CN107755919A - 一种用于14Cr‑ODS铁基合金连接的焊接材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种用于14Cr‑ODS铁基合金连接的焊接材料及制备方法。该焊接材料各组分按重量百分比计算为，Fe 70‑90％，Cr5‑20％，W 1‑10％，Ti 0.1‑5％，Y2O3 0.1‑2.5％，稀土元素0.01‑0.5％。本发明使用金属粉末为原材料，采用特有的成分配方和加工工艺，克服了ODS合金焊接时氧化物颗粒聚集的现象，实现了14Cr‑ODS铁基合金的优质焊接；此种方法比较灵活，适合多成分、小批量焊丝的制作；可以制备出多种规格焊丝，焊丝直径从8mm‑0.8mm；使用制成的焊丝，使用钨极氩弧焊焊接3mm厚14Cr‑ODS铁基合金板材时，接头的强度不低于700MPa；制作小批量焊丝时，和传统工业大批量生产焊丝相比，生产效率提高50％以上，节约成本100％以上。

Description

一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料及制备方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料及制备方法。
背景技术
在四代反应堆以及正在研发的核聚变反应堆中，含14mass％Cr和微量Ti、W等成分的ODS合金是最具有前景的结构材料。其具有较高的强度、优良的抗氧化能、良好的高温稳定性和较好的抗中子辐照性能，能满足聚变堆苛刻的服役要求。
目前针对ODS铁基合金的研究主要集中在材料的制备工艺上，包括成分配比、球磨时间、加工工艺等。龚梦强等人研究了退火温度以及Ti、Al元素对14Cr-ODS性能的影响【《粉末冶金材料科学与工程》，2015(3):356-361】。而邱涛等人研究了14Cr-ODS合金粉球磨过程中的显微结构变化及合金化进程【《材料热处理学报》，2015，36(7):13-17】。然而，对14Cr-ODS焊接方向的研究相对较少。其中梁申勇等人研究采用TIG填充粉末的焊接方法来焊接ODS合金，并研究了Y2O3对接头组织和性能的影响【《材料科学与工艺》，2013，21(5)：20-25】。由此可知，目前上没有成熟的14Cr-ODS铁基合金焊材，以及小批量焊材的制作工艺。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料，本发明的另一目的是提供该材料的制备方法。
本发明为实现上述目的采取的技术方案是：一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料，其特征是：所述焊接材料各组分按重量百分比计算为，Fe 70-90％，Cr 5-20％，W1-10％，Ti 0.1-5％，Y2O3 0.1-2.5％，稀土元素0.01-0.5％。
所述稀土元素为Ce、La、Y和Sc中的一种或几种混合。
一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
第一步：按照焊接材料中各物质的组分重量百分比将各高纯金属粉末原材料混合，在球磨机中进行机械合金化；
第二步：将原材料混合制作成焊丝；
第三步：机械合金化完成后，将粉末装填到由0Cr13不锈钢制成的空心管中；
第四步：将空心管两头封堵，在开有不同直径半圆槽的轧辊上进行轧制；
第五步：最后把半圆槽两边的飞边去除，去掉0Cr13不锈钢管外皮，剩余的部分即为14Cr-ODS铁基合金焊接材料。
所述第一步中高纯金属原材料的纯度为99.99％。
所述第一步中球磨机的转速为500-1200r/min，球磨时间为70-100h。
所述第一步中粉末状金属原材料的直径为0.01-5μm。
所述第二步中焊丝直径为0.8-5mm。
所述第四步中挤压比为3:2-5:1。
本发明使用金属粉末为原材料，采用特有的成分配方和加工工艺，克服了ODS合金焊接时氧化物颗粒聚集的现象，实现了14Cr-ODS铁基合金的优质焊接。同时，本发明具有如下有益效果：
1)能够实现14Cr-ODS铁基合金材料的高强度连接，由于采用了机械合金化工艺，避免了焊接后焊缝氧化物的偏聚。
2)工业生产中制备合金丝时往往批量生产，不适合多成分小规模的实验。此种方法比较灵活，适合多成分、小批量焊丝的制作。
3)可以制备出多种规格焊丝，焊丝直径从8mm-0.8mm。
4)使用制成的焊丝，使用钨极氩弧焊焊接3mm厚14Cr-ODS铁基合金板材时，接头的强度不低于700MPa。
5)制作小批量焊丝时，和传统工业大批量生产焊丝相比，生产效率提高50％以上。
6)制作小批量焊丝时，和传统工业大批量生产焊丝相比，节约成本100％以上。
附图说明
图1为本发明制备方法流程图。
图2为本发明制备方法中合金粉机械合金化的示意图。
图3为本发明制备方法中粉末填装的示意图。
图4为本发明制备方法中封口轧制的示意图。
图5为本发明制备方法中轧后带壳焊丝的结构示意图。
图6为本发明制备方法中去飞边和外皮的示意图。
图7为制成的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明进一步说明，但本发明并不局限于具体实施例。
