CN114905010A - 镍基合金线材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于不锈钢冶炼技术领域，具体涉及一种镍基合金线材及其制备方法。本发明的镍基合金线材的制备方法，包括：(1)将铸锭或废钢放入EB炉进行冶炼，经连铸得到铸坯；(2)对所述铸坯进行均质化热处理及修磨，得到坯料；(3)所述坯料经连轧、吐丝，得到镍基合金线材。本发明的镍基合金线材的制备方法，通过采用真空电子束重熔工艺，可以有效提升全工序成材率，缩短生产周期，降低生产成本，提高产品质量。

Description

镍基合金线材及其制备方法
技术领域
本发明属于不锈钢冶炼技术领域，具体涉及一种镍基合金线材及其制备方法。
背景技术
镍基合金由于具有优异的性能、耐腐蚀性能，在石油化工、关键装备等领域广泛应用。对于高端镍基合金焊材，目前的生产工艺流程为：真空感应炉(电炉)+电渣重熔+均质化+多火次锻造棒材+棒材修磨、切头尾、定成分+线材轧制。生产工艺流程长，尤其在多火次锻造棒材、棒材修磨、切头尾、定成分工序损耗较大，制造成本高。目前采用高速线材轧机生产的盘条，全流程成材率不足70％。虽然也可以采用单工序冶炼小铸锭、锻造开坯、小轧机轧制盘条(一般卷重均小于≤30kg)，但是冶金纯净度低、盘条综合质量差、成分性能波动大，不能用于中高端用途。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种镍基合金线材及其制备方法。
第一方面，本发明提供的镍基合金线材的制备方法，包括：
(1)将铸锭或废钢放入EB炉进行冶炼，经连铸得到铸坯；
(2)对所述铸坯进行均质化热处理及修磨，得到坯料；
(3)所述坯料经连轧、吐丝，得到镍基合金线材。
上述的镍基合金线材的制备方法，所述铸锭通过真空感应炉或者电炉冶炼获得。
上述的镍基合金线材的制备方法，所述EB炉的结晶器为方形结晶器或扁形结晶器。
上述的镍基合金线材的制备方法，所述方形结晶器的公称尺寸为120-125mm2，坯料长度定尺为3100-3700mm；所述扁形结晶器的公称尺寸为120-125mm厚×宽度×长度，其中所述宽度≥1000mm，且为120mm的备尺，所述长度为6200-7400mm，且为3100-3700mm的双备尺。
上述的镍基合金线材的制备方法，所述修磨的单边修磨量为1-3mm。
上述的镍基合金线材的制备方法，当采用扁形结晶器时，将修磨后的铸坯切割至120mm2，长度为3100-3700mm的坯料后再进行连轧。
上述的镍基合金线材的制备方法，所述轧制包括：
(1)将所述坯料在1150-1170℃下保温1.5-2.5小时；
(2)采用线材开坯机对所述坯料进行轧制得到棒材；其中，应变速率≤10s-1，所述棒材在开坯机出口温度≥950℃；
(3)将棒材转移至粗轧机前，采用感应加热使棒材快速升温至1000-1050℃；
(4)采用粗轧机组、中轧机组、精轧机组对所述棒材进行连轧。
上述的镍基合金线材的制备方法，所述吐丝的温度为1030-1080℃，所述吐丝的速度为30-40m/s，所述吐丝采用穿水冷却的方式进行冷却。
第二方法，本发明提供的镍基合金线材，采用上述的镍基合金线材的制备方法制备而成。
所述镍基合金线材的钢种包括ERNiCrMo-3、ERNiCrMo-7。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的镍基合金线材的制备方法，通过采用真空电子束重熔工艺，可以有效提升全工序成材率，缩短生产周期，降低生产成本，提高产品质量；
(2)按照本发明的镍基合金线材的制备方法生产的盘条，不仅全工序成材率高，生产周期短，而且盘条表面无折叠、裂纹、耳线、重皮等缺陷，同时镍基合金线材中O、N、H有害气体含量低，成分均匀一致性高，拉拔成的焊丝焊接质量稳定。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本文使用的术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。术语“优选的”“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
具体的，第一方面，本发明的镍基合金线材的制备方法，包括：
(1)将铸锭或废钢放入EB炉进行冶炼，经连铸得到铸坯；
(2)对所述铸坯进行均质化热处理及修磨，得到坯料；
(3)所述坯料经连轧、吐丝，得到镍基合金线材。
本发明的镍基合金线材的制备方法通过采用真空电子束重熔工艺，使二次熔炼过程在真空下进行，线材的冶金纯净度、综合质量不低于传统制造工艺，可大幅缩短制备周期，提高全流程成材率至80％以上，并且废钢可以直接进行EB冶炼，具备显著竞争力。
