CN112621022A

CN112621022A - ERNiCrMo-11焊丝及其制备方法

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Publication number: CN112621022A
Application number: CN202011569308.XA
Authority: CN
Inventors: 刘威; 陈杰; 戴雪琴; 黄月华; 华丽平
Original assignee: Jiangsu Xinhe Alloy Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Xinhe Alloy Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-26
Filing date: 2020-12-26
Publication date: 2021-04-09

Abstract

本发明提供一种ERNiCrMo‑11焊丝及其制备方法，所述ERNiCrMo‑11焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：C为≤0.03%，Si为≤0.8%，Mn为≤1.5%，P为≤0.04%，S为≤0.02%，Cr为28~31.5%，Nb+Ta为0.3~1.5%，Mo为4.0~6.0%，Cu为1.0~2.4%，Fe为13.0~17.0%，Co为≤5%，W为1.5~4.0%，余量为Ni。本发明通过对合金成分中的元素种类和含量进行了严格的控制，以及优化调整焊丝的制备工艺，使得制备获得的焊丝力学性能好，具有高强度、良好的抗高温氧化及抗腐蚀性能。

Description

ERNiCrMo-11焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金领域，尤其涉及一种ERNiCrMo-11焊丝及其制备方法。

背景技术

镍基合金焊丝具有耐活泼性气体，耐苛性介质，耐还原性酸介质腐蚀的良好性能，又具有强度高，塑性好，可冷热变形和加工成型及可焊接的特点，因此，广泛应用于石油化工，冶金，原子能，海洋开发，航空，航天等工业中，解决一般不锈钢和其他金属，非金属材料无法解决的工程腐蚀问题，是一种非常重要的耐腐蚀金属材料。镍基合金是指以镍为基并含有合金元素，且能在一些介质中耐腐蚀的合金。所以，除了焊丝本身的焊接性能和成材率，焊丝的抗高温氧化性能、抗拉强度、耐冲蚀耐腐蚀性能也是非常重要的考虑因素。目前基于国标生成的镍基焊丝，基本都不能满足一些特殊应用环境下的焊接需求，因此，需要对目前的镍基焊丝的元素组成及生产工艺进行优化，使其满足更高的应用需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种ERNiCrMo-11焊丝及其制备方法，此焊丝成分设计合理，力学性能好，具有高强度、良好的抗高温氧化及抗腐蚀性能，抗拉强度能达到Rm≥730Mpa，无油污、氧化物、灰尘等缺陷，表面光亮，成品线材自由放线后亦无明显翘起和扭曲。

为达上述目的，本发明提供一种ERNiCrMo-11焊丝，所述ERNiCrMo-11焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：C为≤0.03％，Si为≤0.8％，Mn为≤1.5％，P为≤0.04％，S为≤0.02％，Cr为28～31.5％，Nb+Ta为0.3～1.5％，Mo为4.0～6.0％，Cu为1.0～2.4％，Fe为13.0～17.0％，Co为≤5％，W为1.5～4.0％，余量为Ni。

本发明还提供一种ERNiCrMo-11焊丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)原料准备：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤；

(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，熔化期真空度小于8帕，精炼期真空度≤8Pa，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1480℃/1-2min，降钢温到1520℃低温，精炼时间≥25min，精炼温度1480℃，全过程可不充氩气，出钢温度1520℃，浇注成38Kg电极棒；

(3)电渣重熔：采用电渣重熔设备，对电极棒进行电渣重熔工艺，得到电渣钢锭，渣系执行现行工艺配方和电渣工艺，其中电极棒表面清洁无杂质，且切清两端缩孔；

(4)锻造：将电渣钢锭加热锻造，锻造加热温度1140～1170℃，加热过程升温速率应≤300℃/h，保温时间≥40分钟，锻造规格为45mm*45mm方棒，一头尖，锻后空冷，表面修磨去除缺陷；

(5)热轧：对方棒进行热轧形成Φ8.0mm盘条，加热温度为1150℃-1170℃，保温40分钟；

(6)固溶退火处理、酸洗：对方棒进行固溶退火处理，温度为1080℃；然后碱浸酸洗，修正打磨，保证表面干净无氧化皮；

(7)拉拔：执行现行镍铬钼焊丝生产工艺，将盘条慢速拉拔成细丝，且成品表面应光滑，无油污、水渍、灰尘、氧化物。

优选地，所述电极棒控制Al的重量百分比含量为0.20-0.25％。

优选地，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Mo、金属Nb、金属W、金属Cr放在坩埚中上部，上部镍板覆盖。

