CN103567664A - 钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝及其制备方法 - Google Patents

钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝及其制备方法，按照重量百分比由以下组分组成：Ni52-58%，C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，余量为Ti，以上组分的重量百分比之和为100%。本发明钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝，可将复合板钛层与管线钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-管线钢复合板的熔焊对接，且焊接接头具有优良的强韧性；其直径小，既可采用手工钨极氩弧焊焊接，又可采用熔化极氩弧焊焊接；且焊丝合金种类少，制备工艺简单，便于进行大规模生产。

Description

钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，涉及一种钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝，本发明还涉及该钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝的制备方法。
背景技术
钛-管线钢复合板是一种新型***双金属复合板，集钛、管线钢优点于一身，既具有钛的强耐腐蚀性，又具有管线钢的高强韧性。将该复合板应用于油气运输管道上，既解决了单一管线钢管道易被腐蚀的难点，又解决了用单一耐腐蚀材料制造油气运输管道成本过高的问题。然而，由于Ti、Fe物理、化学特性差异较大，极易生成高脆性金属间化合物，使得钛-管线钢复合板难以熔焊连接，严重阻碍了其在油气管道上的应用。目前，关于钛-管线钢复合板的对接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，尚未见关于其熔焊连接焊接材料的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝，解决了现有钛-管线钢复合板无法熔焊对接的问题。
本发明的另一目的是提供上述钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝，按照重量百分比由以下组分组成：Ni52-58%，C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，余量为Ti，以上组分的重量百分比之和为100%。
本发明所采用的另一技术方案是，钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，熔炼
按照重量百分比分别称取纯镍粉52-58%，海绵钛42-48%；将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，然后将钢液温度降至1550℃后充入氩气使炉内压强达到300-380mmHg；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，浇注到铸锭模中，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为：C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，Ni52-58%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100%；
步骤2，拔丝
采用空气锤在1100-1200℃下将步骤1得到的铸锭锻造成50mm×50mm的方坯料，再在1100-1200℃下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、烘干、热处理后逐级拉拔，形成Φ1.2-1.6mm的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝。
本发明的特点还在于，
步骤1中精炼的温度为1680℃，时间为20min。
步骤1中钢液的出钢温度为1480℃，浇注过程中要使钢液温度保持在1480℃，同时注意钢液表面平静，浇注均匀。
步骤2中酸洗时使用的酸洗溶液为体积分数为20%硫酸、10%硝酸和5%盐酸配制成的水溶液；烘干温度为200℃，时间为0.5h；热处理温度为880-980℃，时间为1h。
本发明的有益效果是，
1.本发明钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝，可将复合板钛层与管线钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-管线钢复合板的熔焊对接，且焊接接头具有优良的强韧性。
2.本发明钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝直径小，既可采用手工钨极氩弧焊焊接，又可采用熔化极氩弧焊焊接；且焊丝合金种类少，制备工艺简单，便于进行大规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例1的熔敷金属金相图；
图2是本发明实施例4的熔敷金属金相图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝，按照重量百分比由以下组分组成：Ni52-58%，C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，余量为Ti，以上组分的重量百分比之和为100%。
上述钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，熔炼
按照重量百分比分别称取纯镍粉52-58%，海绵钛42-48%；将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680℃，时间为20min，然后将钢液温度降至1550℃后充入氩气使炉内压强达到300-380mmHg；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480℃，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480℃，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为：C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，Ni52-58%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100%；
步骤2，拔丝
采用空气锤在1100-1200℃下将步骤1得到的铸锭锻造成50mm×50mm的方坯料，再在1100-1200℃下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200℃干燥0.5h、热处理（温度880-980℃，时间1h）后逐级拉拔，形成Φ1.2-1.6mm的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝。
本发明钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝，可将复合板钛层与管线钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-管线钢复合板的熔焊对接，且焊接接头具有优良的强韧性。
本发明钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝直径小，既可采用手工钨极氩弧焊焊接，又可采用熔化极氩弧焊焊接；且焊丝合金种类少，制备工艺简单，便于进行大规模生产。
实施例1
步骤1，熔炼
按照重量百分比分别称取纯镍粉52%，海绵钛48%；将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680℃，时间为20min，然后将钢液温度降至1550℃后充入氩气使炉内压强达到350mmHg；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480℃，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480℃，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为：C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，Ni52%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100%；
步骤2，拔丝
采用空气锤在1100℃下将步骤1得到的铸锭锻造成50mm×50mm的方坯料，再在1100℃下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200℃干燥0.5h、热处理（温度920℃，时间1h）后逐级拉拔，形成Φ1.6mm的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝。
采用实施例1制备的Ti-Ni焊丝，配合钛层焊丝（纯钛丝）及管线钢焊丝（YCGX80）焊接钛-管线钢（TA1-X80）复合板，焊接工艺为：复合板开单V形坡口（钢层在上、钛层在下），坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层与过渡层均采用手工钨极氩弧焊，焊接电流分别为：80-100A、100-130A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A。
