合金焊材，應盡量降低Ti和Al元素的含量，可避免焊后熱處理再熱裂紋的產(chǎn)生；同時要控制Ti/Al比，Ti/Al比過高時會降低高溫時的組織穩(wěn)定性，發(fā)生脆性η(Ni3Ti)相轉(zhuǎn)變，降低合金的高溫塑性。嚴格控制W和Zr元素含量，以避免焊接性發(fā)生劣化。
此外，稀土元素會降低鎳基合金液態(tài)的流動性，增大焊縫結(jié)晶裂紋敏感性，故焊絲化學成分中不含稀土元素。
發(fā)明內(nèi)容：
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