在一些优选的实施方式中，本发明的镍基合金线材的制备方法，包括：
(1)将铸锭或废钢放入EB炉进行冶炼，经连铸得到铸坯。
其中，所述铸锭采用真空感应炉或者电炉进行冶炼，所述铸锭的形状为圆形、扁形或者方形。
优选的，在放入EB炉前，需对铸锭表面进行修磨，露出金属光泽。借此，除去铸锭凝固过程中，凝固在钢液表面的夹杂物或者杂质。
优选的，所述废钢与所述冶炼的镍基合金线材的材质相同，以提高冶炼效率。
优选的，所述EB炉的结晶器为方形结晶器或扁形结晶器。
EB炉冶炼时，对于方形结晶器，熔速控制在100-300kg/h，对于扁锭结晶器，熔速控制在500-800kg/h，真空度≤5Pa。
其中，所述方形结晶器的公称尺寸为120-125mm2，坯料长度定尺为3100-3700mm。
其中，所述扁形结晶器的公称尺寸为120-125mm厚×宽度×长度，其中所述宽度≥1000mm，且为120mm的备尺，所述长度为6200-7400mm，且为3100-3700mm的双备尺。
(2)对所述铸坯进行均质化热处理及修磨，得到坯料。
优选的，所述均质化热处理的温度为1210-1240℃，保温时长为48-56h，借此，消除铸锭在凝固过程中产生的偏析，回溶有害相，提升铸锭热塑性。
其中，铸锭在凝固过程中，夹杂物及一些杂质会在表面处富集，因此需进行修磨。优选的，所述修磨的单边修磨量为1-3mm。
当采用扁形结晶器时，需对铸坯进行定尺切割。具体的，将修磨后的铸坯切割为120mm2，长度为3100-3700mm的坯料。
(3)所述坯料经连轧、吐丝，得到镍基合金线材。
优选的，所述轧制包括：1)将所述坯料在1150-1170℃下保温1.5-2.5小时；2)采用线材开坯机对所述坯料进行轧制得到棒材；其中，应变速率≤10s-1，所述棒材在开坯机出口温度≥950℃；3)将棒材转移至粗轧机前，采用感应加热使棒材快速升温至1000-1050℃；4)采用粗轧机组、中轧机组、精轧机组对所述棒材进行连轧。
在轧制过程中，本发明通过将坯料在1150-1170℃下保温1.5-2.5小时，可以使坯料达到最佳热塑性，内外温度均匀，防止在轧制过程中产生弯曲、翘曲等现象。
开坯时，通过控制变形速率在10s-1以下，可以降低变形抗力、增加热塑性、组织动态再结晶发生更加完全。
通过将棒材在开坯机出口温度控制在950℃以上，可以防止在物料转移过程中，由于温度下降过快，使线材轧制变形抗力增加，产生堆钢现象。
优选的，棒材转移至粗轧机前坯料温度≥920℃。
在开轧前通过采用感应加热使棒材快速升温至1000-1050℃，可以增加材料的热塑性及轧制温度窗口，避免轧制开裂。
其中，棒材在粗轧机组、中轧机组、精轧机组的轧制过程，均可按照常规工艺进行，本发明对此不做具体限定。
进一步优选的，所述吐丝的温度为1030-1080℃，所述吐丝的速度为30-40m/s，所述吐丝采用穿水冷却的方式进行冷却。当吐丝温度或者吐丝速度过高时，线材心部会发生过烧现象；当吐丝温度或速度过低时，线材椭圆度及表面质量差，并且会产生表面裂纹。
另一方面，本发明还提供了一种镍基合金线材，其采用上述的镍基合金线材的制备方法制备而成。
其中，所述镍基合金线材的钢种包括但不限于ERNiCrMo-3、ERNiCrMo-7以及其他Er系列镍基合金焊材。
在一个优选的实施方式中，以镍基合金N06625为例，标准成分控制范围为：
Figure BDA0003646116750000051
成分控制标准参照ASME SB-443或者ASME SB-446。
采用传统工艺生产的盘条有害气体含量介于：[O]＝13-25ppm、[N]＝30-80ppm、[H]＝2-6ppm，全流程成材率≤70％。
而采用本发明的方法制备的盘条中，有害气体含量介于：[O]＜13ppm、[N]≤32ppm、[H]≤2.8ppm，全流程成材率＞79％。
经实践检测，本发明的镍基合金线材表面无折叠、裂纹、耳线、重皮等缺陷，O、N、H有害气体含量低，成分均匀一致性高，拉拔成的焊丝焊接质量稳定。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
表1实施例1-3中镍基合金成分汇总(wt％)
Figure BDA0003646116750000061
实施例1
采用真空感应炉进行冶炼，而后模铸浇注成圆形铸锭。铸锭表面进行修磨，露出金属光泽。将处理好的铸锭放置于EB炉熔炼室内，熔速230kg/h，真空度2Pa，开始冶炼，结晶器公称尺寸123mm2，坯料长度定尺在3650mm；将方坯进行均质化热处理，温度1230℃，保温时间48h。而后修磨，单边修磨量控制在2mm左右。坯料加热温度1160℃，保温时间2h。线材开坯机轧制时遵循低速、小变形原则，应变速率控制在≤10s-1，轧制后的棒材在开坯机出口温度960℃。在物料转移至粗轧机组前坯料温度930℃，采用感应加热对坯料进行快速升温，温度1030℃，而后进入粗轧机组、中轧机组、精轧机组进行连轧，吐丝温度1050℃，吐丝速度35m/s，穿水冷却。
