CN115852205A - 一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镍合金焊丝技术领域，具体涉及一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金丝材。ER3556镍合金焊丝化学成分中的过渡金属Co元素的百分含量达到了16‑21％，Co元素含量过高，大大增加了镍合金焊丝的生产成本，导致ER3556镍合金焊丝的价格居高不下。本发明提供一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金丝材Cr22Ni50Mo9CoW，其化学成分中Co元素的百分含量仅为0.5‑2.0％，显著降低了母材为GH3536合金的多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝的材料成本；且具有较好的耐高温、耐腐蚀效果，可以替代ER3556镍合金焊丝作为GH3536合金制压力容器封口与封底的焊接材料。
Description
技术领域
本发明涉及镍合金焊丝技术领域，具体涉及一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金丝材。
背景技术
在多晶硅行业中，根据不同介质的要求，压力容器的选材设计要求有足够的强度、刚度、使用寿命及与介质的相容性来满足不同的工况。需综合考虑压力容器的化学成分、力学性能以及工艺性能，同时还应考虑到压力容器的焊接性能。
对于多晶硅领域中以GH3536合金作为压力容器转筒的母材，其封口与封底焊接时常用的材料为美国进口的ER3556镍合金焊丝，所述ER3556镍合金焊丝化学成分中的过渡金属Co元素的百分含量达到了16-21％，Co元素含量过高，大大增加了镍合金焊丝的生产成本，导致ER3556镍合金焊丝的价格也是居高不下。ER3556镍合金焊丝的化学成分如下表所示：
表1
很长一段时间内，国内针对GH3536合金制压力容器转筒封口与封底的焊接还没有出现可以替代ER3556镍合金焊丝的产品。为了摆脱对国外进口ER3556镍合金焊丝的依赖，有必要研发出一款焊接效果与之媲美的镍合金焊丝。
经过反复试验合调整，本发明终于获得了一款耐高温、耐腐蚀以及焊接效果与ER3556镍合金焊丝相差无几的低成本镍合金焊丝Cr22Ni50Mo9CoW(自定义牌号)。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金丝材，以质量百分数计，包括以下化学成分：
具体地，所述的一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝，以质量百分数计，包括以下化学成分：
具体地，所述的一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝，其制备方法包括以下步骤：
(1)合金熔炼：按照配方量进行配料，计算出各中间合金的质量，将作为原料的中间合金投入真空感应炉熔炼，真空度需达到6.5×10-2Pa以上，并浇注成电极棒；
(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10-15min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；
(3)热锻开坯：将步骤(2)所述合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内加热，升温至1180-1250℃，保温50-60min，保温结束后进行锻造，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温；
(4)热轧退火：将步骤(3)所述的合金坯加热至1150-1180℃，热轧成盘元丝材，冷却至常温；
(5)酸洗、修磨：将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后表面修磨至光滑；
(6)拉制：采用现有的冷拉工艺，将盘元丝材逐级拉细，直至丝材直径≤3mm；
(7)氢退处理：将冷拉后的盘元丝材进行氢退处理。
具体地，所述热锻开坯过程中的终锻温度不低于950℃。
具体地，所述冷拉工艺需经过4-6级拉拔道次将热轧后的盘元丝材逐级拉细至直径≤3mm，即得到镍合金焊丝Cr22Ni50Mo9CoW。
有益效果
(1)本发明所获镍合金焊丝Cr22Ni50Mo9CoW，其化学成分中Co元素的百分含量仅为0.5-2.0％，相较ER3556镍合金焊丝成分中的Co含量发生跳跃式大幅度下降，显著降低了母材为GH3536合金的多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝的生产成本；
