CN112605558A - 00Cr19Ni14Si5焊丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种00Cr19Ni14Si5焊丝及其制备方法，所述焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：C为≤0.02%，Si为4.6~5.6%，Mn为1.5~2.3%，P为≤0.02%，S为≤0.01%，Cr为18.5~19.5%，Ni为13.0~14.0%，Cu为1.5~2.25%，Mo为≤0.1%，其他杂质元素总含量为≤0.5%，余量为Fe。本发明制备出来的焊丝具有优良的强度、塑性和抗氧化性能，且显著优于同类标准焊接材料的性能。

Description

00Cr19Ni14Si5焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金焊丝，尤其涉及一种00Cr19Ni14Si5焊丝及其制备方法。

背景技术

石油、化工领域会使用大量的管道，比如电解管、化工液体流体管等，焊接是即为这些管道连接(钢结构制造)的一种主要方式，占有相当高的比例，焊丝就是管道焊接的关键材料。对于这些应用领域，焊丝具有什么样的性能，直接关系到整个焊接结构的综合性能和安全，所以除了焊接性能，焊丝的力学强度、耐高温性能、抗蠕变性能以及耐腐蚀性能要求非常高。但是在实际生产过程中发现，现有工艺生产出的焊丝往往不能满足设计指标要求。所以，有必要对现有的合金焊丝通过优化成分搭配和合金元素作用，并通过合理的生产工艺和热处理制度提高其焊接性能并能满足石油、化工领域的焊接需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种对合金成分、制造工艺进行优化，可以满足石油、化工领域的焊接需求的00Cr19Ni14Si5焊丝及其制备方法。

为达上述目的，本发明的提供一种00Cr19Ni14Si5焊丝，所述焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：C为≤0.02％，Si为4.6～5.6％，Mn为1.5～2.3％，P为≤0.02％，S为≤0.01％，Cr为18.5～19.5％，Ni为13.0～14.0％，Cu为1.5～2.25％，Mo为≤0.1％，其他杂质元素总含量为≤0.5％，余量为Fe。

优选地，所述焊丝应用于石油化工行业装备。

优选地，所述焊丝的力学性能满足：抗拉强度>550MPa，屈服强度>220MPa，伸长率>15％。

本发明还提供一种如上所述的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法，，所述制备方法包括以下步骤：

(1)备料：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤，确保无油无杂质，表面抛光或磨光；

(2)真空冶炼：将原料投入真空炉冶炼，并按焊丝冶炼工艺执行，熔化期的真空度小于8Pa，精炼期的真空度≤5Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1600℃/1-2分钟，降钢温到1480℃低温，精炼时间≥25min，精炼温度1520℃，全过程可不充氩气，出钢温度1580℃，浇注成电极棒；

(3)电渣重熔：对电极棒进行电渣重熔工艺，得到电渣钢锭，其中渣系执行现行314合金得工艺配方和电渣工艺；

(4)锻造：将电渣钢锭加热锻造，锻造加热温度为1140～1180℃，加热过程中升温速率≤300℃/h，保温时间≥120分钟，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥900℃，锻造规格为48mm*48mm方棒，一头尖，锻后空冷，方棒100％探伤检查，表面修磨去除缺陷；

(5)热轧：对方棒进行热轧形成Φ7.5mm盘条，加热温度为1150℃～1180℃，保温40分钟，空冷；

(6)固溶退火处理：将井式电炉预先升温至700℃时，开始将盘条装炉，于温度1060℃～1080℃，保温40分，出炉快速水冷；

(7)拉拔：执行现行生产工艺将盘条慢速拉拔成细丝；

(8)绕盘：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、积灰缺陷，清洗光洁层绕上盘。

优选地，在步骤(2)中，在真空炉中，采用小块镍板加入底部1/4,底碳配入0.012％，金属Cr放在坩埚中上部，上部用镍板覆盖。

优选地，步骤(2)中，每一真空炉精炼加入Ni-Mg合金0.05％，稀土0.3kg，且Al、Ti小料加入应在精炼后停电结膜时脱氧用，并控制成分。

优选地，该电渣钢锭的规格为400Kg。

优选地，步骤(2)中，浇注后期进行补缩，且浇注完成15分钟后破空出模标识。

优选地，步骤(1)的配料中，返回同钢种表面应磨光处理，配入量≤25％。

优选地，步骤(4)中，锻造时前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，本发明具有如下有益效果：

