一种铁基高温合金焊丝的制作方法

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种ni-cr-fe系沉淀强化铁基高温合金焊丝。

背景技术：

由于焊接接头(焊缝)处是电站关键高温部件的薄弱环节，故在焊接时通常选用比母材高一等级的焊接填充材料以保证焊接质量。高温合金焊丝以其优异的高温综合性能，广泛应用于电站耐热钢的焊接(包括异种焊)。目前，650℃级的超超临界火电机组的候选超级奥氏体耐热钢(如hr6w钢，sanicro25钢等)的焊接通常选用高等级的镍基高温合金焊丝(如awsernicrcomo-1，ernicr-3等)作为焊接填充材料，这样不但焊接成本高，且造成性能相对过剩。

铁基高温合金材料介于超级奥氏体耐热钢和镍基高温合金之间，在650～700℃的综合性能与镍基高温合金相当，但成本相对于镍基高温合金大幅减低，与超级奥氏体耐热钢接近。高性价比使得铁基高温合金材料成为焊接超级奥氏体耐热钢理想的填充材料。随着650℃超超临界发电技术的推进，促进了超级奥氏体耐热钢在这一领域的大量应用，因此亟需匹配相应的焊丝作为超级奥氏体耐热钢同种焊和异种焊的填充材料。

以往的研究表明，在高温合金焊丝中提高fe元素含量(fe/ni比例)可以带来成本的大幅降低，但会劣化高温组织稳定性，易析出有害相(如σ相，а-cr相等)。因而，要尽可能的降低合金元素的含量，同时亦可使焊丝过渡到熔池的凝固过程中避免因合金元素偏析而形成的一次有害相。目前，为满足650℃超超临界发电领域超级奥氏体耐热钢的焊接需求，研发出具有低成本、高性能的焊丝仍是一项十分艰巨的工作。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的镍基高温合金焊丝存在价格昂贵等缺点，提出了一种成分设计合理、性价比高的铁基高温合金焊丝。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种铁基高温合金焊丝，该焊丝按重量百分比由以下成分制备而成：ni≤39％，cr：16.5-17.5％，al：1.4-1.5％，ti：1.6-1.7％，nb：0.1-0.3％，mo：0.5-0.8％，w：0.3-0.4％，si≤0.05％，mn≤0.3，cu≤0.05，c≤0.05％，b≤0.002％，其余为fe。

本发明进一步的改进在于，其特征在于，fe/ni＞1。

本发明进一步的改进在于，该焊丝形成的焊缝熔敷金属为双相结构，基体是无序面心结构的奥氏体γ，奥氏体中弥散分布着有序结构的强化相γ′(ni3(al,ti))。

本发明进一步的改进在于，该焊丝在650～700℃时的屈服强度大于500mpa。

本发明进一步的改进在于，该焊丝用于超级奥氏体耐热钢的同种和异种焊接，其中超级奥氏体耐热钢中按质量分数cr≥21％，质量分数ni≥23％。

本发明进一步的改进在于，该焊丝为规格φ1.2～2.4mm的实心光焊丝，采用手工或自动填丝钨极惰性气体焊，层间温度不高于100℃，焊后热处理为740-770℃/4-8小时/空冷。

本发明具有如下有益的技术效果：

1、本发明焊丝不含有贵金属元素co，ni元素含量较低，w和mo元素的含量很低；

2、本发明焊丝中fe/ni＞1进一步控制成本；

3、本发明焊丝采用高温合金的强化机理，利用ti和al元素在奥氏体基体中形成弥散分布的有序强化相γ′(ni3(al,ti))相来提高焊缝的高温强度。

4、本发明焊丝不需要特殊工艺进行生产。

5、采用本发明的低热膨胀性镍基焊丝焊接成型的焊缝焊后经过740-770℃/4-8小时/空冷的热处理后为双相结构：基体是无序面心结构的奥氏体(γ)，奥氏体中弥散分布着有序结构的γ′(ni3(al,ti))相，γ′相的体积分数为15％左右，尺寸为40～80nm；在650～700℃时焊丝的屈服强度大于500mpa。

6、本发明的铁基高温合金焊丝适用于650℃超超临界燃煤发电锅炉高温关键部件用超级奥氏体耐热钢(质量分数cr≥21％，质量分数ni≥23％)焊接的填充材料，如过热器、再热器、集箱的焊接接头等。

附图说明

图1为采用该焊丝焊接的hr6w钢锅炉管的金相图片。

图2为采用该焊丝焊接的hr6w钢焊缝中的γ′相sem图片。

图3为采用该焊丝焊接的sanicro25钢锅炉管的金相图片。

图4为采用该焊丝焊接的sanicro25钢焊缝中的γ′相sem图片。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

参见表1和图1～2，使用该焊丝(表1中fm-1成分)采用手工tig焊，对hr6w钢锅炉管进行焊接，焊后进行750℃/5h热处理，无焊接裂纹等缺陷产生，焊缝内γ′相平均尺寸65nm。

实施例2：

参见表1和图3～4，使用该焊丝(表1中fm-2成分)采用手工tig焊，对sanicro25钢锅炉管进行焊接，焊后进行765℃/4h热处理，无焊接裂纹等缺陷产生，焊缝内γ′相平均尺寸为60nm。

表1实施例焊丝及母材实测化学成分

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种铁基高温合金焊丝，属于焊接材料领域，该焊丝按重量百分比由以下成分制备而成：Ni≤39％，Cr：16.5‑17.5％，Al：1.4‑1.5％，Ti：1.6‑1.7％，Nb：0.1‑0.3％，Mo：0.5‑0.8％，W：0.3‑0.4％，Si≤0.05％，Mn≤0.3，Cu≤0.05，C≤0.05％，B≤0.002％，其余为Fe。本发明适用于650℃级超超临界电站高温部件焊接本发明合金形成的焊缝区基体是无序面心结构的奥氏体γ相，沉淀强化相为γ′(Ni3(Al,Ti))相，晶间分布着碳化物相。在不影响合金结构稳定性和高温强度的基础上，增加铁元素含量，且不添加稀土元素以降低成本。与现有技术比较，具有较低的成本、优异的高温强度，可广泛用于高温、高压、超超临界水蒸汽条件下超级奥氏体耐热钢部件的同种和异种焊，可代替现有镍基高温合金焊丝。

技术研发人员：尹宏飞;袁勇;鲁金涛;党莹樱;杨珍;谷月峰;严靖博
受保护的技术使用者：华能国际电力股份有限公司;西安热工研究院有限公司
技术研发日：2019.08.20
技术公布日：2019.11.05