(2)本发明所获镍合金焊丝Cr22Ni50Mo9CoW具有较好的耐高温、耐腐蚀效果，可以替换ER3556镍合金焊丝作为GH3536合金制压力容器封口与封底的焊接材料。
具体实施方式
实施例1
(1)合金熔炼：根据焊丝中合金的组分和质量百分比进行配料，计算出各组分的中间合金的重量，将作为原料的中间合金投入真空感应炉中进行熔炼，在熔炼的过程中对合金的成分不断检测和控制，浇注成合金锭时，每100kg合金溶液中含C：0.05Kg，P：0.002Kg，S：0.002Kg，Si：0.05Kg，Cr：21Kg，W：0.2Kg，Co：0.5Kg，Mo：8Kg，Mn：0.1Kg，Fe：18Kg，B：0.001Kg，N：0.005Kg，Nb：0.005Kg，Ta：0.005Kg，Al：0.01Kg，Ni：余量，合金溶液浇注成合金锭；
(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：将步骤(2)所述合金锭放入初始温度600℃的加热炉内加热，升温至1180℃，保温50min，保温结束后进行锻造，终锻温度为950℃，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温；
(4)热轧退火：将步骤(3)所述的合金坯加热至1150℃，热轧成盘元丝材，冷却至常温；
(5)酸洗、修磨：将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后表面修磨至光滑；
(6)拉制：采用现有的常规冷拉工艺，冷拉工艺需经过6级拉拔道次将热轧后的盘元丝材逐级拉细至直径为1.2mm；
(7)氢退处理：将冷拉后的盘元丝材进行常规去氢处理后，即得牌号为丝Cr22Ni50Mo9CoW的镍合金焊丝。
实施例2
(1)合金熔炼：根据焊丝中合金的组分和质量百分比进行配料，计算出各组分的中间合金的重量，将作为原料的中间合金投入真空感应炉中进行熔炼，在熔炼的过程中对合金的成分不断检测和控制，浇注成合金锭时，每100kg合金溶液中含C：0.1Kg，P：0.003Kg，S：0.005Kg，Si：0.1Kg，Cr：23Kg，W：0.5Kg，Co：2Kg，Mo：10Kg，Mn：0.5Kg，Fe：20Kg，B：0.01Kg，N：0.01Kg，Nb：0.02Kg，Ta：0.02Kg，Al：0.05Kg，Ni：余量，合金溶液浇注成合金锭；
(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15min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；
(3)热锻开坯：将步骤(2)所述合金锭放入初始温度600℃的加热炉内加热，升温至1250℃，保温60min，保温结束后进行锻造，终锻温度为950℃，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温；
(4)热轧退火：将步骤(3)所述的合金坯加热至1180℃，热轧成盘元丝材，冷却至常温；
(5)酸洗、修磨：将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后表面修磨至光滑；
(6)拉制：采用现有的常规冷拉工艺，冷拉工艺需经过6级拉拔道次将热轧后的盘元丝材逐级拉细至直径为1.2mm；
(7)氢退处理：将冷拉后的盘元丝材进行常规去氢处理后，即得牌号为丝Cr22Ni50Mo9CoW的镍合金焊丝。
实施例3
(1)合金熔炼：根据焊丝中合金的组分和质量百分比进行配料，计算出各组分的中间合金的重量，将作为原料的中间合金投入真空感应炉中进行熔炼，在熔炼的过程中对合金的成分不断检测和控制，浇注成合金锭时，每100kg合金溶液中含C：0.08Kg，P：0.0023Kg，S：0.0012Kg，Si：0.2Kg，Cr：22Kg，W：1Kg，Co：1.5Kg，Mo：9Kg，Mn：0.2Kg，Fe：18.5Kg，B：0.01Kg，N：0.01Kg，Nb：0.02Kg，Ta：0.05Kg，Al：0.1Kg，Ni：余量，合金溶液浇注成合金锭；
(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12min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；
(3)热锻开坯：将步骤(2)所述合金锭放入初始温度600℃的加热炉内加热，升温至1200℃，保温60min，保温结束后进行锻造，终锻温度为950℃，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温；
(4)热轧退火：将步骤(3)所述的合金坯加热至1170℃，热轧成盘元丝材，冷却至常温；
(5)酸洗、修磨：将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后表面修磨至光滑；