(1)高的硅含量显著提高不锈钢的耐高温抗氧化性能，而且合理的Ni含量设计，在焊接拉应力作用下亦不易产生热裂纹；超低碳含量使熔敷金属的耐晶间腐蚀能力提高，冷裂纹倾向减弱；Mn元素可大量溶入Ni-Cr合金中，可以细化晶粒，改善加工性能，改善合金流动性，同时还是较好的S、O、C脱除剂。本发明通过对合金成分中的元素种类和含量进行严格的控制，有利于提高材料的强度、韧性以及抗氧化性能。

(2)本发明还优化调整焊丝的制备工艺，采用真空冶炼+电渣双联的冶炼工艺，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，使得电极棒的质量和性能得到改进，增强塑性和冲击韧性，从而提高了将锻棒加工成较细焊丝的成材率，并且通过控制锻造参数以及热处理的温度，保证了最佳的变形温度，易于锻造成型，且能得到合适的金相组织。从而使得制备出来的焊丝具有优良的强度、塑性和抗氧化性能，且显著优于同类标准焊接材料的性能。

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。

本发明提供一种00Cr19Ni14Si5焊丝，所述焊丝属于高硅焊丝材料，可应用于石油化工行业装备中，所述焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：C为≤0.02％，Si为4.6～5.6％，Mn为1.5～2.3％，P为≤0.02％，S为≤0.01％，Cr为18.5～19.5％，Ni为13.0～14.0％，Cu为1.5～2.25％，Mo为≤0.1％，其他杂质元素总含量为≤0.5％，余量为Fe。

而且，所述焊丝的力学性能满足：抗拉强度>550MPa，屈服强度>220MPa，伸长率>15％，硬度<110HRB，晶粒度>4。

此外，本发明还提供一种如上所述的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤(1)，备料：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤，确保无油无杂质，表面抛光或磨光；而且，材料应符合质量标准，返回同钢种表面应磨光处理，配入量≤25％；且配料严格控制各元素的配入量；

步骤(2)，真空冶炼：将原料投入真空炉冶炼，并按焊丝冶炼工艺执行，熔化期的真空度小于8Pa，精炼期的真空度≤5Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1600℃/1-2分钟，降钢温到1480℃(刚结膜冲膜状态)低温，精炼时间≥25min，精炼温度1520℃，全过程可不充氩气，出钢温度1580℃，浇注成200Kg电极棒；且浇注后期补缩充分，浇铸完成15分钟后破空出模标识；而且，在此步骤中，小块镍板加入底部约1/4，底碳配入0.012％，金属Cr放在坩埚中上部，上部用镍板覆盖；精炼加Ni-Mg0.05％，稀土0.3kg一炉，Al、Ti小料加入应在精炼后停电结膜时脱氧用，并控制成分；

步骤(3)，电渣重熔：对电极棒进行电渣重熔工艺，得到电渣钢锭，其中渣系执行现行314合金得工艺配方和电渣工艺；且电极棒表面应清洁无杂质，切清两端缩孔；所述电渣钢锭的规格为400Kg；

步骤(4)，锻造：将电渣钢锭加热锻造，锻造加热温度为1140～1180℃，加热过程中升温速率≤300℃/h，保温时间≥120分钟，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥900℃，锻造规格为48mm*48mm方棒，一头尖，锻后空冷，方棒100％探伤检查，表面修磨去除缺陷；且中间回火锻造，加热1160℃保温40min再锻；

步骤(5)，热轧：对方棒进行热轧形成Φ7.5mm盘条，加热温度为1150℃～1180℃，保温40分钟，空冷；

步骤(6)，固溶退火处理：将井式电炉预先升温至700℃时，开始将盘条装炉，于温度1060℃～1080℃，保温40分，出炉快速水冷；

步骤(7)，拉拔：执行现行生产工艺将盘条慢速拉拔成细丝；同时，控制拉拔变形量；

步骤(8)，绕盘：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、积灰缺陷，清洗光洁层绕上盘。

而且，对于直条焊丝，应表面光洁，无缺陷，无氧化皮。对于上盘焊丝，焊丝表面应光滑，无油污、毛刺、划痕、锈斑、氧化皮、麻点、裂纹、积灰等缺陷，满足送丝性要求，不得打结或“8”出现。

