CN110977245B - 一种球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法，包括以下质量百分比的化学组分：C为0.01％、Si≤0.3％、Mn≤0.5％、P≤0.015％、S≤0.01％、Al≤0.2％、Ti≤0.3％、Cr为21.5‑22.2％、Fe≤0.3％、Mo为8.5‑9％、Nb+Ta为3.5‑3.8％、余量为Ni。本发明对合金成分中的元素种类和含量进行了严格的控制，便于将合金加工成较细的焊丝，并且元素的配比控制有助于降低焊接时的热裂纹出现；采用真空冶炼+电渣双联的冶炼工艺，并且真空冶炼过程中采用高温瞬时精炼和低温长时精炼结合的精炼方法，可以进一步提高纯净度和脱气效果，使得合金锭的质量和性能得到改进，增强塑性和冲击韧性。

Description

一种球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法

技术领域

本发明涉及合金焊丝，尤其涉及一种球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法。

背景技术

inconel625合金(UNS6625)是一种以镍为主要成分的奥氏体超耐热合金，具有广泛抗氧化和耐腐蚀的优良特性，这种材料具有高度成型性，较许多以镍为主的合金更易焊接。即使在被焊接的条件下，该合金仍然具有抗晶间腐蚀的能力，可以被用于做球阀堆焊。

镍基合金INCOWEL625在焊接时具有较高的热裂纹敏感性。热裂纹发生在高温状态，常温下不再扩展，主要原因是由于硫、铅、磷或低熔点金属混入，形成晶间薄膜引起高温下严重脆化而引起的，特别是硫、磷共晶物熔点比镍铁低很多，在焊缝结晶时低熔点共晶物的液态膜残留在晶界区。另外焊接热输入大，使焊缝接头过热产生粗大晶粒。在粗大的柱状晶粒边界上集中了一些低熔点共晶体(熔点1435℃)，共晶体处于晶粒边界，它们的强度低、脆性大，在较高焊接残余应力的作用下很容易形成热裂纹。焊接时还需避免的另一缺陷是气孔，镍合金熔池稠，流动性差，在焊接快速冷却时，极易产生气孔，氧气、氢气、氮气、二氧化碳、一氧化碳气体在熔化的液态镍基合金中溶解度极大，而在固态下溶解度大大减小，镍基合金焊接过程从高温变冷时，气体在熔敷金属中的溶解度也随之下降。游离出来的气体在流动性差的液态镍中不能在焊缝凝固前完全溢出而形成气孔，气孔的部位往往在熔合线附近。目前的镍基合金的可焊性不是很好，不能够很好地解决上述热裂纹问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝，包括以下质量百分比的化学组分：C为0.01％、Si≤0.3％、Mn≤0.5％、P≤0.015％、S≤0.01％、Al≤0.2％、Ti≤0.3％、Cr为21.5-22.2％、Fe≤0.3％、Mo为8.5-9％、Nb+Ta为3.5-3.8％、余量为Ni。

优选地，包括以下质量百分比的化学组分：C为0.01％、Si≤0.3％、Mn≤0.5％、P≤0.015％、S≤0.01％、Al为0.1％、Ti为0.2％、Cr为22.0％、Fe为0.2％、Mo为8.8％、Nb+Ta为3.8％、余量为Ni。

一种如上文所述的任一项所述的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备符合质量标准的金属材料，表面磨光处理，烘烤后使用；

步骤2、真空冶炼，真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度≤5Pa，精炼期真空度≤3Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提合金液温度到1580℃，高温瞬时精炼时间1-2min，后降合金液温度到1460℃，即刚结膜冲膜状态，低温长时精炼时间≥25min，精炼温度1480℃，全过程充氩气或不充氩气，出钢温度1480℃，浇注38Kg电极，浇注后期补缩充分；

步骤3、电渣重熔；

步骤4、锻造，锻造加热温度1140-1180℃，加热过程升温速率≤300℃/h，保温≥40分钟，锻造规格45mm*45mm，锻后空冷，方棒100％探伤检查，表面修磨去除缺陷；

步骤5、热轧，加热制度1160℃-1180℃，保温40分钟轧制为规格Φ8.0mm盘条或Φ10mm盘条；

步骤6、对盘条进行固溶处理，固溶退火温度980-1040℃，并将盘条生产至Φ1.50mm氢退软丝；

步骤7、清洗干燥表面应光滑，无油污、毛刺、划痕、锈斑、氧化皮、麻点、裂纹、积灰的缺陷，清洗光洁层绕上盘。

优选地，步骤2中真空冶炼时，真空炉内采用小块镍板加入底部，底碳配入质量百分比为0.015％，Mo、Nb、Cr放在坩埚中上部，上部用镍板覆盖。

优选地，步骤2的精炼结束后，加入Al和Ti，用以停电结膜时进行脱氧。

优选地，步骤4中，锻造时先轻锻倒圆然后回炉加热1160℃，保温20min后再次进行锻造。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

