CN110977246A - 一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝及其生产工艺,该焊丝的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为≤0.03%,Si为1.4~1.7%,Mn为0.6~0.9%,P为≤0.01%,S为≤0.01%,Cr为11.6~12.0%,Ni为8.5~8.9%,Al为≤0.1%,Mo为1.8~2.2%,Ti为≤0.05%,B为≤0.003%,Zr为≤0.08%,N为≤0.025%,Ca为≤0.05%,余量为铁。本发明通过对合金成分、制造工艺进行优化,使获得的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝具有优异的力学性能、抗高温氧化性能及抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及特种焊丝技术领域,尤其涉及一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝及其生产工艺。
背景技术
在化工和工业锅炉比如发电厂锅炉领域,会用到很多管道,这些管道在工作时会处于高温、重腐蚀或者液体持续冲刷的环境,管道与管道之间的焊接与修复需要用到焊丝,所以,对于这些领域的管道焊接用焊丝,除了焊丝本身的焊接性能和成材率,焊丝的抗高温氧化性能、耐冲蚀耐腐蚀性能也是非常重要的考虑因素。目前基于国标生成的镍基焊丝,基本都不能满足这种特殊应用环境下的管道焊接需求,因此,需要对目前的镍基焊丝的元素组成及生产工艺进行优化,使其满足更高的应用需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提供一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝及其生产工艺,通过对合金成分、制造工艺进行优化,使获得的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝具有优异的力学性能、抗高温氧化性能及抗腐蚀性能。
为实现上述目的,本发明提供一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝,该焊丝的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为≤0.03%,Si为1.4~1.7%,Mn为0.6~0.9%,P为≤0.01%,S为≤0.01%,Cr为11.6~12.0%,Ni为8.5~8.9%,Al为≤0.1%,Mo为1.8~2.2%,Ti为≤0.05%,B为≤0.003%,Zr为≤0.08%,N为≤0.025%,Ca为≤0.05%,余量为铁。
进一步地,该焊丝的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为0.015%,Si为1.55%,Mn为0.75%,P≤0.01%,S≤0.01%,Cr为11.8%,Ni为8.7%,Al≤0.1%,Mo为2.0%,Ti≤0.05%,B≤0.003%,Zr≤0.08%,N≤0.02%,Ca≤0.05%,余量为铁。
本发明还提供一种制备如上所述的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,该焊丝的生产工艺包括以下步骤:
(1)备料:按设计成分配料,采用全新料生产,且所有材料、浇注用耐材、脱氧剂严格烘烤,确保无油无杂质;
(2)真空炉冶炼:将全新原料投入真空炉,对真空炉抽真空,真空度低于3Pa时送电熔炼,并浇注形成铸锭;
(3)锻造:将该铸锭锻造成50mm×50mm锻件,加热温度为1160~1180℃,,终锻温度≥900℃,且该锻件表面打磨干净,无裂纹和翘皮缺陷;
(4)热轧:将该锻件热轧成Φ7.5mm的盘条,热轧加热温度1160~1190℃;
(5)热处理:固溶热处理温度为980~1050℃,保温1h~1.5h后出炉水冷;
(6)冷拔:对热处理后的盘条进行冷拔处理,成品焊丝的卷内径为300~400mm,每卷净重20-30Kg之间,每卷的焊接点小于等于1个;
(7)检验:包括其尺寸、化学分析、表面质量、探伤、标识、包装。
进一步地,该步骤(2)中,先小功率熔化然后大功率熔化,精炼时间大于35min。
进一步地,该步骤(2)中,还包括:将碳块破碎,按0.25%配入加入坩埚底部。
进一步地,Si为结晶硅,Mn为电解锰,铁为纯铁,且该纯铁表面光亮。
进一步地,该步骤(6)中,避免使用石墨型拉伸润滑剂。
进一步地,该钢锭规格为38Kg。
进一步地,该步骤(6)中,该焊接点连接的两段焊丝必须为同炉号钢丝。
进一步地,该步骤(6)中,冷拔过程采用多道次拉拔,且每次拉拔线材的减径量在0.05-0.08mm之间。