成品焊丝可根据实际需求拉拔成相应尺寸，例如Φ2.4mm，Φ3.2mm，Φ0.76mm，Φ1.14mm。

下面对本发明中的各元素详细地进行说明，含量均指钢中各个元素的质量百分数。

C：C为奥氏体化稳定元素，能提高钢的淬透性，本发明中，C能与Cr元素形成碳化物，但对强度贡献不大，而且因为本发明合金材料的强度主要是依靠γ’和γ”相的强化。再加上C的提高会损害材料的塑性，所以在本发明合金材料中C含量较佳要小于0.02％。通过C含量的严格控制，可以有效避免因C与Cr形成碳化物而影响焊丝的力学性能、抗氧化性能和耐蚀性，较低的C含量还可以有效减少晶间腐蚀的发生。

Si：硅合金化可大大提高钢的腐蚀电位，表面生成稳定的SiO₂保护膜，显著提高不锈钢的耐高温、高浓度硝酸和硫酸腐蚀的性能；硅的加入有脱氧的效果，当硅以固溶态的形式存在时，可以提高基体的屈服强度，会提高材料的韧脆转变温度，同时可显著提高不锈钢的高温抗氧化性。由于Si在含Ni量较高的钢中易于偏析，与Ni、S、P等合金元素形成低熔共晶夹层，在焊接拉应力作用下易产生热裂纹。所以本发明中合理设计Si为4.6～5.6％。

Mn：Mn能大量溶入Ni-Cr合金中，可以细化晶粒，改善加工性能，同时还是较好的S、O、C脱除剂。但当含量过高时容易产生偏析，显著提高韧脆转变温度，降低合金的塑性以及韧性，因此本发明中Mn的含量控制在1.5～2.3％。

S、P：S、P为有害元素，均要求含量低，P的含量较佳低于0.02％，S的含量较佳低于0.02％。

Cr：Cr是提高钢的淬透性元素，强碳化物形成元素，与Cu配合使用提高钢的耐蚀性，而且，Ni和Cr复合添加，其耐腐蚀性能更优。

Ni：Ni提高合金的淬透性元素，提高合金的强度且不降低其韧性，和Cu复合添加，避免铸坯高温Cu脆。而且Ni对酸、碱有较强的抗腐蚀能力，在高温下还具有耐腐蚀和耐热能力。

Cu：铜能提高强度和韧性，Cu为1.5～2.25％。

Mo：钼在钢中的作用可归纳为提高淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和矫顽力，提高在某些介质中的抗蚀性与防止点蚀倾向等。钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。由于钼使形变强化后的软化和恢复温度以及再结晶温度提高，并强烈提高铁素体的蠕变抗力，有效抑制渗碳体在450～600℃下的聚集，促进特殊碳化物的析出，因而成为提高钢的热强性最有效的合金元素。Mo为≤0.1％。

Fe：Fe在本发明材料中虽然定为余量，但铁元素的含量在一定含量以上，提高铁含量的目的在于采用廉价铁替代较贵的镍，并与Ni形成比单纯Ni基强度更高的固溶基体，因此本发明采用高铁节镍的设计方案可以降低该材料的成本，同时保证该材料的高温强度。

以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。

下表1为本发明的5个实施例的00Cr19Ni14Si5的具体元素组成及各成分的重量百分比含量。

表1本发明的各个实施例的元素组成及各成分的重量百分比含量单位：重量百分比(％)

备注：其他成分要求≤0.05，余量为Fe，表1中未列出。

本发明的上述各实施例的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法均采用如下步骤：

步骤(1)，备料：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤，确保无油无杂质，表面抛光或磨光；而且，材料应符合质量标准，返回同钢种表面应磨光处理，配入量≤25％；且配料严格控制各元素的配入量；

步骤(2)，真空冶炼：将原料投入真空炉冶炼，并按焊丝冶炼工艺执行，熔化期的真空度小于8Pa，精炼期的真空度≤5Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1600℃/1-2分钟，降钢温到1480℃(刚结膜冲膜状态)低温，精炼时间≥25min，精炼温度1520℃，全过程可不充氩气，出钢温度1580℃，浇注成200Kg电极棒；且浇注后期补缩充分，浇铸完成15分钟后破空出模标识；而且，在此步骤中，小块镍板加入底部约1/4，底碳配入0.012％，金属Cr放在坩埚中上部，上部用镍板覆盖；精炼加Ni-Mg0.05％，稀土0.3kg一炉，Al、Ti小料加入应在精炼后停电结膜时脱氧用，并控制成分；

步骤(3)，电渣重熔：对电极棒进行电渣重熔工艺，得到电渣钢锭，其中渣系执行现行314合金得工艺配方和电渣工艺；且电极棒表面应清洁无杂质，切清两端缩孔；所述电渣钢锭的规格为400Kg；

