CN112025137A - 一种高温耐蚀镍基焊丝及其冶炼和制备方法 - Google Patents

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赵�卓
孔见
刘庄根
计建康
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Abstract

本发明公开了一种高温耐蚀镍基焊丝及其冶炼和制备方法。以镍基合金为基础，通过成分设计，其基本化学成分为：Ni≥58.0％；Cr：28.0‑31.0％，Fe：8.0‑12.0％，C≤0.04％，Mn≤0.5％，Mo：3.0‑4.0％，Nb：0.5‑1.2％，Te：0.5‑3.0％。该焊丝成分中，除了常规合金元素外，添加了新型合金化元素碲，利用其强合金化能力，强化第二相析出，阻碍晶界滑移从而提高抗DDC能力。本发明的焊丝不仅具有高温耐磨蚀性，并且具有抗DDC的能力，可用作核电站主体设备材料的焊接材料。

Description

一种高温耐蚀镍基焊丝及其冶炼和制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，更具体地说，涉及一种高温耐蚀镍基焊丝及其冶炼和制备方法。
背景技术
镍基合金因具有优异的耐高温、耐腐蚀性能而广泛地应用于航空航天、核电、海洋采油等行业中，是制造燃气涡轮发动机、热交换器、压力容器等组件的主要成分。镍基合金在应用过程中，往往承受高温、高压的交变复杂应力作用以及强腐蚀作用，这就要求其焊接材料需同时具有高塑性、高韧性、高耐腐蚀性以及高抗疲劳性等特点。基于上述要求，国内外在镍基合金焊丝开发方面也进行了大量研究工作，开发出了较多性能优良的镍基焊丝，如FM52 焊丝、FM52M焊丝(ERNiCrFe-7A)、WHS690M等。然而，由于镍基合金焊缝金属具有较高的裂纹敏感性，目前的焊丝在焊接过程中均面临高温失塑裂纹(DDC)的问题，严重影响设备的安全可靠运行。
高温失塑裂纹(DDC)是一种发生在奥氏体镍基合金中的一种固态裂纹现象。针对DDC问题，专利CN201510609310.8公开了一种高温高强度无裂纹缺陷的核电用镍基焊丝及制备和使用方法，该焊丝的基本化学成分为：Cr：28.0-31.0％，Fe：7.0-11.0％，C≤0.04％，Mn≤1.0％， Si≤0.005％，Ti≤0.5％，Al≤0.4％，Ti+Al≤0.8％，Mo：2.0-4.0％，Nb：1.5-2.5％，S<0.005％， P<0.005％，O≤0.005％，H≤2ppm，N≤0.002％，Ca<0.005％，Mg<0.005％，Ta<0.02％，Cu<0.02％， Co<0.02％，Ni为余量。从化学成分看，该焊丝为Ni-Cr-Fe合金，加入了一定量的Mo和Nb，与新一代焊接材料FM52MSS的成分较为类似。钼和铌在镍基合金中既是固溶强化元素，又是时效强化元素，焊接金属后含铌沉积物分布在整个焊接金属的晶枝间，形成了蜿蜒的晶界，造就了联锁的晶界，这种结构在抗晶界滑动时更为有效，从而大大提高了对DDC的抗力。然而，Ni-Nb的共晶低、熔点低，会使焊接金属产生结晶裂纹，从而严重影响焊丝的使用性能。因此，DDC仍然是目前镍基焊接材料需解决的主要问题。
发明内容
1.要解决的问题
本发明针对镍基焊丝在焊接过程中易出现DDC的问题，通过合金成分调控，添加新型合金化元素，提供一种高温耐蚀抗DDC的镍基焊丝及其冶炼和制备方法。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