与现有技术相比,本发明的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝对合金中的元素及其含量进行了严格的控制,例如对Si和Mn元素的严格的控制,有利于提高材质的塑性,便于将合金加工成较细的焊丝,Ni、Cr、Mo这三个主要元素的配比保证了焊丝的焊接性能;加入适量Zr元素能够提高材料高温持久强度和使用寿命;并且Zr是形成陶瓷氧化膜的主要元素,Ti能防止AL2O3的形成而促进Zr2O的形成;而且采用真空炉冶炼有利于降低降低气体含量与有害元素含量,同时令存在的Ti等元素不易氧化;进而使制得的焊丝力学性能好,具有优异的抗高温氧化及抗腐蚀性能。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解,兹配合实施例详细说明如下。
本发明提供一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝,该焊丝的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为≤0.03%,Si为1.4~1.7%,Mn为0.6~0.9%,P为≤0.01%,S为≤0.01%,Cr为11.6~12.0%,Ni为8.5~8.9%,Al为≤0.1%,Mo为1.8~2.2%,Ti为≤0.05%,B为≤0.003%,Zr为≤0.08%,N为≤0.025%,Ca为≤0.05%,余量为铁。其中,较佳地,该焊丝的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为0.015%,Si为1.55%,Mn为0.75%,P≤0.01%,S≤0.01%,Cr为11.8%,Ni为8.7%,Al≤0.1%,Mo为2.0%,Ti≤0.05%,B≤0.003%,Zr≤0.08%,N≤0.02%,Ca≤0.05%,余量为铁。
此外,本发明还提供一种制备如上所述的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,该焊丝的生产工艺包括以下步骤:
(1)备料:按设计成分配料,采用全新料生产,且所有材料、浇注用耐材、脱氧剂严格烘烤,确保无油无杂质,同时做好烘烤记录;而且,各材料需做到能看见本色。
(2)真空炉冶炼:将全新原料投入真空炉,对真空炉抽真空,真空度低于3Pa时送电熔炼,先小功率熔化然后大功率熔化,精炼时间大于35min,并浇注形成铸锭。而且,本步骤中,还可以将碳块破碎,按0.25%配入加入真空炉的坩埚底部。另外,Si采用结晶Si不要用硅钙,锰采用电解金属锰,金属Cr使用要注意看质保书中Al含量,避免导致Al元素过量,而且纯铁必须表面见光。
(3)锻造:将该铸锭锻造成50mm×50mm锻件,加热温度为1160~1180℃,,终锻温度≥900℃,且该锻件表面打磨干净,无裂纹和翘皮缺陷。
(4)热轧:将该锻件热轧成Φ7.5mm的盘条,热轧加热温度1160~1190℃。
(5)热处理:固溶热处理温度为980~1050℃,保温1h~1.5h后出炉水冷。
(6)冷拔:对热处理后的盘条进行冷拔处理,成品焊丝的卷内径为300~400mm,每卷净重20-30Kg之间,每卷的焊接点小于等于1个,该焊接点连接的两段焊丝必须为同炉号钢丝。其中,拉拔过程应避免使用石墨型拉伸润滑剂,如有需要可采用碱洗、酸洗去除。而且,成品焊丝表面无油污、水渍等。
再者,为保证拉拔质量,冷拔过程采用多道次拉拔,且每次拉拔线材的减径量在0.05-0.08mm之间。
(7)检验:包括其尺寸、化学分析、表面质量、探伤、标识、包装。
其中,本发明的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝中主要元素的作用如下:
(1)C:固溶强化元素,可以提高奥氏体不锈钢焊缝强度。但是随着含量增加,焊缝金属中开始析出碳化物,降低焊缝的抗腐蚀能力。因此C的含量应为≤0.04%。
(2)Si:在焊缝的表面形成氧化膜,提高焊缝在高温时的抗氧化性,同时还是良好的脱氧剂,并可以增加熔渣和熔化金属的流动性。但是在凝固时会发生偏析而形成低熔点共晶组分,特别是和Ni组合后,为此控制焊带Si为0.25~0.45%。
(3)Mn:为有益的合金元素,由于Mn可以增加固液相的界面能,减小晶界液膜的形成,降低结晶过程热裂纹的敏感性,从而减轻S、P杂质元素的有害影响。Mn的加入还可以影响基本的固溶度,夹杂物的形成、数量、低熔点相的液化温度等。
(4)P,S:P,S等有害元素能增加堆焊金属热裂纹的敏感性,同时又会引起晶界的脆化,增加DDC敏感性。
(5)N:N元素的存在也可以强化不锈钢,同时可以大幅度提高不锈钢的耐点蚀能力,但N元素的存在同样恶化不锈钢的室温韧性,因此N元素的含量应得到合理的控制。
(6)Ti:脱氧元素,Ti元素与C、N元素的化学亲和力比Cr元素更强,因此在高温条件下可以大量地与C、N元素反应生成稳定的化合物,从而防止了Cr元素由于Cr(C,N)的生成而导致的局部含量降低以及耐蚀性能的下降。但过量Ti元素的加入会导致铁素体不锈钢表面质量的恶化,因此Ti元素应当在满足性能要求的前提下以适当比例加入。
