CN101486134A - 一种gh4169高温合金管材专用焊材 - Google Patents

Abstract

一种GH4169高温合金管材专用焊材，其特征在于所述的GH4169高温合金管材专用焊材化学组成为，重量百分比：Mo 3.0～3.31；Al 0.45～0.65；Ti 0.8～1.2；Nb 5.0～5.7；Mn 0.35～0.65；C 0.02～0.03；Ni 50～55；余量为铁及杂质。本发明提供的GH4169高温合金管材专用焊材，施焊后的焊接接头经过固熔、时效热处理，可以在保证焊接接头强度、硬度的同时，使焊接接头具有≥18％的延伸率。

Description

一种GH4169高温合金管材专用焊材

技术领域

本发明涉及高温合金高温焊材的制备技术，特别提供了一种GH4169高温合金管材专用焊材，具体提供了一种GH4169高温合金管材专用焊管。

背景技术

GH4169高温合金管材许多情况下需要进行管—管焊接，一直以来没有能够开发相匹配的专用焊接材料，在实际生产过程中发现，焊接接头性能并不能满足设计指标要求，尤其是δ5％远低于管材母材的性能指标值。因此开发出GH4169高温合金专用焊接材料，即一种能够具有良好焊接性能的专用管材焊接件，显得尤为迫切和必要。本发明从研究焊接材料成分配比、冶炼工艺等影响焊接接头性能的根本因素出发，并探索出铸锭轧制、精密管材的合适加工工艺和热处理制度，完成了焊接工艺性能、焊缝力学性能试验，直到最后获得与母材性能指标要求一致的焊接接头，从而研制成功一种GH4169高温合金管材专用焊接材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种GH4169高温合金管材专用焊材。

本发明提供一种GH4169高温合金管材专用焊材，所述的GH4169高温合金管材专用焊材化学组成为，重量百分比：

Mo       3.0～3.31；

Al       0.45～0.65；

Ti       0.8～1.2；

Nb           5.0～5.7；

Mn           0.35～0.65；

C            0.02～0.03；

Ni           50～55；

余量为铁及杂质。

本发明提供的GH4169高温合金管材专用焊材，所述的杂质中包括Si、S、P、B、Co，其中Si≤0.0080，S≤0.0050，P≤0.0050，B≤0.002，Co≤0.002。

本发明提供的GH4169高温合金管材专用焊材的焊后热处理工艺，焊接接头依次经过固溶处理、时效处理，具体为：

固溶处理：990℃～1200℃保温20～40min，优选1030±10℃保温30min，水冷；

时效处理：700℃～750℃保温8～12h，优选720±10℃保温10h，空冷。

本发明提供的GH4169高温合金管材专用焊材，施焊后的焊接接头经过固溶、时效热处理，可以在保证焊接接头强度、硬度的同时，使焊接接头具有≥18％的延伸率。

附图说明

图1为热处理后的焊接接头金相照片

图2为焊接接头的晶间腐蚀实验结果照片

图3为焊接接头热影响的金相组织照片

图4为焊缝接头的焊缝区的金相组织照片

图5为热处理工艺处理后部分焊接接头的拉伸试样照片，(1)为断裂位置，试样(a)为拉伸前的试样，试样(b)、(c)为拉伸断裂后的试样，可以看出断裂位置在母材上。

具体实施方式

一、材料熔炼

1、打结坩埚：在成型MgO坩埚底部垫付100mm左右的镁砂，在周围填充镁砂并用风镐、铁钎夯实，再用水玻璃和镁砂细粉打结坩埚口，把浇道口固定；

2、烘烤坩埚：在打结好的坩埚内放入一定量的纯铁，用小功率烘烤1～2小时；

3、将称量并复检过的Ni、Fe、Mo、Cr、Nb、C等原材料放入打结并烘烤好的MgO埚中，把Al、Ti放入料斗中，然后抽真空，功率按冶炼工艺送电加热至坩埚中原料全部熔化；

