将Cr28Ni48W5镍基合金制备镍基合金焊丝的方法

摘要

本发明涉及一种将Cr28Ni48W5镍基合金制备镍基合金焊丝的方法，其合金的组分及质量百分比为C：0.4%~0.45%，Mn：1.0%~1.5%，Si：0.15%~1.2%，P≤0.025%，S≤0.02%，Cr：28%~30%，Ni：49%~51%，Co≤0.1%，Mo≤0.1%，Ti≤0.1%，Al≤0.1%，W：4.0%~5.0%，其余为铁；制备方法是通过合金熔炼—电渣重熔—热锻开坯—热轧退火—酸洗、修磨—冷拉—氢退，电渣重熔采用CaF2、Al2O3、CaO渣系。本发明的镍基合金焊丝的制备方法可以制得性能满足要求的较细焊丝，成材率高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备镍基合金焊丝的方法，属于合金技术领域。

背景技术

Cr28Ni48W5镍基合金，有很高耐高温性能，可以制成焊丝用于修复耐高温金属材 料。但是Cr28Ni48W5合金中铬元素含量较高并含有钨元素，铝、钛等元素含量较低，因此 Cr28Ni48W5合金加工塑性较差，是一种难变形的高温焊丝材料，一般用于制造较粗的焊丝， 焊丝较细时成材率极低。

中国专利文献CN101249591公开了一种镍基焊丝及其制备工艺，该焊丝镍含量极 高，且不含钨元素，其通过真空冶炼—电渣重熔—锻造—热轧—拉丝—退火工艺制成。

中国专利文献CN102912151公开了一种高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法，有 以下步骤：将自熔电极棒的配料成分按重量份为：Ni：25～34份、Cr：25～29份、Mo：2.5～4.5 份、Fe：30～45份，经真空感应熔炼，制得自熔电极棒；自熔电极棒在渣料配比按重量份为： CaF₂：55～80份、CaO：5～25份、Al₂O₃:5～15份、MgO：5～10份的熔融电渣重熔渣料中缓慢熔 化，提纯，在结晶器重新结晶，得到电渣锭；电渣锭在1130±5℃的温度下，锻造成棒材，固溶 处理，得到高性能耐蚀合金。采用本发明方法可以减少合金中的硫、磷等有害元素的含量， 改善合金的杂质分布情况，利于细化组织，改善其热加工性能和成材率。该焊丝镍含量较 低，铁含量较高，且不含有钨元素。

发明内容

本发明的目的是提供一种对合金成分、制造工艺进行优化，可以将牌号为 Cr28Ni48W5的镍基合金制成较细焊丝且成材率较高的制备镍基合金焊丝方法。

为了解决上述技术问题，实现本发明目的的技术方案是一种制备镍基合金焊丝的 方法，具体步骤如下：

A．合金熔炼，根据合金的组分及质量百分比为C：0.4%～0.45%，Mn：1.0%～1.5%，Si： 0.15%～1.2%，P≤0.025%，S≤0.02%，Cr：28%～30%，Ni：49%～51%，Co≤0.1%，Mo≤0.1%，Ti≤ 0.1%，Al≤0.1%，W：4.0%～5.0%，其余为铁，进行配料，将原料投入真空感应炉中进行熔炼， 浇注成电极棒；

B．电渣重熔，采用现有技术的电渣重熔设备，将电极棒的表面进行打磨处理后作为自 耗电极插入熔渣内，熔渣采用CaF₂、Al₂O₃、CaO渣系，渣系中CaF₂的质量百分比含量为75%～ 85%，Al₂O₃的质量百分比含量为12%～18%，CaO的质量百分比含量为4%～6%，电流2100A～ 2300A，钢锭封顶补缩电流0A～1500A，封顶时间3min～5min，停电冷却5min～10min脱锭，在 空气中冷却至常温，得到合金锭；

C．热锻开坯，将合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内进行加热，升温至1210℃～ 1250℃，保温50min～80min后进行锻造，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温；