其一，以Ni-Cr-Fe基合金为基础，进行成分调控，并添加新型合金化元素碲，利用其强合金化能力，强化第二相析出，阻碍晶界滑移从而提高抗DDC能力。调控后的焊丝成分为： Ni≥58.0％；Cr：28.0-31.0％，Fe：8.0-12.0％，C≤0.04％，Mn≤0.5％，Mo：3.0-4.0％，Nb： 0.5-1.2％，Te：0.5-3.0％。镍基合金中除了碲之外，铬的加入主要起固溶强化作用，也是碳化物形成元素，增加铬含量可以降低合金在含氯离子和阳离子的高温水中的应力腐蚀开裂敏感性，当铬含量达到30％时合金具有良好的抗腐蚀性能。碳能在晶界上生成稳定的碳化物，提高抗应力腐蚀能力。铌在镍基合金中既是固溶强化元素，又是时效强化元素，在焊缝中能提高原子间结合力，稳定焊缝、增强焊缝金属耐晶间腐蚀。锰的加入有利于镍基耐蚀合金的抗结晶开裂性能。
其二，所述的镍基焊丝的制备方法为：合金经过感应炉熔炼得到母合金锭，然后在1150-1200℃下保温1-2.5h后进行锻造，所得方坯轧制成Φ8mm的盘条，再经过粗拉至Φ6mm盘条，最后经过冷拉拨制得Φ1mm的焊丝。
3.有益效果
相比于现有产品，本发明的有益效果为：
通过合金成分调控，提供了一种高温耐磨蚀且具有抗DDC能力的镍基焊丝，可用作核电站主体设备材料的焊接材料。
具体实施方式
本发明的一种高温耐蚀镍基焊丝及其冶炼和制备方法，该焊丝的化学成分为：Ni≥58.0％； Cr：28.0-31.0％，Fe：8.0-12.0％，C≤0.04％，Mn≤0.5％，Mo：3.0-4.0％，Nb：0.5-1.2％，Te： 0.5-3.0％。
所述焊丝的冶炼与制备：根据上述合金成分，按配比称取不同类型合金元素后混匀，利用中频感应炉进行熔炼，熔炼温度为1150-1200℃，熔炼时间为1-2.5h，得到母合金锭；母合金锭再进行锻造，制得方坯，再通过热轧的方法轧制成Φ8mm的盘条；盘条再经过粗拉至Φ6mm盘条，最后经过冷拉拨制得Φ1mm的焊丝。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例
根据上述具体实施方式，冶炼制备了三种不同成分的焊丝，分别对其化学成分进行分析，结果如表1所示。
表1三种实施例制备的焊丝化学成分分析(质量，％)
Ni Cr Fe Nb Mo Te C 其余成分
实施例1 58.05 28.82 8.44 0.61 3.23 0.66 0.022 略
实施例2 58.23 28.05 8.12 0.83 3.04 1.11 0.020 略
实施例3 58.00 28.11 8.06 0.59 3.12 2.06 0.021 略
按照国家标准GB15620-2008《镍及镍合金焊丝》，对上述三种焊丝进行了性能测试，结果如2和表3所示。
表2三种焊丝的性能测试结果
Figure RE-GDA0002755341930000031
表3三种焊丝的焊缝熔敷金属性能测试结果
Figure RE-GDA0002755341930000032
从表2和表3可以看出，实施例制备的三种焊丝，无论从焊丝本身的性能还是从焊缝熔敷金属的性能方面来看，均具有优良的焊接性能，满足核电站主体设备对焊接材料的要求。

Claims (3)

1.一种高温耐蚀镍基焊丝及其冶炼和制备方法，其特征在于：所述镍基焊丝的化学成分为：Ni≥58.0％；Cr：28.0-31.0％，Fe：8.0-12.0％，C≤0.04％，Mn≤0.5％，Mo：3.0-4.0％，Nb：0.5-1.2％，Te：0.5-3.0％。
2.一种如权利要求1所述的镍基焊丝的冶炼和制备方法，其特征在于：合金经过感应炉熔炼得到母合金锭，然后在1150-1200℃下保温1-2.5h后进行锻造，所得方坯轧制成Φ8mm的盘条，再经过粗拉至Φ6mm盘条，最后经过冷拉拨制得Φ1mm的焊丝。
3.根据权利要求2所述的镍基焊丝冶炼与制备方法，其特征在于：该焊丝焊缝熔敷金属的室温抗拉强度大于720MPa，室温冲击功大于140J。
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