(7)Cr影响荷性应力腐蚀的关键因素,不锈钢中Cr元素含量的增加可以显著提高材料的各种耐蚀性能,包括点蚀性能、缝隙腐蚀性能、应力腐蚀性能以及晶间腐蚀性能等。但过量Cr元素的加入会导致原材料成本的提高,对于不锈钢的生产过程也会带来很大的困难,Cr元素的过量会导致大量的金属间化合物析出物在不同的温度范围产生,严重恶化铁素体不锈钢的室温力学性能和耐蚀性能,因此Cr元素含量必须控制在合理的范围。
(8)Zr:形成陶瓷特性的Zr2O薄膜,防止材料的高温氧化和酸性腐蚀;另外,当Ti和Zr超出一定量时可锻性极其恶劣,锻造炸头严重,探伤后合格率较低。。
(9)Ni:Ni与其他元素形成奥氏体晶格,高温不发生相变,在高温下稳定性好。Ni为奥氏体化元素,可以提供良好的综合性能,稳定性好,高温下可以与Cr形成固溶体,具有比较高的高温强度,在常温时具有高的塑性,良好的加工工艺性能。
(10)Mo:Mo元素的耐腐蚀能力是Cr元素的三倍,Mo元素的存在极大地提高铁素体不锈钢的各种耐蚀性能。但是由于Mo元素的价格昂贵,在铁素体不锈钢中Mo元素的大量加入会极大的提高原材料的成本,因此Mo元素的含量必须得到严格控制。
(11)B:B是提高钢的淬透性的元素。
(12)Al:Al也是抗氧化的重要合金元素,含Al的焊丝在其表面能形成一层保护性良好的Al2O3膜,起到良好的抗氧化作用,但钢中Al含量过高,会使得钢难于塑性加工和焊接。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。
下表1为本发明的三个实施例的具体元素组成及各成分的重量百分比含量。
单位:重量百分比(%)
备注:其余为Fe及不可避免杂质,表1中未列出。
其中,本发明的上述各实施例的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺均采用如下步骤:
本发明提供一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝,该焊丝的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为≤0.03%,Si为1.4~1.7%,Mn为0.6~0.9%,P为≤0.01%,S为≤0.01%,Cr为11.6~12.0%,Ni为8.5~8.9%,Al为≤0.1%,Mo为1.8~2.2%,Ti为≤0.05%,B为≤0.003%,Zr为≤0.08%,N为≤0.025%,Ca为≤0.05%,余量为铁。其中,较佳地,该焊丝的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为0.015%,Si为1.55%,Mn为0.75%,P≤0.01%,S≤0.01%,Cr为11.8%,Ni为8.7%,Al≤0.1%,Mo为2.0%,Ti≤0.05%,B≤0.003%,Zr≤0.08%,N≤0.02%,Ca≤0.05%,余量为铁。
此外,本发明还提供一种制备如上所述的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,该焊丝的生产工艺包括以下步骤:
(1)备料:按设计成分配料,采用全新料生产,且所有材料、浇注用耐材、脱氧剂严格烘烤,确保无油无杂质,同时做好烘烤记录;而且,各材料需做到能看见本色。
(2)真空炉冶炼:将全新原料投入真空炉,对真空炉抽真空,真空度低于3Pa时送电熔炼,先小功率熔化然后大功率熔化,精炼时间大于35min,并浇注形成钢锭,钢锭规格为38Kg。而且,本步骤中,还可以将碳块破碎,按0.25%配入加入真空炉的坩埚底部。另外,Si采用结晶Si不要用硅钙,锰采用电解金属锰,金属Cr使用要注意看质保书中Al含量,避免导致Al元素过量,而且纯铁必须表面见光。
(3)锻造:将该铸锭锻造成50mm×50mm锻件,加热温度为1160~1180℃,,终锻温度≥900℃,且该锻件表面打磨干净,无裂纹和翘皮缺陷。
(4)热轧:将该锻件热轧成Φ7.5mm的盘条,热轧加热温度1160~1190℃。
(5)热处理:固溶热处理温度为980~1050℃,保温1h~1.5h后出炉水冷。
(6)冷拔:对热处理后的盘条进行冷拔处理,成品焊丝的卷内径为300~400mm,每卷净重20-30Kg之间,每卷的焊接点小于等于1个,该焊接点连接的两段焊丝必须为同炉号钢丝。而且,成品焊丝表面无油污、水渍等。再者,为保证拉拔质量,冷拔过程采用多道次拉拔,且每次拉拔线材的减径量在0.05-0.08mm之间。
(7)检验:包括其尺寸、化学分析、表面质量、探伤、标识、包装。其中焊丝成品的规格尺寸为Φ1.2mm。
本发明的上述各实施例制得的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝在制成Φ1.2mm线材时,抗拉强度在大于1000MPa,具有极优异的力学性能。具体可参加下表2。
表2:H40Ni45Cr35Nb焊丝性能测试结果