步骤(4)，锻造：将电渣钢锭加热锻造，锻造加热温度为1140～1180℃，加热过程中升温速率≤300℃/h，保温时间≥120分钟，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥900℃，锻造规格为48mm*48mm方棒，一头尖，锻后空冷，方棒100％探伤检查，表面修磨去除缺陷；且中间回火锻造，加热1160℃保温40min再锻；

步骤(5)，热轧：对方棒进行热轧形成Φ7.5mm盘条，加热温度为1150℃～1180℃，保温40分钟，空冷；

步骤(6)，固溶退火处理：将井式电炉预先升温至700℃时，开始将盘条装炉，于温度1060℃～1080℃，保温40分，出炉快速水冷；

步骤(7)，拉拔：执行现行生产工艺将盘条慢速拉拔成细丝；同时，控制拉拔变形量；

步骤(8)，绕盘：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、积灰缺陷，清洗光洁层绕上盘，焊丝成品规格为直径Φ0.76mm。

经检测，上述实施例1-5所生产的成品焊丝的力学性能满足：抗拉强度>550MPa，屈服强度>220MPa，伸长率>15％，硬度<110HRB，晶粒度>4。且成品焊丝表面光滑，无油污、毛刺、划痕、锈斑、氧化皮、麻点、裂纹、积灰等缺陷，满足送丝性要求，无打结或“8”出现。

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。此外，上面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。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 (10)

1.一种00Cr19Ni14Si5焊丝，其特征在于，所述焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：C为≤0.02%，Si为4.6~5.6%，Mn为1.5~2.3%，P为≤0.02%，S为≤0.01%，Cr为18.5~19.5%，Ni为13.0~14.0%，Cu为1.5~2.25%，Mo为≤0.1%，其他杂质元素总含量为≤0.5%，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的00Cr19Ni14Si5焊丝，其特征在于，所述焊丝应用于石油化工行业装备。

3.如权利要求1所述的00Cr19Ni14Si5焊丝，其特征在于，所述焊丝的力学性能满足：抗拉强度>550MPa，屈服强度>220MPa，伸长率>15%。

4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）备料：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤，确保无油无杂质，表面抛光或磨光；

（2）真空冶炼：将原料投入真空炉冶炼，并按焊丝冶炼工艺执行，熔化期的真空度小于8Pa，精炼期的真空度≤5Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1600℃/1-2分钟，降钢温到1480℃低温，精炼时间≥25min，精炼温度1520℃，全过程可不充氩气，出钢温度1580℃，浇注成电极棒；

（3）电渣重熔：对电极棒进行电渣重熔工艺，得到电渣钢锭，其中渣系执行现行314合金得工艺配方和电渣工艺；

（4）锻造：将电渣钢锭加热锻造，锻造加热温度为1140~1180℃，加热过程中升温速率≤300℃/h，保温时间≥120分钟，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥900℃，锻造规格为48mm*48mm方棒，一头尖，锻后空冷，方棒100%探伤检查，表面修磨去除缺陷；

（5）热轧：对方棒进行热轧形成Φ7.5mm盘条，加热温度为1150℃~1180℃，保温40分钟，空冷；

（6）固溶退火处理：将井式电炉预先升温至700℃时，开始将盘条装炉，于温度1060℃~1080℃，保温40分，出炉快速水冷；

（7）拉拔：执行现行生产工艺将盘条慢速拉拔成细丝；

（8）绕盘：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、积灰缺陷，清洗光洁层绕上盘。

5.如权利要求4所述的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，在真空炉中，采用小块镍板加入底部1/4,底碳配入0.012%，金属Cr放在坩埚中上部，上部用镍板覆盖。

6.如权利要求4所述的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，每一真空炉精炼加入Ni-Mg合金0.05%，稀土0.3kg，且Al、Ti小料加入应在精炼后停电结膜时脱氧用，并控制成分。

7.如权利要求4所述的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法，其特征在于，该电渣钢锭的规格为400Kg。

8.如权利要求4所述的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，浇注后期进行补缩，且浇注完成15分钟后破空出模标识。

9.如权利要求4所述的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法，其特征在于，步骤（1）的配料中，返回同钢种表面应磨光处理，配入量≤25%。

10.如权利要求4所述的00Cr19Ni14Si5焊丝的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，锻造时前轻锻倒圆然后回炉加热1160℃，保温20min后再次进行锻造。