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，步骤(4)中，锻造时应前轻倒角再重锤锻造，回炉加热1160℃保温20min再锻。

优选地，步骤(2)中，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出模标识。

优选地，步骤(1)中，返回同钢种表面应磨光处理，且配入量≤20％。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过在镍基合金中加入Co、Cr、Mo、W、Nb+Ta、Cu、Fe等元素及其它适量的微量元素，对合金成分以及含量进行优化，Ni、Cr、W这三个主要元素的配比保证了焊丝的焊接性能；Co、Mo的合理设计以及对Ti、Al等元素的含量的控制，也有利于提高材质的塑性便于将合金加工成较细的焊丝；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。

(2)本发明的焊丝严格控制了Mn和Si的含量，然而Mn和Si联合脱氧是最有效的脱氧方式，为了保证在Mn和Si的含量减少的同时，不影响焊丝的其他性能，本发明在制备过程中，采用真空冶炼的工艺，有利于降低减低气体含量与有害元素含量，同时令可能存在的Al、Ti等元素不易氧化。本发明在制备过程中还采用了电渣重熔工艺，有利于净化金属，显著地去除非金属夹杂物，电渣重熔后合金纯净、组织致密、成分均匀、表面光洁，可以使得合金锭(电极棒)的质量和性能得到改进，使合金的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，将合金锭加工成较细焊丝可以有效地提高成材率。

本发明通过对合金成分中的元素种类和含量进行了严格的控制，以及优化调整焊丝的制备工艺，使得制备获得的焊丝力学性能好，具有高强度、良好的抗高温氧化及抗腐蚀性能。

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ERNiCrMo-11焊丝，所述ERNiCrMo-11焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：C为≤0.03％，Si为≤0.8％，Mn为≤1.5％，P为≤0.04％，S为≤0.02％，Cr为28～31.5％，Nb+Ta为0.3～1.5％，Mo为4.0～6.0％，Cu为1.0～2.4％，Fe为13.0～17.0％，Co为≤5％，W为1.5～4.0％，余量为Ni。

此外，本发明还提供一种如上述的ERNiCrMo-11焊丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)原料准备：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤；其中，所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面应磨光处理配入量≤20％；而且，在配料过程中，严格控制各元素的配入量；

(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，熔化期真空度小于8帕，精炼期真空度≤8Pa，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1480℃/1-2min，降钢温到1520℃(刚结膜冲膜状态)低温，精炼时间≥25min，精炼温度1480℃，全过程可不充氩气，出钢温度1520℃，浇注成38Kg电极棒；其中，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Mo、金属Nb、金属W、金属Cr放在坩埚中上部，上部镍板覆盖；而且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；

(4)锻造：将电渣钢锭加热锻造，锻造加热温度1140～1170℃，加热过程升温速率应≤300℃/h，保温时间≥40分钟，锻造时应前轻倒角再重锤锻造，回炉加热1160℃保温20min再锻；锻造规格为45mm*45mm方棒，一头尖，锻后空冷，表面修磨去除缺陷；

其中，需要注意的是，电极抓好真空脱氧脱气充分精炼，电极棒控制Al的重量百分比含量为0.20-0.25％。

下面对本发明中的主要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0.03％。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：焊丝中的Si元素有利于在焊缝的表面形成氧化膜，提高焊缝在高温时的抗氧化性，同时Si还是良好的脱氧剂，并可以增加熔渣和熔化金属的流动性。但是Si的含量过高容易产生形成夹渣，对冲击韧性也有影响。本发明的焊丝对合金成分中的Si元素进行了严格的控制，有利于提高材质的塑性，以便于将合金加工成更细的焊丝。

Mn：焊丝中的Mn元素是良好的脱硫剂，同时也是固溶强化元素，可以提高焊缝的强度和硬度。本发明的镍基合金焊丝对合金成分中的Mn元素进行了严格的控制，有利于提高材质的塑性，以便于将合金加工成更细的焊丝。

S、P：S、P为有害元素，均要求含量低，P的含量较佳低于0.04％，S的含量较佳低于0.02％。

Cr：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。铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但加入过多会降低韧性，所以控制Cr含量为28～31.5％。

Nb+Ta：Nb、Ta元素能与C形成碳化物弥散分布在晶体内起强化作用，主要用于防止钢中铬与碳结合形成铬碳化合物而引起的铬的浓度降低导致耐晶间腐蚀性下降，同时铌在不锈钢中还有细化晶粒减少裂纹倾向的作用。含量控制在0.3～1.5％。

