CN111299906B - 一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种裂解炉用NiCrNb‑Zr焊丝及其制备方法。为了制备一种高温下力学性能优异、其盘圆丝材表面氧化皮处理不存在酸洗污染的镍合金焊丝，本发明提供一种裂解炉用NiCrNb‑Zr焊丝，以Ni、Cr、Fe为主要成分，通过合理的调节C、Nb、Zr、Ti等元素的含量和重量百分比，实现了即使无稀有金属的添加下，也使得镍铬合金焊丝的多项焊接性能达到工业可使用的标准，大大节约了生产成本，本发明所制备的焊丝其熔敷金属的高温力学性能非常优异，焊接电弧稳定，无飞溅，焊缝成形美观，本发明采用机械剥壳去除焊丝表面氧化皮，生产过程绿色环保，不存在酸洗污染，具有良好的应用前景。

Description

一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝及其制备方法。

背景技术

乙烯工业是衡量国家石油化工发展水平的重要标志。乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，裂解炉的辐射段炉管由于承受严苛的温度和腐蚀条件成为设备的关键，一旦发生失效甚至爆炸将严重影响整套装置的长周期安全运行，保证裂解炉辐射炉管的焊接质量尤为关键。

此外，现有镍合金焊丝制造过程中表面氧化皮通常采用酸洗的方式去除，但是会产生大量的废气、废液及固体废弃物，严重污染周边环境，同时焊丝表面光洁度欠佳，进而影响焊接过程送丝和电弧稳定性，例如中国发明专利CN 105108376 A公开了一种镍合金耐高温焊丝，并一步公开了其焊丝制备过程中将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后修整打磨，由此可见，开发一种高温力学性能优异，且表面氧化皮无需酸洗工艺的焊丝是一件十分有意义的事情。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何制备一种高温下力学性能优异的镍合金焊丝，其盘圆丝材表面氧化皮采用机械剥壳处理，生产过程绿色环保，不存在酸洗污染。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝，以重量百分比计，包括以下成分：

Ni 33％-36％

Cr 24％-27％

Nb 0.6％-0.8％

C 0.4％-0.6％

Si 1.0％-2.0％

Mn 1.0％-2.0％

Ti 0.05％-0.2％

Zr 0.05％-0.2％

Fe余量。

具体地，所述焊丝中原材料选自：金属镍、金属铬、金属铌、光电碳、单晶硅、电解锰、金属钛、锆硅合金、雾化铁粉。

具体地，所述焊丝中各粉末的粒径在60-100目之间

具体地，所述焊丝中Nb/C的重量比为1.5-2:1。

具体地，所述焊丝中C/Zr的重量比为3-4:1。

具体地，所述焊丝中Zr/Ti的重量比为1.7-2.5:1。

一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝的制备方法，按照以下步骤制备：

(1)合金熔炼：将原料按照配比投入真空感应炉熔炼，真空度需达到6.5×10^-2Pa以上，并浇注成电极棒；

(2)电渣重熔：采用电渣重熔设备，将步骤(1)所述电极棒的表面打磨处理后作为电极插入熔渣内重熔，停电冷却时间为5-10min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；

(3)热锻开坯：将步骤(2)所述合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内加热，升温至1180-1250℃，保温55-75min，锻造成合金坯，冷却至常温；

(4)热轧退火：将步骤(3)所述的合金坯加热至1100-1160℃，热轧成盘圆丝材，冷却至常温；

(5)机械剥壳：采用机械剥壳设备，将步骤(4)所述的盘圆丝材表面进行机械剥壳处理，去除表面氧化皮，得到光亮盘圆丝材；

(6)拉拔减径：采用现有的冷拉工艺，将步骤(5)所述的光亮盘圆丝材逐步拉拔减径，直至丝材直径为2.0-2.4mm，保证丝材表面洁净光滑，无毛刺，凹坑，划痕，锐弯，打结，油污和其他杂质等；

(7)矫直切断或精密层绕：采用矫直切断设备，将步骤(6)所述的丝材矫直切断成长度为860-1000mm的直条，或者采用精密层绕设备，将步骤(6)所述的丝材层绕到焊丝盘上。

具体地，电渣重熔时，熔渣采用CaF₂-Al₂O₃-CaO渣系，渣系中CaF₂的重量百分比为75-85％，Al₂O₃的重量百分比为12-18％，CaO的重量百分比含量为4-6％。

具体地，矫直切断后焊丝的线经允许偏差为(+0.1mm，－0.1mm)，精密层绕后焊丝的线经允许偏差为(+0.01mm，－0.04mm)，松弛直径为600-1000mm，翘距为0-15mm。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过合理的调节C、Nb、Zr、Ti等元素的含量和重量百分比，实现了即使无稀有金属的添加下，也使得镍铬合金焊丝的多项焊接性能达到工业可使用的标准，大大节约了生产成本；

(2)本发明所制备的焊丝其熔敷金属的高温力学性能非常优异，焊接电弧稳定，无飞溅，焊缝成形美观，其高温抗拉强度可达650MPa，抗高温裂解时间达到150h；

(3)本发明采用机械剥壳去除焊丝表面氧化皮，生产过程绿色环保，不存在酸洗污染。

具体实施方式

现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝的制备实施例，按照以下步骤进行：

(1)合金熔炼：将原料按照配比投入真空感应炉熔炼，真空度需达到6.5×10^-2Pa以上，并浇注成电极棒；

(2)电渣重熔：采用电渣重熔设备，将步骤(1)所述电极棒的表面打磨处理后作为电极插入熔渣内重熔，停电冷却时间为5-10min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；