4、钢液熔清后，精炼1/4小时；

5、停电并向炉内充入一定量的氩气，重新送电并调整加热功率使钢液温度保持在熔点附近，加入合金料(Al、Ti)，并加入一定量Mg-Ca合金脱氧、硫、磷；

6、调整钢液温度在熔点附近，带电加热匀速浇铸。

二、热处理、锻造

把浇注出的铸锭进行均匀化热处理：1190℃×20h，空冷，消除浇注过程中产生的δ相和Nb等元素的偏析。把钢锭重新加热，开锻温度1120℃，终锻温度：930～950℃。锻造尺寸为φ65mm×200mm。

三、管坯加工

首先把锻造后棒材进行退火热处理，温度为1020～1040℃，保温时按不少于30分钟。棒材外表面进行机加工扒皮，内孔钻孔，得到Φ60±0.25mm×12.5±0.25mm的管坯。

四、管材加工

管材冷加工在冷轧管机上进行，最大累积变形量45％，中间保护气氛热处理的温度为1020～1040℃，保温时30分钟。成品管材的公差控制为 $\mathrm{\Φ}13.98\±0.06\mathrm{mm}\×0.6\±0.02\mathrm{mm}/\mathrm{\Φ}{12.77}_{-0.01}^{+0.03}\mathrm{mm}$ ，加工成焊材需裁为每段长度2mm。

五、施焊

把待焊的两段工程上普遍使用的GH4169管材母材端头(尺寸为Φ12.7mm×1.27mm)进行机加工倒角，然后把一段GH4169焊材“戒指环”套入其中一段管材的一端，采用能够自动旋转的夹具把两段管材端头对齐，预留间隙1.8mm，把“戒指环”套入两段管材端头间隙，采用自动钨极氩弧焊方法进行施焊，获得焊接接头进行性能测试。焊接工艺参数如下：焊接电流为50～70A，焊接电压为12V，保护气体为氩气，保护气体流量为10L～20/min。所有试样在焊接完成后采用机加工方法车削去掉焊缝余高，使焊缝与母材原始平面齐平，并采用金相砂纸抛光焊缝表面，使焊接接头的表面光洁度达到

。

六、焊后热处理

焊接时相对于GH4169管材母材来说，焊材“戒指环”的长度非常小，焊接时熔化“戒指环”所输入的能量有限，焊接时冷速非常快，大量的Laves相和Nb的偏聚来不及完成，因此不需要进行扩散退火处理，以避免由于扩散退火处理使晶粒迅速长大，造成焊接接头的强度反而下降。实验结果证明亦是如此，图1为热处理后的金相照片，晶粒度达到了1～2级。表1为经过扩散退火+固溶、时效热处理后的焊接接头的力学性能，可以看出由于晶粒的长大其强度、塑性值较低，与GH4169管材母材的力学性能值比较还有一定差距。

表1 扩散退火+固溶、时效热处理后的焊接接头的力学性能

为了充分析出Nb(Ti)C、γ′、γ″相对γ基体进行强化，把焊接接头进行固溶处理1030±10℃，保温30分钟，水冷，时效处理720±10℃，保温10小时，空冷。

根据GB2653-89《焊接接头弯曲及压扁试验方法》，进行GH4169焊接接头压扁试验，以检验接头有无缺陷。试验时，含焊接接头的30mm长管材，试样的焊缝余高用机械方法去除，使与母材原始表面齐平。用液压机压扁至原管材母材外径的70％，即8.9mm，肉眼观察无任何裂纹。

根据GB/T15260-94《镍基合金晶间腐蚀试验方法》进行焊接接头晶间腐蚀试验。焊接接头的晶间腐蚀试验在金相试样上进行，试样受试表面应在金相预磨机和抛光机上加工成光滑平面，为了准确地选择测定位置，用腐蚀剂轻蚀其接头，使接头各区域显示清晰。采用GB/T15260-94标准中的方法B：100g硫酸铜+700ml蒸馏水+100ml硫酸，煮沸16小时后取出进行金相观察确定晶间腐蚀是否存在。在100×显微镜下观察，结果如图2所示，晶间腐蚀试验样品的晶界没有变宽，说明无晶间腐蚀倾向。