Mo：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，所以控制Mo含量为4.0～6.0％。

Cu：铜能提高强度和韧性，含量控制在1.0～2.4％。

Fe：固溶强化元素，与Ni形成固溶体，含量控制在13.0～17.0％。

Co：Co元素同样可以提高镍基合金在高温下的强度和抗腐蚀性能，成本偏高，含量控制在≤5％。

W：W元素是主要的固溶强化元素，含量控制在1.5～4.0％。

余量为Ni：Ni与其他元素形成奥氏体晶格，高温不发生相变，在高温下稳定性好。Ni为奥氏体化元素，可以提供良好的综合性能，高温下可以与Cr形成固溶体，具有比较高的高温强度，在常温时具有高的塑性，良好的加工工艺性能。

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ERNiCrMo-11焊丝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(％)

本发明的上述各实施例的ERNiCrMo-11焊丝的制备方法均采用如下步骤：

(2)真空冶炼：将小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.012％，Mo、Nb、W、Cr放在坩埚中上部，上部Ni；将原料投入真空炉冶炼，并按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度小于8帕，精炼加Ni-Mg0.05％，稀土0.3kg一炉，Al、小料加入应在精炼后停电结膜时脱氧用，并控制成分；精炼期真空度≤8Pa，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1480℃/1-2min，降钢温到1520℃(刚结膜冲膜状态)低温，精炼时间≥25min。精炼温度1480℃，全过程可不充氩气，出钢温度1520℃，浇注38Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识；

(7)拉拔：执行现行镍铬钼焊丝生产工艺，将盘条慢速拉拔成Φ2.4mm光亮焊丝，且成品表面光滑，无油污、水渍、灰尘、氧化物。

经检测，上述实施例1-5所生产的焊丝成品其抗拉强度均能达到Rm≥730Mpa，且无油污、氧化物、灰尘等缺陷，表面光亮，成品线材自由放线后亦无明显翘起和扭曲，具有高强度、良好的抗高温氧化及抗腐蚀性能。

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

1.一种ERNiCrMo-11焊丝，其特征在于，所述ERNiCrMo-11焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：C为≤0.03%，Si为≤0.8%，Mn为≤1.5%，P为≤0.04%，S为≤0.02%，Cr为28~31.5%，Nb+Ta为0.3~1.5%，Mo为4.0~6.0%，Cu为1.0~2.4%，Fe为13.0~17.0%，Co为≤5%，W为1.5~4.0%，余量为Ni。

2.一种ERNiCrMo-11焊丝的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

（1）原料准备：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤；

（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，熔化期真空度小于8帕，精炼期真空度≤8Pa，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1480℃/1-2min，降钢温到1520℃低温，精炼时间≥25min，精炼温度1480℃，全过程可不充氩气，出钢温度1520℃，浇注成38Kg电极棒；

（3）电渣重熔：采用电渣重熔设备，对电极棒进行电渣重熔工艺，得到电渣钢锭，渣系执行现行工艺配方和电渣工艺，其中电极棒表面清洁无杂质，且切清两端缩孔；

（4）锻造：将电渣钢锭加热锻造，锻造加热温度1140~1170℃，加热过程升温速率应≤300℃/h，保温时间≥40分钟，锻造规格为45mm*45mm方棒，一头尖，锻后空冷，表面修磨去除缺陷；

（5）热轧：对方棒进行热轧形成Φ8.0mm盘条，加热温度为1150℃-1170℃，保温40分钟；

（6）固溶退火处理、酸洗：对方棒进行固溶退火处理，温度为1080℃；然后碱浸酸洗，修正打磨，保证表面干净无氧化皮；

（7）拉拔：执行现行镍铬钼焊丝生产工艺，将盘条慢速拉拔成细丝，且成品表面应光滑，无油污、水渍、灰尘、氧化物。

3.如权利要求2所述的ERNiCrMo-11焊丝的制备方法，其特征在于，所述电极棒控制Al的重量百分比含量为0.20-0.25%。

4.如权利要求2所述的ERNiCrMo-11焊丝的制备方法，其特征在于，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Mo、金属Nb、金属W、金属Cr放在坩埚中上部，上部镍板覆盖。

5.如权利要求2所述的ERNiCrMo-11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。

6.如权利要求2所述的ERNiCrMo-11焊丝的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，锻造时应前轻倒角再重锤锻造，回炉加热1160℃保温20min再锻。

7.如权利要求2所述的ERNiCrMo-11焊丝的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出模标识。

8.如权利要求2所述的ERNiCrMo-11焊丝的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，返回同钢种表面应磨光处理，且配入量≤20%。