(3)热锻开坯：将步骤(2)所述合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内加热，升温至1180-1250℃，保温55-75min，锻造成合金坯，冷却至常温；

(4)热轧退火：将步骤(3)所述的合金坯加热至1100-1160℃，热轧成盘圆丝材，冷却至常温；

(5)机械剥壳：采用机械剥壳设备，将步骤(4)所述的盘圆丝材表面进行机械剥壳处理，去除表面氧化皮，得到光亮盘圆丝材；

(6)拉拔减径：采用现有的冷拉工艺，将步骤(5)所述的光亮盘圆丝材逐步拉拔减径，直至丝材直径为2.0-2.4mm，保证丝材表面洁净光滑，无毛刺，凹坑，划痕，锐弯，打结，油污和其他杂质等；

(7)矫直切断或精密层绕：采用矫直切断设备，将步骤(6)所述的丝材矫直切断成长度为860-1000mm的直条，或者采用精密层绕设备，将步骤(6)所述的丝材层绕到焊丝盘上。

实施例1-5和对比例1-6均按照上述方法制备裂解炉用NiCrNb-Zr耐高温持久焊丝，具体成分见表1和表2：

表1

表2

将实施例1-5和对比例1-6所制备的焊丝进行焊接试验，焊接工艺参数如下：

焊接系统：Fronius 3000MW+ABB机器人

峰值电流：80-100A

基值电流：20-40A

焊接速度：10cm/min

送丝速度：100cm/min

保护气体：99.99％Ar

气体流量：20L/min。

焊丝性能测试：

(1)依据GB/T 228金属材料室温拉伸试验方法，测试焊接熔敷金属试板的室温抗拉强度、屈服强度和延伸率；

(2)依据GB/T 4338金属材料高温拉伸试验，在1050℃和25MPa试验条件下，测试焊接接头高温持久性能。

实施例1-5和对比例1-6按照上述焊接工艺参数进行焊接，焊丝熔敷金属的力学性能如表3所示：

表3

实施例1-5和对比例1-6所制备焊丝的焊接工艺性能测试如表4所示：

表4

表4中性能测试的评定标准如下：

(1)半自动送丝性：计算焊丝每分钟电弧熄灭次数，3次以下记为◎，3-5次记为○，5-8次记为△，8次以上记为×；

(2)机器人送丝性：计算焊丝每分钟电弧熄灭次数，2次以下记为◎，2-3次记为○，3-4次记为△，4次以上记为×；

(3)气孔个数：计算1m长焊缝表面出现的气孔数，3个以下记为◎，3-4个记为○，4-6个记为△，6个以上记为×。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝，其特征在于，以重量百分比计，包括以下成分：

Ni 33%-36%

Cr 24%-27%

Nb 0.6%-0.8%

C 0.4%-0.6%

Si 1.0%-2.0%

Mn 1.0%-2.0%

Ti 0.05%-0.2%

Zr 0.05%-0.2%

Fe余量；

所述焊丝中Zr/Ti的重量比为1.7-2.5:1；

所述焊丝中C/Zr的重量比为3-4:1。

2.根据权利要求1所述的一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝，其特征在于：所述焊丝中原材料选自：金属镍、金属铬、金属铌、光电碳、单晶硅、电解锰、金属钛、锆硅合金、雾化铁粉。

3.根据权利要求2所述的一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝，其特征在于：所述焊丝中各粉末的粒径在60-100目之间。

4.根据权利要求1所述的一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝，其特征在于：所述焊丝中Nb/C的重量比为1.5-2:1。

5.根据权利要求1所述的一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝，其特征在于，按照以下步骤制备：

（1）合金熔炼：将原料按照配比投入真空感应炉熔炼，真空度需达到6.5×10^-2Pa以上，并浇注成电极棒；

（2）电渣重熔：采用电渣重熔设备，将步骤（1）所述电极棒的表面打磨处理后作为电极插入熔渣内重熔，停电冷却时间为5-10min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；

（3）热锻开坯：将步骤（2）所述合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内加热，升温至1180-1250℃，保温55-75min，锻造成合金坯，冷却至常温；

（4）热轧退火：将步骤（3）所述的合金坯加热至1100-1160℃，热轧成盘圆丝材，冷却至常温；

（5）机械剥壳：采用机械剥壳设备，将步骤（4）所述的盘圆丝材表面进行机械剥壳处理，去除表面氧化皮，得到光亮盘圆丝材；

（6）拉拔减径：采用现有的冷拉工艺，将步骤（5）所述的光亮盘圆丝材逐步拉拔减径，直至丝材直径为2.0-2.4mm，保证丝材表面洁净光滑，无毛刺，凹坑，划痕，锐弯，打结，油污和其他杂质；

（7）矫直切断或精密层绕：采用矫直切断设备，将步骤（6）所述的丝材矫直切断成长度为860-1000mm的直条，或者采用精密层绕设备，将步骤（6）所述的丝材层绕到焊丝盘上。

6.根据权利要求5所述的一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝，其特征在于：电渣重熔时，熔渣采用CaF₂-Al₂O₃-CaO渣系，渣系中CaF₂的重量百分比为75-85%，Al₂O₃的重量百分比为12-18%，CaO的重量百分比含量为4-6%。

7.根据权利要求5所述的一种裂解炉用NiCrNb-Zr焊丝，其特征在于：矫直切断后焊丝的线经允许偏差为（＋0.1mm，－0.1mm），精密层绕后焊丝的线经允许偏差为（＋0.01mm，－0.04mm），松弛直径为600-1000mm，翘距为0-15mm。