C的质量百分比只有0.01％，避免在焊接的高温下与氧反应产生较多的CO，导致焊接过程中形成气泡并产生裂纹。同时含有少量的Mn、Ti、Al等元素，可以起到脱氧的作用，进一步减少气泡的产生。将S的质量百分比控制在小于0.01％，以避免焊缝和焊接接头中因为Ni与S作用而产生脆性造成焊接处裂纹的出现。Nb元素和Ta元素与Ni形成中间化合物强化相，细化晶粒，提高焊丝的高温强度、耐蚀性。

本发明的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝是ERNiCrMo-3焊丝，对合金成分中的元素种类和含量进行了严格的控制，有利于提高材质的塑性，便于将合金加工成较细的焊丝，并且元素的配比控制有助于降低焊接时的热裂纹出现；采用真空冶炼+电渣双联的冶炼工艺，并且真空冶炼过程中采用高温瞬时精炼和低温长时精炼结合的精炼方法，可以进一步提高纯净度和脱气效果，使得合金锭的质量和性能得到改进，增强塑性和冲击韧性，从而提高了将合金锭加工成较细焊丝的成材率，并且通过控制锻造和让热处理的温度得到合适的金相组织。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明提供了一种球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝，包括以下质量百分比的化学组分：C为0.01％、Si≤0.3％、Mn≤0.5％、P≤0.015％、S≤0.01％、Al≤0.2％、Ti≤0.3％、Cr为21.5-22.2％、Fe≤0.3％、Mo为8.5-9％、Nb+Ta为3.5-3.8％、余量为Ni。

在一实施例中，本发明的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝包括以下质量百分比的化学组分：C为0.01％、Si≤0.3％、Mn≤0.5％、P≤0.015％、S≤0.01％、Al为0.1％、Ti为0.2％、Cr为22.0％、Fe为0.2％、Mo为8.8％、Nb+Ta为3.8％、余量为Ni。

本发明的ERNiCrMo-3焊丝中各化学元素的性能如下：

C元素：C与Nb、Ta元素形成碳化物弥散分布在晶体内起强化作用。

Si元素：Si在高温氧化后在焊缝的表面形成SiO2氧化膜，可以防止氧渗入，提高焊缝在高温时的抗氧化性，同时还是良好的脱氧剂，并可以增加熔渣和熔化金属的流动性。

Mn元素：奥氏体形成元素，少量Mn与S形成MnS能够降低热脆。

P元素：提高合金的高温持久强度。

Al元素：在Ni-Cr系合金中Al能与Ni形成Ni3Al相，是提高抗氧化性的重要因素，并能提高合金高温强度和高温持久强度。

Ti元素：能够促进Ni3Al形成和形成Ni3(Al，Ti)，提高γ’相强化程度。

Cr元素：高温抗氧化性能和耐蚀能力的关键元素，在高温形成的保护氧化膜主要由Cr2O3组成，以Cr2O3为主的氧化膜较致密，附着性也较强，可以保证合金在高温下长期使用。

Fe元素：固溶强化元素，与Ni形成固溶体。

Mo元素：细化钢的晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。

Nb、Ta元素：与Ni形成中间化合物强化相，具有较高的高温强度、耐蚀性。

C的质量百分比只有0.01％，避免在焊接的高温下与氧反应产生较多的CO，导致焊接过程中形成气泡并产生裂纹。同时含有少量的Mn、Ti、Al等元素，可以起到脱氧的作用，进一步减少气泡的产生。将S的质量百分比控制在小于0.01％，以避免焊缝和焊接接头中因为Ni与S作用而产生脆性造成焊接处裂纹的出现。Nb元素和Ta元素与Ni形成中间化合物强化相，细化晶粒，提高焊丝的高温强度、耐蚀性。

焊丝规格Φ1.2mm，误差在-0.03至0mm的范围内，焊丝的熔点可以达到1350℃，抗拉强度可以达到1200-1500MPa，屈服强度可以达到870MPa，延伸率可以达到28％。

一种如上文所述的任一项所述的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备符合质量标准的金属材料，表面磨光处理，烘烤后使用；

步骤2、真空冶炼，真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度≤5Pa，精炼加Ni-Mg0.05％，精炼期真空度≤3Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提合金液温度到1580℃，高温瞬时精炼时间1-2min，后降合金液温度到1460℃，即刚结膜冲膜状态，低温长时精炼时间≥25min，精炼温度1480℃，全过程可以充氩气或不充氩气，出合金液温度1480℃，浇注38Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出模标识；

