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