CN114905188A - 耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝，该焊丝为镍基合金丝材，按重量百分含量计，该焊丝的化学成分如下：Ni：50～55%，Cr：25～30%，Mo：8～12%，Nb：3～4%，Re：0.03～0.10%，Si：0.08～0.15%，Mn：0.25～0.50%，Al：0.25～0.60%，Ti：0.30～0.50%，Zr0.02～0.05%，其制备方法包括以下步骤：真空冶炼；电渣重熔；热锻开坯；热轧；固溶热处理；酸洗；涂层；冷拔；机械剥壳；光亮退火；外镀层。本发明的镍基合金焊丝严格控制了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，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。
Description
技术领域
本发明涉及镍基合金焊丝领域，特别涉及耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝及其制备方法。
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。以其化学成分特点进行分类时，主要有镍，镍铜合金，镍钼（镍钼铁）合金，镍铬（镍铬铁）合金，镍铬钼（包括镍铬钼合金和镍铬钼铜合金）及镍铁铬（既铁镍基合金）等几类。纯镍焊丝ERNi-1用于焊接200、201镍合金以及镀镍钢板；钢与镍异种材料的焊接；钢的表面堆焊。
通过在焊接的焊缝中添加合金，提升了焊缝的质量和结构强度，但是合金的加入会影响熔融焊缝中焊丝的流动性，从而影响焊缝质量稳定性，为此，我们提出耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝及其制备方法来解决上述问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝及其制备方法，来解决背景技术中提出的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝及其制备方法，包括：
该焊丝为镍基合金丝材，按重量百分含量计，
该焊丝的化学成分如下：Ni：53%，Cr：28%，Mo：10%，Nb：4%，Re：0.07%，Si：0.12%，Mn：0.35%，Al：0.45%，Ti：0.40%，Zr0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述焊丝为直径1.5-2mm的圆柱形丝材，长度大于210m。
进一步的，所述焊丝中原材料主要包括：金属镍，金属铬，金属钼，金属铌，稀土氧化物，单晶硅，电解锰，金属铝，金属钛，锆硅合金，雾化铁粉。
耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
1)真空冶炼：配置焊料，并经真空感应熔炼，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：将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料放入加热炉内进行加热，将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料，放入初始温度≤500°C的加热炉内进行加热，升温至1180°C～1200°C并保温时间T1后，将其锻造成合金坯，冷却至常温；
4)热轧：将合金坯进行热轧，将合金坯加热至1150°C～1200°C进行热轧，每次轧制压下量为10％，控制轧制速度为61mm/min～91mm/min，经过反复加热+热轧，形成盘元丝材，在空气中冷却到室温；
5)固溶热处理：采用到温入炉的方式，当炉温达到1000°C，将盘元丝材放进炉内，待炉温达到1177°C开始计时保温，保温结束后水冷；
6)酸洗：对固溶热处理后的盘元丝材进行酸洗，对固溶热处理后的盘元丝材，先经含100～160g/L硝酸与20～50g/L氢氟酸的混合酸洗溶液进行酸洗，控制温度≤50°C，酸洗时间为10～60分钟；最后清洗表面的残酸；
7)涂层：在酸洗后的盘元丝材表面涂覆一层水溶性涂层剂，涂层后的盘元丝材自然风干；
8)冷拔：采用压力模方法拉拔盘元丝材；
9)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；
10)光亮退火：对焊丝进行光亮退火处理；
11)外镀层：在焊丝的表面进行镀层，来提升焊丝的表面质量。
进一步的，所述外处理结构：镀镍：在焊丝I的表面电镀镍层，制得焊丝II；(3)镀TiC：在焊丝II的镍层上电镀TiC镀层，制得焊丝III；(4)镀镍：在焊丝III的TiC镀层上再电镀镍层，制得核电高温镍基合金复合焊丝。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的镍基合金焊丝严格控制了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；
2、本发明的镍基合金焊丝对合金成分进行了优化，Cr、Mo、W 这三个主要元素的配比保证了焊丝的焊接性能，控制 Cr、Mo、W 等元素的含量，也有利于提高材质的塑性便于将合金加工成较细的焊丝；
3、本发明选择的TiC颗粒，既可以避免TiC颗粒过多溶解，也能有效保证TiC的晶界钉扎效应，使高温合金的晶粒得到细化并提高晶界曲折度，确保其高温塑性；
4、本发明的方案在焊丝表面电镀一层Ni-TiC-Ni复合镀层，结合复合电镀工艺参数控制，可以通过复合电镀直接将TiC颗粒均匀的引入焊缝中，既可以发挥其细化晶粒和钉扎晶界的作用，也不会提高C和Ti的元素含量，还可以显著降低DDC裂纹敏感性，且成本更低廉。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
为本发明较优实施例中耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝，包括该焊丝为镍基合金丝材，按重量百分含量计，