本发明的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝对合金中的元素及其含量进行了严格的控制,例如对Si和Mn元素的严格的控制,有利于提高材质的塑性,便于将合金加工成较细的焊丝,Ni、Cr、Mo这三个主要元素的配比保证了焊丝的焊接性能;加入适量Zr元素能够提高材料高温持久强度和使用寿命;并且Zr是形成陶瓷氧化膜的主要元素,Ti能防止AL2O3的形成而促进Zr2O的形成;而且采用真空炉冶炼有利于降低降低气体含量与有害元素含量,同时令存在的Ti等元素不易氧化;进而使制得的焊丝力学性能好,具有优异的抗高温氧化及抗腐蚀性能,能够满足石油化工行业对于电解管、流体管等焊接的要求。
本发明已由上述相关实施例加以描述,然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是,已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地,在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰,均属本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝,其特征在于,该焊丝的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为≤0.03%,Si为1.4~1.7%,Mn为0.6~0.9%,P为≤0.01%,S为≤0.01%,Cr为11.6~12.0%,Ni为8.5~8.9%,Al为≤0.1%,Mo为1.8~2.2%,Ti为≤0.05%,B为≤0.003%,Zr为≤0.08%,N为≤0.025%,Ca为≤0.05%,余量为铁。
2.如权利要求1所述的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝,其特征在于,该焊丝的化学组成及各成分的重量百分比含量为: C为0.015%,Si为1.55%,Mn为0.75%,P≤0.01%,S≤0.01%,Cr为11.8%,Ni为8.7%,Al≤0.1%,Mo为2.0%,Ti≤0.05%,B≤0.003%,Zr≤0.08%,N≤0.02%,Ca≤0.05%,余量为铁。
3.一种制备如权利要求1或2所述的H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,其特征在于,该焊丝的生产工艺包括以下步骤:
(1)备料:按设计成分配料,采用全新料生产,且所有材料、浇注用耐材、脱氧剂严格烘烤,确保无油无杂质;
(2)真空炉冶炼:将全新原料投入真空炉,对真空炉抽真空,真空度低于3Pa时送电熔炼,并浇注形成铸锭;
(3)锻造:将该铸锭锻造成50 mm×50 mm锻件,加热温度为1160~1180℃,,终锻温度≥900℃,且该锻件表面打磨干净,无裂纹和翘皮缺陷;
(4)热轧:将该锻件热轧成Φ7.5mm的盘条,热轧加热温度1160~1190℃;
(5)热处理:固溶热处理温度为980~1050℃,保温1h~1.5h后出炉水冷;
(6)冷拔:对热处理后的盘条进行冷拔处理,成品焊丝的卷内径为300~400mm,每卷净重20-30Kg之间,每卷的焊接点小于等于1个;
(7)检验:包括其尺寸、化学分析、表面质量、探伤、标识、包装。
4.如权利要求3所述的一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,其特征在于,该步骤(2)中,先小功率熔化然后大功率熔化,精炼时间大于35min。
5.如权利要求3所述的一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,其特征在于,该步骤(2)中,还包括:将碳块破碎,按0.25%配入加入坩埚底部。
6.如权利要求3所述的一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,其特征在于,Si为结晶硅,Mn为电解锰,铁为纯铁,且该纯铁表面光亮。
7.如权利要求3所述的一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,其特征在于,该步骤(6)中,避免使用石墨型拉伸润滑剂。
8.如权利要求3所述的一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,其特征在于,该钢锭规格为38Kg。
9.如权利要求3所述的一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,其特征在于,该步骤(6)中,该焊接点连接的两段焊丝必须为同炉号钢丝。
10.如权利要求3所述的一种H00Cr12Ni9Mo2Si焊丝的生产工艺,其特征在于,该步骤(6)中,冷拔过程采用多道次拉拔,且每次拉拔线材的减径量在0.05-0.08mm之间。
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