D．热轧退火，将合金坯表面修磨后，加热至1080℃～1120℃进行热轧，热轧成盘元丝 材，在空气中冷却至常温；

E．酸洗、修磨，将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后修整打磨；

F．冷拉，采用现有的冷拉工艺，将盘元丝材逐步拉细，直至丝材直径≤3mm；

G．氢退，将冷拉处理后的盘元丝材升温至1035℃～1065℃进行氢退处理，氢退处理后 矫直。

上述渣系中CaF₂的质量百分比含量为80%，Al₂O₃的质量百分比含量为15%，CaO的 质量百分比含量为5%。

上述Si在合金中的质量百分比含量为0.15%～0.8%。

上述Mn在合金中的质量百分比含量为1.0%～1.2%。

上述电极棒的直径为80mm。

上述步骤C中的保温时间为60min。

上述步骤B中停电冷却5min脱锭。

上述步骤D中，将合金坯热轧成直径为8mm的盘元丝材；所述步骤F中的冷拉工艺是 按照丝材直径：8mm—7mm—6mm—5mm—4.2mm—3.5mm—2.8mm—2.4mm，依次进行拉丝且分 别在丝材直径为7mm和丝材直径为2.8mm时用硫酸进行酸洗。

为了解决上述技术问题，实现本发明还提供一种由上述的镍基合金焊丝的制备方 法制得的镍基合金焊丝。

本发明具有积极的效果：

（1）焊丝中的Si元素有利于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Si还是良好的脱氧剂，并可以增加熔渣和熔化金属的流动性。但是一般Cr28Ni48W5合 金中Si含量为1%至2%，Si的含量过高容易产生形成夹渣，对冲击韧性也有影响。本发明的镍 基合金焊丝对合金成分中的Si元素进行了严格的控制，有利于提高材质的塑性，以便于将 合金加工成更细的焊丝。

（2）焊丝中的Mn元素是良好的脱硫剂，同时也是固溶强化元素，可以提高焊缝的强 度和硬度，但是一般Cr28Ni48W5合金中Mn含量为1.5%左右。本发明的镍基合金焊丝对合金 成分中的Mn元素进行了严格的控制，有利于提高材质的塑性，以便于将合金加工成更细的 焊丝。

（3）本发明的镍基合金焊丝对合金成分进行了优化，Ni、Cr、W这三个主要元素的配 比保证了焊丝的焊接性能。控制Co、Mo、Ti、Al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。

（4）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。本发明在制备过程中还采用了电渣重熔工艺，有利于净化金 属，显著地去除非金属夹杂物，电渣重熔后合金纯净、组织致密、成分均匀、表面光洁，可以 使得合金锭的质量和性能得到改进，使合金的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强， 将合金锭加工成较细焊丝可以有效地提高成材率。本发明的电渣重熔的渣系根据合金的成 分进行选择，优选CaF₂:Al₂O₃:CaO=80:15:5，从而使得熔点、电导率、粘度均与合金成分相 匹配，可以最大程度的净化合金。

（5）本发明的镍基合金焊丝在制备过程中还采用了氢退的工艺，可以降低焊丝的 硬度，提高塑性，消除内应力，细化组织和消除组织不均与性，使得晶粒组织更均匀，表面细 腻、光亮，焊丝柔软、无磁、抗疲劳性好、延伸力大。

（6）本发明的镍基合金焊丝采用牌号为Cr28Ni48W5的镍基合金，通过合金成分和 制造工艺的优化，可以制成直径3mm以下的焊丝，成材率在96%以上。

具体实施方式

实施例1

本实施例的镍基合金焊丝，合金的组分及质量百分比为C：0.41%、Mn：1.02%、Si：0.57%、 P：0.02%、S：0.02%、Cr：28.32%、Ni：49.58%、Co：0.08%、Mo：0.09%、Ti：0.08%、Al：0.07%、W： 4.81%、其余是铁。

本实施例的镍基合金焊丝的制备方法具体步骤如下：

A．合金熔炼，根据合金的组分及质量百分比进行配料，将表面除锈和油污后的原料投 入真空感应炉中，装料完毕后，开始抽真空，直至压强达到0.67Pa时，开始送电加热炉料，温 度控制在1600℃左右，真空度控制在0.1～1Pa，炉料熔清后，立即加入适量的块状石墨或其 他高碳材料进行碳氧反应，充分脱氧、去气、挥发夹杂物后，加入中间合金碎块，加入后用大 功率搅拌2min，加速合金的熔化和分布均匀，由于Mn的挥发性较强，一般在出钢前5min加 入，合金化以后，温度和成分合格即可浇注，出钢温度为1590℃。浇注成直径为80mm的电极 棒。