该焊丝的化学成分如下：Ni：50%，Cr：25%，Mo：8%，Nb：3%，Re：0.03%，Si：0.08%，Mn：0.25%，Al：0.25%，Ti：0.30%，Zr0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述焊丝为直径1.5mm的圆柱形丝材，长度大于200m。
所述焊丝中原材料主要包括：金属镍，金属铬，金属钼，金属铌，稀土氧化物，单晶硅，电解锰，金属铝，金属钛，锆硅合金，雾化铁粉。
耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
1)真空冶炼：配置焊料，并经真空感应熔炼，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5min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；
3)热锻开坯：将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料放入加热炉内进行加热，将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料，放入初始温度≤500°C的加热炉内进行加热，升温至1180°C并保温时间T1后，将其锻造成合金坯，冷却至常温；
4)热轧：将合金坯进行热轧，将合金坯加热至1150°C进行热轧，每次轧制压下量为10％，控制轧制速度为61mm/min，经过反复加热+热轧，形成盘元丝材，在空气中冷却到室温；
5)固溶热处理：采用到温入炉的方式，当炉温达到1000°C，将盘元丝材放进炉内，待炉温达到1177°C开始计时保温，保温结束后水冷；
6)酸洗：对固溶热处理后的盘元丝材进行酸洗，对固溶热处理后的盘元丝材，先经含100g/L硝酸与20g/L氢氟酸的混合酸洗溶液进行酸洗，控制温度≤50°C，酸洗时间为10分钟；最后清洗表面的残酸；
7)涂层：在酸洗后的盘元丝材表面涂覆一层水溶性涂层剂，涂层后的盘元丝材自然风干；
8)冷拔：采用压力模方法拉拔盘元丝材；
9)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；
10)光亮退火：对焊丝进行光亮退火处理；
11)外镀层：在焊丝的表面进行镀层，来提升焊丝的表面质量。
所述外处理结构：镀镍：在焊丝I的表面电镀镍层，制得焊丝II；(3)镀TiC：在焊丝II的镍层上电镀TiC镀层，制得焊丝III；(4)镀镍：在焊丝III的TiC镀层上再电镀镍层，制得核电高温镍基合金复合焊丝。
实施例2
为本发明较优实施例中耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝，包括该焊丝为镍基合金丝材，按重量百分含量计，
该焊丝的化学成分如下：Ni：55%，Cr：30%，Mo：12%，Nb：4%，Re：0.10%，Si：0.15%，Mn：0.50%，Al：0.60%，Ti：0.50%，Zr0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述焊丝为直径2mm的圆柱形丝材，长度大于220m。
所述焊丝中原材料主要包括：金属镍，金属铬，金属钼，金属铌，稀土氧化物，单晶硅，电解锰，金属铝，金属钛，锆硅合金，雾化铁粉。
耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
1)真空冶炼：配置焊料，并经真空感应熔炼，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10min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；
3)热锻开坯：将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料放入加热炉内进行加热，将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料，放入初始温度≤500°C的加热炉内进行加热，升温至1200°C并保温时间T1后，将其锻造成合金坯，冷却至常温；
4)热轧：将合金坯进行热轧，将合金坯加热至1200°C进行热轧，每次轧制压下量为10％，控制轧制速度为91mm/min，经过反复加热+热轧，形成盘元丝材，在空气中冷却到室温；
5)固溶热处理：采用到温入炉的方式，当炉温达到1000°C，将盘元丝材放进炉内，待炉温达到1177°C开始计时保温，保温结束后水冷；
6)酸洗：对固溶热处理后的盘元丝材进行酸洗，对固溶热处理后的盘元丝材，先经含160g/L硝酸与50g/L氢氟酸的混合酸洗溶液进行酸洗，控制温度≤50°C，酸洗时间为60分钟；最后清洗表面的残酸；
7)涂层：在酸洗后的盘元丝材表面涂覆一层水溶性涂层剂，涂层后的盘元丝材自然风干；
8)冷拔：采用压力模方法拉拔盘元丝材；
9)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；
10)光亮退火：对焊丝进行光亮退火处理；
11)外镀层：在焊丝的表面进行镀层，来提升焊丝的表面质量。
所述外处理结构：镀镍：在焊丝I的表面电镀镍层，制得焊丝II；(3)镀TiC：在焊丝II的镍层上电镀TiC镀层，制得焊丝III；(4)镀镍：在焊丝III的TiC镀层上再电镀镍层，制得核电高温镍基合金复合焊丝。
实施例3
为本发明较优实施例中耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝，包括该焊丝为镍基合金丝材，按重量百分含量计，
该焊丝的化学成分如下：Ni：53%，Cr：28%，Mo：10%，Nb：4%，Re：0.08%，Si：0.12%，Mn：0.35%，Al：0.40%，Ti：0.40%，Zr0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述焊丝为直径1.8mm的圆柱形丝材，长度大于210m。
所述焊丝中原材料主要包括：金属镍，金属铬，金属钼，金属铌，稀土氧化物，单晶硅，电解锰，金属铝，金属钛，锆硅合金，雾化铁粉。
耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
1)真空冶炼：配置焊料，并经真空感应熔炼，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：将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料放入加热炉内进行加热，将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料，放入初始温度≤500°C的加热炉内进行加热，升温至1190°C并保温时间T1后，将其锻造成合金坯，冷却至常温；
4)热轧：将合金坯进行热轧，将合金坯加热至1180°C进行热轧，每次轧制压下量为10％，控制轧制速度为76mm/min，经过反复加热+热轧，形成盘元丝材，在空气中冷却到室温；
5)固溶热处理：采用到温入炉的方式，当炉温达到1000°C，将盘元丝材放进炉内，待炉温达到1177°C开始计时保温，保温结束后水冷；
6)酸洗：对固溶热处理后的盘元丝材进行酸洗，对固溶热处理后的盘元丝材，先经含130g/L硝酸与30g/L氢氟酸的混合酸洗溶液进行酸洗，控制温度≤50°C，酸洗时间为30分钟；最后清洗表面的残酸；
7)涂层：在酸洗后的盘元丝材表面涂覆一层水溶性涂层剂，涂层后的盘元丝材自然风干；
8)冷拔：采用压力模方法拉拔盘元丝材；
9)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；
10)光亮退火：对焊丝进行光亮退火处理；
11)外镀层：在焊丝的表面进行镀层，来提升焊丝的表面质量。
所述外处理结构：镀镍：在焊丝I的表面电镀镍层，制得焊丝II；(3)镀TiC：在焊丝II的镍层上电镀TiC镀层，制得焊丝III；(4)镀镍：在焊丝III的TiC镀层上再电镀镍层，制得核电高温镍基合金复合焊丝。
具体实施过程：。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝，其特征在于：该焊丝为镍基合金丝材，按重量百分含量计，该焊丝的化学成分如下：
Ni：50～55%，Cr：25～30%，Mo：8～12%，Nb：3～4%，Re：0.03～0.10%，Si：0.08～0.15%，Mn：0.25～0.50%，Al：0.25～0.60%，Ti：0.30～0.50%，Zr0.02～0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述焊丝为直径1.5-2mm的圆柱形丝材，长度大于200-220m。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝，其特征在于：所述焊丝中原材料主要包括：金属镍，金属铬，金属钼，金属铌，稀土氧化物，单晶硅，电解锰，金属铝，金属钛，锆硅合金，雾化铁粉。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝，其特征在于：该焊丝的化学成分如下：Ni：53%，Cr：28%，Mo：10%，Nb：4%，Re：0.07%，Si：0.12%，Mn：0.35%，Al：0.45%，Ti：0.40%，Zr0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述焊丝为直径1.5-2mm的圆柱形丝材，长度大于210m。
4.根据权利要求1-3任一所述的耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)真空冶炼：配置焊料，并经真空感应熔炼，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：将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料放入加热炉内进行加热；
4)热轧：将合金坯进行热轧；
5)固溶热处理：采用到温入炉的方式，当炉温达到1000°C，将盘元丝材放进炉内，待炉温达到1177°C开始计时保温，保温结束后水冷；
6)酸洗：对固溶热处理后的盘元丝材进行酸洗；
7)涂层：在酸洗后的盘元丝材表面涂覆一层水溶性涂层剂，涂层后的盘元丝材自然风干；
8)冷拔：采用压力模方法拉拔盘元丝材；
9)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；
10)光亮退火：对焊丝进行光亮退火处理；
11)外镀层：在焊丝的表面进行镀层，来提升焊丝的表面质量。
5.根据权利要求4所述的耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述3)热锻开坯步骤中：将经均质化处理的铸锭表面涂覆高温涂料，放入初始温度≤500°C的加热炉内进行加热，升温至1180°C～1200°C并保温时间T1后，将其锻造成合金坯，冷却至常温。
6.根据权利要求4所述的耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述4)热轧步骤中：将合金坯加热至1150°C～1200°C进行热轧，每次轧制压下量为10％，控制轧制速度为61mm/min～91mm/min，经过反复加热+热轧，形成盘元丝材，在空气中冷却到室温。
7.根据权利要求4所述的耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述6)酸洗步骤中，对固溶热处理后的盘元丝材，先经含100～160g/L硝酸与20～50g/L氢氟酸的混合酸洗溶液进行酸洗，控制温度≤50°C，酸洗时间为10～60分钟；最后清洗表面的残酸。
8.根据权利要求4所述的耐腐蚀耐高温镍基合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述外处理结构：镀镍：在焊丝I的表面电镀镍层，制得焊丝II；(3)镀TiC：在焊丝II的镍层上电镀TiC镀层，制得焊丝III；(4)镀镍：在焊丝III的TiC镀层上再电镀镍层，制得核电高温镍基合金复合焊丝。
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