(6)拉制：采用现有的常规冷拉工艺，冷拉工艺需经过6级拉拔道次将热轧后的盘元丝材逐级拉细至直径为1.2mm；
(7)氢退处理：将冷拉后的盘元丝材进行常规去氢处理后，即得牌号为丝Cr22Ni50Mo9CoW的镍合金焊丝。
对比例1同实施例3，不同之处在于，对比例1中未添加Fe元素。
对比例2同实施例3，不同之处在于，对比例2中Fe元素的添加量为每100kg合金溶液含10Kg Fe元素。
对比例3同实施例3，不同之处在于，对比例3中Mo元素的添加量为每100kg合金溶液含4Kg Mo元素。
对比例4同实施例3，不同之处在于，对比例3中W元素的添加量为每100kg合金溶液含2Kg W元素。
对比例5为市售进口ER3556镍合金焊丝，直径为1.2mm。
应用
将实施例1-3以及对比例1-5的镍合金焊丝对压力容器转筒GH3536合金母材的封口与封底进行熔化极惰性气体保护(MIG)焊接接头试验，焊接工艺参数：电弧电压28V，焊接电流230V，焊接速度600mm/min，焊丝伸出长度20mm，保护气体100％Ar。按照GB/T2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》在350℃下对焊接接头进行高温力学性能测试。采用ASTMG28-A法对进行耐腐蚀试验测试，试验时间为120小时。具体试验结果见表2。根据表2可以看出，本发明的一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝具有较好的耐高温、耐腐蚀性能，性能均优于对比例1-5，可以替代ER3556镍合金焊丝作为GH3536合金制压力容器封口与封底的焊接材料。
表2
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝，其特征在于，以质量百分数计，包括以下化学成分：
C 0.05-0.1％
Si 0.05-0.2％
Cr 21-23％
Co 0.5-2.0％
Mo 8-10％
Mn 0.1-0.5％
W 0.2-1.0％
Fe 18-20％
B 0.001-0.01％
N 0.005-0.01％
Nb 0.005-0.02％
Ta 0.005-0.05％
Al 0.01-0.1％
S≤0.005％
P≤0.005％
余量为Ni和不可避免的夹杂。
2.根据权利要求1所述的一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝，其特征在于，以质量百分数计，包括以下化学成分：
C 0.08％
Si 0.1％
Cr 22％
Co 1.5％
Mo 9％
Mn 0.2％
W 0.5％
Fe 18.2％
B 0.01％
N 0.01％
Nb 0.02％
Ta 0.02％
Al 0.05％
S 0.0012％
P 0.0023％
余量为Ni和不可避免的夹杂。
3.根据权利要求1或2所述的一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
(1)合金熔炼：按照配方量进行配料，计算出各中间合金的质量，将作为原料的中间合金投入真空感应炉熔炼，真空度需达到6.5×10-2Pa以上，并浇注成电极棒；
(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10-15min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；
(3)热锻开坯：将步骤(2)所述合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内加热，升温至1180-1250℃，保温50-60min，保温结束后进行锻造，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温；
(4)热轧退火：将步骤(3)所述的合金坯加热至1150-1180℃，热轧成盘元丝材，冷却至常温；
(5)酸洗、修磨：将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后表面修磨至光滑；
(6)拉制：采用现有的冷拉工艺，将盘元丝材逐级拉细，直至丝材直径≤3mm；
(7)氢退处理：将冷拉后的盘元丝材进行氢退处理。
4.根据权利要求3所述的一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝，其特征在于，所述热锻开坯过程中的终锻温度不低于950℃。
5.根据权利要求3所述的一种提炼多晶硅压力容器装备用镍合金焊丝，其特征在于，所述冷拉工艺需经过4-6级拉拔道次将热轧后的盘元丝材逐级拉细至直径≤3mm，即得到镍合金焊丝Cr22Ni50Mo9CoW。
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