经测试焊接接头力学性能为：抗拉强度501MPa，屈服强度393MPa，断后延伸率9.5%，断面收缩率32%，室温冲击功32J。
焊缝区熔敷金属金相图如图1所示，由图1可知，TA1焊缝与Ti-Ni过渡层焊缝以不规则的块状或片状组织相互渗透，穿插衔接，其界面为一宽约100μm的过渡带；Ti-Ni焊缝与X80钢焊缝以块状组织相互连接，其界面呈线状，无明显过渡带，但Ti-Ni焊缝在靠近X80钢侧有一50-100μm的条状或针状组织区，该组织与X80钢的针状铁素体组织具有较好的衔接性。
实施例2
步骤1，熔炼
按照重量百分比分别称取纯镍粉54%，海绵钛46%；将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680℃，时间为20min，然后将钢液温度降至1550℃后充入氩气使炉内压强达到360mmHg；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480℃，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480℃，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为：C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，Ni54%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100%；
步骤2，拔丝
采用空气锤在1150℃下将步骤1得到的铸锭锻造成50mm×50mm的方坯料，再在1150℃下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200℃干燥0.5h、热处理（温度980℃，时间1h）后逐级拉拔，形成Φ1.4mm的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝。
采用实施例2制作的Ti-Ni焊丝，配合钛层焊丝（纯钛丝）及管线钢焊丝（YCGX80）焊接钛-管线钢（TA1-X80）复合板，焊接工艺为：复合板开单V形坡口（钢层在上、钛层在下），坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层与过渡层均采用手工钨极氩弧焊，焊接电流分别为：80-100A、105-135A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A。
焊接接头力学性能为：抗拉强度495MPa，屈服强度398MPa，断后延伸率10.5%，断面收缩率33%，室温冲击功33J。
实施例3
步骤1，熔炼
按照重量百分比分别称取纯镍粉56%，海绵钛44%；将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680℃，时间为20min，然后将钢液温度降至1550℃后充入氩气使炉内压强达到300mmHg；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480℃，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480℃，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为：C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，Ni56%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100%；
步骤2，拔丝
采用空气锤在1180℃下将步骤1得到的铸锭锻造成50mm×50mm的方坯料，再在1180℃下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200℃干燥0.5h、热处理（温度880℃，时间1h）后逐级拉拔，形成Φ1.2mm的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝。
采用实施例3制作的Ti-Ni焊丝，配合钛层焊丝（纯钛丝）及管线钢焊丝（YCGX80）焊接钛-管线钢（TA1-X80）复合板，焊接工艺为：复合板开单V形坡口（钢层在上、钛层在下），坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层采用手工钨极氩弧焊，过渡层均采用熔化极氩弧焊，焊接电流分别为：80-100A、100-130A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A。
焊接接头力学性能为：抗拉强度497MPa，屈服强度396MPa，断后延伸率10%，断面收缩率33%，室温冲击功32.5J。
实施例4
步骤1，熔炼
按照重量百分比分别称取纯镍粉58%，海绵钛42%；将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680℃，时间为20min，然后将钢液温度降至1550℃后充入氩气使炉内压强达到380mmHg；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480℃，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480℃，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为：C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，Ni58%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100%；
步骤2，拔丝
采用空气锤在1200℃下将步骤1得到的铸锭锻造成50mm×50mm的方坯料，再在1200℃下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200℃干燥0.5h、热处理（温度950℃，时间1h）后逐级拉拔，形成Φ1.2mm的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝。
采用实施例4制作的Ti-Ni焊丝，配合钛层焊丝（纯钛丝）及管线钢焊丝（YCGX80）焊接钛-管线钢（TA1-X80）复合板，焊接工艺为：复合板开单V形坡口（钢层在上、钛层在下），坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层采用手工钨极氩弧焊，过渡层均采用熔化极氩弧焊，焊接电流分别为：80-100A、105-135A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A。
焊接接头力学性能为：抗拉强度492MPa，屈服强度394MPa，断后延伸率11%，断面收缩率34%，室温冲击功34J。
焊缝区熔敷金属金相图如图2所示，由图2可知，Ti-Ni焊缝与TA1焊缝连接良好，界面呈线状，Ti-Ni焊缝在靠近界面处为树枝状或块状组织；Ti-Ni焊缝与X80钢焊缝界面呈线状，在界面处两侧焊缝以细条状或针状穿插连接，整个焊缝过渡均匀，衔接良好。

Claims (5)

1.钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝，其特征在于，按照重量百分比由以下组分组成：Ni52-58%，C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，余量为Ti，以上组分的重量百分比之和为100%。
2.钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，熔炼
按照重量百分比分别称取纯镍粉52-58%，海绵钛42-48%；将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，然后将钢液温度降至1550℃后充入氩气使炉内压强达到300-380mmHg；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，浇注到铸锭模中，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为：C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，Ni52-58%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100%；
步骤2，拔丝
采用空气锤在1100-1200℃下将步骤1得到的铸锭锻造成50mm×50mm的方坯料，再在1100-1200℃下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、烘干、热处理-干法拉丝-后逐级拉拔，形成Φ1.2-1.6mm的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝。
3.根据权利要求2所述的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤1中精炼的温度为1680℃，时间为20min。
4.根据权利要求2所述的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤1中钢液的出钢温度为1480℃，浇注过程中钢液温度保持在1480℃，同时注意钢液表面平静，浇注均匀。
5.根据权利要求2所述的钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中酸洗时使用的酸洗溶液为体积分数为20%硫酸、10%硝酸和5%盐酸配制成的水溶液；烘干温度为200℃，时间为0.5h；热处理温度为880-980℃，时间为1h。
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