实施例1
一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料，所述焊接材料各组分按重量百分比计算为，Fe 70％，Cr 5％，W 1％，Ti 0.1％，Y2O3 0.1％，稀土元素0.01％。
所述稀土元素为Ce。
实施例2
实施例1中所述的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：按照焊接材料中各物质的组分重量百分比将各高纯金属粉末原材料混合，在球磨机中进行机械合金化；
第二步：将原材料混合制作成焊丝；
第三步：机械合金化完成后，将粉末装填到由0Cr13不锈钢制成的空心管中；
第四步：将空心管两头封堵，在开有不同直径半圆槽的轧辊上进行轧制；
第五步：最后把半圆槽两边的飞边去除，去掉0Cr13不锈钢管外皮，剩余的部分即为14Cr-ODS铁基合金焊接材料。
所述第一步中高纯金属原材料的纯度为99.99％。
所述第一步中球磨机的转速为500r/min，球磨时间为70h。
所述第一步中粉末状金属原材料的直径为0.01μm。
所述第二步中焊丝直径为0.8mm。
所述第四步中挤压比为3:2。
实施例3
一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料，所述焊接材料各组分按重量百分比计算为，Fe 80％，Cr 12.5％，W 5.5％，Ti 2.5％，Y2O3 1.3％，稀土元素0.25％。
所述稀土元素为La、Y混合。
实施例4
实施例3中所述的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，包括的步骤与实施例2中相同，不同的技术参数为：
1)所述第一步中球磨机的转速为850r/min，球磨时间为85h。
2)所述第一步中粉末状金属原材料的直径为2.5μm。
3)所述第二步中焊丝直径为2.9mm。
4)所述第四步中挤压比为3:1。
实施例5
一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料，所述焊接材料各组分按重量百分比计算为，Fe 90％，Cr 20％，W 10％，Ti 5％，Y2O3 2.5％，稀土元素0.5％。
所述稀土元素为Ce、Sc混合.
实施例6
实施例5中所述的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，包括的步骤与实施例2中相同，不同的技术参数为：
1)所述第一步中球磨机的转速为1200r/min，球磨时间为100h。
2)所述第一步中粉末状金属原材料的直径为5μm。
3)所述第二步中焊丝直径为5mm。
4)所述第四步中挤压比为5:1。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料，其特征是：所述焊接材料各组分按重量百分比计算为，Fe 70-90％，Cr 5-20％，W 1-10％，Ti 0.1-5％，Y2O3 0.1-2.5％，稀土元素0.01-0.5％。
2.根据权利要求1所述的一种用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料，其特征是：所述稀土元素为Ce、La、Y和Sc中的一种或几种混合。
3.一种根据权利要求1所述的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
第一步：按照焊接材料中各物质的组分重量百分比将各高纯金属粉末原材料混合，在球磨机中进行机械合金化；
第二步：将原材料混合制作成焊丝；
第三步：机械合金化完成后，将粉末装填到由0Cr13不锈钢制成的空心管中；
第四步：将空心管两头封堵，在开有不同直径半圆槽的轧辊上进行轧制；
第五步：最后把半圆槽两边的飞边去除，去掉0Cr13不锈钢管外皮，剩余的部分即为14Cr-ODS铁基合金焊接材料。
4.根据权利要求3所述的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，其特征是：所述第一步中高纯金属原材料的纯度为99.99％。
5.根据权利要求3所述的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，其特征是：所述第一步中球磨机的转速为500-1200r/min，球磨时间为70-100h。
6.根据权利要求3所述的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，其特征是：所述第一步中粉末状金属原材料的直径为0.01-5μm。
7.根据权利要求3所述的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，其特征是：所述第二步中焊丝直径为0.8-5mm。
8.根据权利要求3所述的用于14Cr-ODS铁基合金连接的焊接材料的制备方法，其特征是：所述第四步中挤压比为3:2-5:1。
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