B．电渣重熔，采用现有技术的电渣重熔设备，将电极棒的表面进行打磨处理后作 为自耗电极插入熔渣内，熔渣采用CaF₂、Al₂O₃、CaO渣系，渣系中CaF₂的质量百分比含量为 80%，Al₂O₃的质量百分比含量为15%，CaO的质量百分比含量为5%，电流2100A～2300A，钢锭 封顶补缩电流0A～1500A，封顶时间3min～5min，停电冷却5min脱锭，在空气中冷却至常温， 得到合金锭。

C．热锻开坯，将合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内进行加热，升温至1230℃ 左右，保温60min后进行锻造，锻造成50mm×50mm的方形合金坯，在空气中冷却至常温。

D．热轧退火，将合金坯表面修磨后，加热至1100℃左右进行热轧，热轧成直径为 8mm的盘元丝材，在空气中冷却至常温。

E．酸洗、修磨，将盘元丝材用硫酸进行酸洗，然后修整打磨。

F．冷拉，采用现有的冷拉工艺，按照丝材直径：8mm—7mm—6mm—5mm—4.2mm— 3.5mm—2.8mm—2.4mm，依次进行拉丝且分别在丝材直径为7mm和丝材直径为2.8mm时用硫 酸进行酸洗。

G．氢退，将冷拉处理后的盘元丝材升温至1050℃进行氢退处理，氢退处理后矫直。

实施例2

本实施例的镍基合金焊丝，合金的组分及质量百分比为C：0.45%、Mn：1.18%、Si：0.15%、 P：0.02%、S：0.02%、Cr：29.51%、Ni：50.32%、Co：0.08%、Mo：0.09%、Ti：0.08%、Al：0.07%、W： 4.15%、其余是铁。

本实施例的镍基合金焊丝的制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例的镍基合金焊丝，合金的组分及质量百分比为C：0.42%、Mn：1.12%、Si：0.50%、 P：0.02%、S：0.02%、Cr：29.22%、Ni：50.06%、Co：0.08%、Mo：0.09%、Ti：0.08%、Al：0.07%、W： 4.53%、其余是铁。

本实施例的镍基合金焊丝的制备方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例的镍基合金焊丝，合金的组分及质量百分比为C：0.41%、Mn：1.03%、Si：0.45%、 P：0.02%、S：0.02%、Cr：29.50%、Ni：50%、Co：0.03%、Mo：0.06%、Ti：0.07%、Al：0.02%、W：4.89%、 其余是铁。

本实施例的镍基合金焊丝的制备方法与实施例1相同。

实施例5

本实施例的镍基合金焊丝，合金的组分及质量百分比为C：0.42%、Mn：1.10%、Si：0.33%、 P：0.02%、S：0.01%、Cr：29.19%、Ni：50.68%、Co：0.03%、Mo：0.05%、Ti：0.02%、Al：0.04%、W： 4.26%、其余是铁。

本实施例的镍基合金焊丝的制备方法与实施例1相同。

对比例1（试制）

本对比例的镍基合金焊丝，合金的组分及质量百分比为C：0.51%、Mn：1.40%、Si：1.78%、 P：0.02%、S：0.01%、Cr：29.23%、Ni：48.68%、Co：0.02%、Mo：0.03%、Ti：0.02%、Al：0.05%、W： 4.54%、其余是铁。本对比例的镍基合金焊丝符合牌号：Cr28Ni48W5镍基合金的成分要求。

本对比例的镍基合金焊丝的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：丝材直 径拉拔至3.5mm时，顺利通过，但是丝材直径拉拔至2.8mm时，频繁出现拉断的现象，无法继 续进行拉拔。

1、焊丝表面质量。

本发明实施例1至5的镍基合金焊丝表面光洁，没有划痕、裂纹、麻点、凹坑。

2、焊接工艺性能。

用本发明实施例1至5的镍基合金焊丝对1Cr18Ni9Ti的8mm不锈钢板，进行对接焊 缝焊接，引弧容易，电弧平稳，焊缝无裂纹。

本发明实施例1至5的方法制成直径为2.4mm的镍基合金焊丝，其成材率均在96%以 上，焊接性能完全达到牌号为Cr28Ni48W5的镍基合金焊料的要求。

本发明的镍基合金焊丝及其制备方法不局限于上述各实施例。显然，上述实施例 仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属 领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。 这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易 见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。