经检测，气体含量为：[O]＝12ppm、[N]＝28ppm、[H]＝2.5ppm。全流程成材率82％。
实施例2
采用真空感应炉进行冶炼，而后模铸浇注成方形铸锭。铸锭表面进行修磨，露出金属光泽。将处理好的铸锭放置于EB炉熔炼室内，熔速210kg/h，真空度1Pa，开始冶炼，结晶器公称尺寸123mm2，坯料长度定尺在3600mm；将方坯进行均质化热处理，温度1240℃，保温时间48h而后修磨，单边修磨量控制在2mm左右。坯料加热温度控制在1150℃，保温时间2h。线材开坯机轧制时遵循低速、小变形原则，应变速率控制在≤10s-1，轧制后的棒材在开坯机出口温度970℃。在物料转移至粗轧机组前坯料温度930℃，采用感应加热对坯料进行快速升温，温度1050℃，而后进入粗轧机组、中轧机组、精轧机组进行连轧，吐丝温度1070℃，吐丝速度30m/s，穿水冷却。
经检测，气体含量为：[O]＝13ppm、[N]＝32ppm、[H]＝2.8ppm。全流程成材率83％。
实施例3
合金采用真空感应炉冶炼，而后模铸浇注圆形铸锭。铸锭表面进行修磨，露出金属光泽。将处理好的铸锭放置于EB炉熔炼室内，熔速710kg/h，真空度1Pa，开始冶炼，采用扁形结晶器，结晶器公称尺寸123mm厚×1100mm宽，铸坯长度7200mm。将铸坯进行均质化热处理，温度1230℃，保温时间50h而后修磨，单边修磨量控制在2mm左右。修磨后的板坯进行切割至接近于120mm2、3600mm长后进行轧制。坯料加热温度1150℃，保温时间2.5h。线材开坯机轧制时遵循低速、小变形原则，应变速率控制在≤10s-1，轧制后的棒材在开坯机出口温度960℃。在物料转移至粗轧机组前坯料温度930℃，采用感应加热对坯料进行快速升温，温度1020℃，而后进入粗轧机组、中轧机组、精轧机组进行连轧，吐丝温度1050℃，吐丝速度控制在35m/s，穿水冷却。
经检测，气体含量为：[O]＝10ppm、[N]＝28ppm、[H]＝2.5ppm。全流程成材率79％。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种镍基合金线材的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将铸锭或废钢放入EB炉进行冶炼，经连铸得到铸坯；
(2)对所述铸坯进行均质化热处理及修磨，得到坯料；
(3)所述坯料经连轧、吐丝，得到镍基合金线材。
2.根据权利要求1所述的镍基合金线材的制备方法，其特征在于，所述铸锭通过真空感应炉或者电炉冶炼获得。
3.根据权利要求1所述的镍基合金线材的制备方法，其特征在于，所述EB炉的结晶器为方形结晶器或扁形结晶器。
4.根据权利要求3所述的镍基合金线材的制备方法，其特征在于，所述方形结晶器的公称尺寸为120-125mm2，坯料长度定尺为3100-3700mm；所述扁形结晶器的公称尺寸为120-125mm厚×宽度×长度，其中所述宽度≥1000mm，且为120mm的备尺，所述长度为6200-7400mm，且为3100-3700mm的双备尺。
5.根据权利要求1所述的镍基合金线材的制备方法，其特征在于，所述修磨的单边修磨量为1-3mm。
6.根据权利要求4所述的镍基合金线材的制备方法，其特征在于，当采用扁形结晶器时，将修磨后的铸坯切割至120mm2，长度为3100-3700mm的坯料后再进行连轧。
7.根据权利要求1所述的镍基合金线材的制备方法，其特征在于，所述轧制包括：
(1)将所述坯料在1150-1170℃下保温1.5-2.5小时；
(2)采用线材开坯机对所述坯料进行轧制得到棒材；其中，应变速率≤10s-1，所述棒材在开坯机出口温度≥950℃；
(3)将棒材转移至粗轧机前，采用感应加热使棒材快速升温至1000-1050℃；
(4)采用粗轧机组、中轧机组、精轧机组对所述棒材进行连轧。
8.根据权利要求1所述的镍基合金线材的制备方法，其特征在于，所述吐丝的温度为1030-1080℃，所述吐丝的速度为30-40m/s，所述吐丝采用穿水冷却的方式进行冷却。
9.一种镍基合金线材，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的镍基合金线材的制备方法制备而成。
10.根据权利要求9所述的镍基合金线材，其特征在于，所述镍基合金线材的钢种包括ERNiCrMo-3、ERNiCrMo-7。
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