步骤3、电渣重熔，使用的渣系工艺配方和电渣工艺与625合金的相同；

步骤4、锻造，锻造加热温度1140-1180℃，加热过程升温速率≤300℃/h，保温≥40分钟，锻造规格45mm*45mm，锻后空冷，方棒100％探伤检查，表面修磨去除缺陷；

步骤5、热轧，加热制度1160℃-1180℃，保温40分钟轧制为规格Φ8.0mm盘条或Φ10mm盘条；

步骤6、对盘条进行固溶处理，固溶退火温度980-1040℃，并将盘条生产至Φ1.50mm氢退软丝；

步骤7、清洗干燥表面应光滑，无油污、毛刺、划痕、锈斑、氧化皮、麻点、裂纹、积灰的缺陷，清洗光洁层绕上盘。

优选地，步骤2中真空冶炼时，真空炉内采用小块镍板加入底部，底碳配入质量百分比为0.015％，Mo、Nb、Cr放在坩埚中上部，上部用镍板覆盖。

优选地，步骤2的精炼结束后，加入Al和Ti，用以停电结膜时进行脱氧。

优选地，步骤4中，锻造时先轻锻倒圆然后回炉加热1160℃，保温20min后再次进行锻造。

由上所述，本发明的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝是ERNiCrMo-3焊丝，对合金成分中的元素种类和含量进行了严格的控制，有利于提高材质的塑性，便于将合金加工成较细的焊丝，并且元素的配比控制有助于降低焊接时的热裂纹出现；采用真空冶炼+电渣双联的冶炼工艺，并且真空冶炼过程中采用高温瞬时精炼和低温长时精炼结合的精炼方法，可以进一步提高纯净度和脱气效果，使得合金锭的质量和性能得到改进，增强塑性和冲击韧性，从而提高了将合金锭加工成较细焊丝的成材率，并且通过控制锻造和让热处理的温度得到合适的金相组织。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法，其特征在于，球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝包括以下质量百分比的化学组分：C为0.01％、Si≤0.3％、Mn≤0.5％、P≤0.015％、S≤0.01％、Al≤0.2％、Ti≤0.3％、Cr为21.5-22.2％、Fe≤0.3％、Mo为8.5-9％、Nb+Ta为3.5-3.8％、余量为Ni，工艺制备方法包括以下步骤：

步骤1、准备符合质量标准的金属材料，表面磨光处理，烘烤后使用；

步骤2、真空冶炼，真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度≤5Pa,精炼期真空度≤3Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提合金液温度到1580℃，高温瞬时精炼时间1-2min，后降合金液温度到1460℃，即刚结膜冲膜状态，低温长时精炼时间≥25min，精炼温度1480℃，全过程充氩气或不充氩气，合金液温度1480℃，浇注38Kg电极，浇注后期补缩充分；

步骤3、电渣重熔；

步骤4、锻造，锻造加热温度1140-1180℃，加热过程升温速率≤300℃/h，保温≥40分钟，锻造规格45mm*45mm，锻后空冷，方棒100％探伤检查，表面修磨去除缺陷；

步骤5、热轧，加热制度1160℃-1180℃，保温40分钟轧制为规格Φ8.0mm盘条或Φ10mm盘条；

步骤6、对盘条进行固溶处理，固溶退火温度980-1040℃，并将盘条生产至Φ1.50mm氢退软丝；

步骤7、清洗干燥表面应光滑，无油污、毛刺、划痕、锈斑、氧化皮、麻点、裂纹、积灰的缺陷，清洗光洁层绕上盘。

2.如权利要求1所述的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法，其特征在于，所述球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝包括以下质量百分比的化学组分：C为0.01％、Si≤0.3％、Mn≤0.5％、P≤0.015％、S≤0.01％、Al为0.1％、Ti为0.2％、Cr为22.0％、Fe为0.2％、Mo为8.8％、Nb+Ta为3.8％、余量为Ni。

3.如权利要求1所述的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法，其特征在于，所述焊丝的氧和氮的质量百分比分别为O≤0.01％、N≤0.01％。

4.如权利要求1所述的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法，其特征在于：步骤2中真空冶炼时，真空炉内采用小块镍板加入底部，底碳配入质量百分比为0.015％，Mo、Nb、Cr放在坩埚中上部，上部用镍板覆盖。

5.如权利要求1所述的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法，其特征在于：步骤2的精炼结束后，加入Al和Ti，用以停电结膜时进行脱氧。

6.如权利要求1所述的球阀堆焊用镍铬钼合金焊丝的工艺制备方法，其特征在于：步骤4中，锻造时先轻锻倒圆然后回炉加热1160℃，保温20min后再次进行锻造。