实施例1

GH4169高温合金管材专用焊材的成分为，钼Mo：3.10，铝Al：0.53，钛Ti：1.15，铌Nb：5.02，硅Si：0.0045，硫S：0.0012，磷P：0.0035，锰 0.38，碳 0.011，硼B 0.0014，钴Co 0.0003，镍Ni 52.8，铁Fe余。

冶炼完成的铸锭经过热加工、冷轧至成品管材并退火后进行焊接，测试焊接接头室温力学性能及硬度，如表2：

实施例2

GH4169焊丝的成分为，钼Mo：3.12，铝Al：0.57，钛Ti：1.19，铌Nb：5.52，硅Si：0.0041，硫S：0.0010，磷P：0.0035，锰 0.40，碳 0.021，硼B 0.0015，钴Co 0.0005，镍Ni 52.3，铁Fe余。

冶炼完成的铸锭经过热加工、冷轧至成品管材并退火后进行焊接，测试焊接接头室温力学性能及硬度，如表2：

表2 GH4169高温合金管材专用焊材焊接接头性能

实施例3

GH4169焊丝的成分为，钼Mo：3.18，铝Al：0.51，钛Ti：1.09，铌Nb：5.60，硅Si：0.0044，硫S：0.0011，磷P：0.0037，锰 0.45，碳 0.021，硼B 0.0014，钴Co 0.0003，镍Ni 52.7，铁Fe余。

冶炼完成的铸锭经过热加工、冷轧至成品管材并退火后进行焊接，测试焊接接头室温力学性能及硬度，如表3：

实施例4

GH4169焊丝的成分为，钼Mo：3.08，铝Al：0.53，钛Ti：1.12，铌Nb：4.69，硅Si：0.0041，硫S：0.0008，磷P：0.0031，锰 0.41，碳 0.0015，硼B 0.0010，钴Co 0.0007，镍Ni 52.3，铁Fe余。

冶炼完成的铸锭经过热加工、冷轧至成品管材并退火后进行焊接，测试焊接接头室温力学性能及硬度，如表3：

表3 GH4169高温合金管材专用焊材焊接接头性能

从表2、3中可以看出，无论是焊接接头的屈服强度、断裂强度及硬度全部超过了GH4169管材母材的强度，而且延伸率也远超过了管材母材，说明采用本发明的GH4169管材专用焊材，可以使焊接接头具有高强度、高韧性，解决了GH4169管材焊接焊接后塑性低的难题。同时，从室温拉伸试样的断裂位置(如图5所示)以及焊缝的金相组织(如图3、4所示)来判断，焊接接头的焊缝及热影响区无气泡、夹杂、裂纹等常见的焊接缺陷，因此焊缝及热影响区的强度超过了GH4169母材管材的强度。从焊接接头的压扁试验可知，焊接接头具有良好的工艺性能，同时具有很好的抗晶间腐蚀性能。

Claims (4)

1、一种GH4169高温合金管材专用焊材，其特征在于所述的GH4169高温合金管材专用焊材化学组成为，重量百分比：

Mo       3.0～3.31；

Al       0.45～0.65；

Ti       0.8～1.2；

Nb       5.0～5.7；

Mn       0.35～0.65；

C        0.02～0.03；

Ni       50～55；

余量为铁及杂质。

2、如权利要求1所述的GH4169高温合金管材专用焊材，其特征在于所述的杂质中包括Si、S、P、B、Co，其中Si≤0.0080，S≤0.0050，P≤0.0050，B≤0.002，Co≤0.002。

3、一种权利要求1所述的GH4169高温合金管材专用焊材的焊后热处理工艺，其特征在于：焊接接头依次经过固溶处理、时效处理，具体为：

固溶处理：1000℃～1050℃保温20～40min，水冷；

时效处理：700℃～750℃保温8～12h，空冷。

4、如权利要求3所述的GH4169高温合金管材专用焊材的焊后热处理工艺，其特征在于：焊接接头依次经过固溶处理、时效处理，具体为：

固溶处理：1030±10℃保温30min，水冷；

时效处理：720±10℃保温10h，空冷。

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