一种增材制造用的镍-铬-铁耐热合金氩弧焊焊丝及制备方法技术

一种增材制造用的镍

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用的镍
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铬
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铁耐热合金氩弧焊焊丝及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种增材制备技术，主要应用于高温气冷堆蒸汽发生器换热器工作温度为500℃~650℃的中温段的增材制造。具体地说是一种增材制造用的镍
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铬
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铁耐热合金氩弧焊焊丝及其制备方法。

技术介绍

[0002]核电蒸汽发生器是产生汽轮机所需蒸汽的换热设备，也是核电站最为关键的主要设备之一，蒸汽发生器与反应堆压力容器相连，不仅直接影响电站的功率与效率，而且在进行热量交换时，还起着阻隔放射性载热剂的作用，对核电站安全至关重要。
[0003]高温气冷堆是我国具有完全自主知识产权的第四代先进核能技术，具有固有安全性、模块化设计及建造、发电效率高、用途广泛等特点。目前高温气冷堆核电站选用的是螺旋盘管式蒸发器。盘管外是一回路氦气，盘管内是二回路高温高压水蒸汽，氦气进口温度750℃、设计出口蒸汽温度566℃、13.24MPa；由于结构原因出口蒸汽温度和压力并没有达到超临界所需要的条件，因此在发电效率上是一个遗憾。
[0004]直流逆流孔道式换热器是一种新型的换热结构，两种换热介质在不同的孔道中相向对流，孔道的横截面分布类似于目前的固定管板换热器的管板布置，长度超过10米，该结构可以使出口蒸汽温度达到730℃（在氦气进口温度750℃的条件下），出口蒸汽压力超过31MPa，轻松达到超超临界发电，使得大幅度提高高温气冷堆的发电效率；同时在氦气进口温度达到950℃或更高的超高温气冷堆，该结构也能轻松满足，仅仅需要改变基体材料、满足耐高温条件即可。使得高温气冷堆在国家氢能源的发展上提供助力。
[0005]虽然直流逆流孔道式换热器结构非常优秀，但传统的制造工艺几乎不可能实现，为此人们提出利用增材制造技术制备新的换热器的结构的技术方案，以增材制造（3D打印）的成型方式成型，由于耐高温镍基合金材料非常昂贵，为了降低整体制造成本，把整个换热器按照温度范围分成三段，分别是650℃~800℃的高温段、500℃~650℃的中温段和500℃以下的低温段，不同温度段使用不同的合金成分，既满足使用条件要求，又能大幅度降低制造成本；由于不同合金成分差异很大，其性能也有很大的差异，为了避免这种成分不连续带来的性能不连续，需要在两种不同合金之间增加过渡金属区，平缓异种金属间引起的性能陡变，因此总共需要5种增材制造用的氩弧焊丝，以适用于实际工况。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是：针对基于增材制造（3D打印）成型的直流逆流孔道式换热器结构的500℃~650℃的中温段，设计一种镍
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铬
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铁耐热合金氩弧焊焊丝及其制备方法，实现此区域的增材制造（3D打印），满足设计使用要求。
[0007]本专利技术的技术方案之一是：一种增材制造用的镍
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铬
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铁耐热合金氩弧焊焊丝，其特征是：以重量百分数计焊
丝的成分：C 0.05~0.10%，Mn ＜1.50%，P ＜0.020%，S ＜0.010%，Si ＜0.75%，Cr 19.5~22.5%，Ni 31.5~34.50%，Ti 0.15~0.60%，Cu ＜0.75%，Al 0.15~0.60%，Fe ≥38.5%。
[0008]本专利技术的技术方案之二是：一种增材制造用的镍
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铬
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铁耐热合金氩弧焊焊丝的制备方法，其特征中：它包括以下步骤：A.合金熔炼：根据合金的组分及质量百分比进行配料，计算出各中间合金的重量，将作为原料的中间合金投入真空感应炉中进行熔炼后，浇注成合金锭；B.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1185℃，保温时间按1.5min/mm计算，保温结束后进行锻造，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温；终锻温度应不低于950℃；C.热轧退火：加热至1100℃进行热轧，热轧成盘元丝材，在空气中冷却至常温；D.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；E.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；F.氢退处理：将冷拉后的盘元丝材进行氢退处理。
[0009]所述的步骤E，将热轧后的盘元丝材逐级拉细至直径≤3mm，应经过3~6级拉拔道次；对于此种过渡区域的合金焊丝，若拉拔道次过少，造成一次变形量过大，导致拉丝过程中非常容易断丝；若拉拔道次过多，则在拉丝的过程中焊丝变脆，容易发生断裂；考虑此种合金焊丝的性能，3~6次拉拔为最合理道次。
[0010]本专利技术的技术方案之三是：一种增材制造用的镍
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铬
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铁耐热合金氩弧焊焊丝，其特征是：所述的焊丝应用于基于增材制造（3D打印）成型的高温气冷堆换热器设备氦气出口侧/水/蒸汽入口侧区域，该区域工作温度高达750℃，焊丝的耐热工作温度为780℃，满足该区域材料的设计要求；且焊丝成分较一些耐高温的超合金材料较简单，用料较为低廉，成材率高，具有很大的经济效益。
[0011]本专利技术的有益效果：所述的焊丝应用于基于增材制造（3D打印）成型的高温气冷堆换热器工作温度为500℃~650℃的中温段的增材制造，本焊丝的耐热工作温度为780℃，满足该区域材料的设计要求。且本焊丝成分较一些耐高温的超合金材料较简单，用料较为低廉，成材率高，具有很大的经济效益。
[0012]本专利技术的焊丝成分较一些耐高温的超合金材料较简单，用料较为低廉，成材率高，具有很大的经济效益。
[0013]具体实施方式
[0014]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0015]实施例一。
[0016]步骤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，确保浇注成钢锭时，每100k合金中含C：0.05Kg，Mn：0.7Kg，
P：0.002Kg，S：0.001Kg，Si：0.5Kg，Cr：19.5Kg，Ni：31.5Kg，Ti：0.15Kg，Cu：0.02Kg，Al：0.15Kg，Fe：47.427Kg，合金溶液浇注成合金锭坯；步骤2、热锻开坯：将合金锭坯放入初始温度≤600℃的加热炉内进行加热，升温至1185℃，保温380min后进行锻造，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温。锻造温度应不低于950℃；步骤3、热轧退火：加热至1100℃进行热轧，热轧成盘元丝材，在空气中冷却至常温；步骤4、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；步骤5、拉制：采用现有的冷拉工艺，将盘元丝材经历5级拉制道次拉细，直至丝材直径≤3mm；步骤6、氢退处理（去氢处理，可采用常规工艺进行，下同）：将冷拉后的盘元丝材进行氢退处理。
[0017]本案例采用氩弧焊堆焊模拟增材制造（3D打印）来验证其材料性能，高纯氩气（≥99.99%）保护，焊接参数为：焊接电流120~160本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用的镍
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铬
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铁耐热合金氩弧焊焊丝，其特征是：以重量百分数计焊丝的成分：C 0.05~0.10%，Mn ＜1.50%，P ＜0.020%，S ＜0.010%，Si ＜0.75%，Cr 19.5~22.5%，Ni 31.5~34.50%，Ti 0.15~0.60%，Cu ＜0.75%，Al 0.15~0.60%，Fe ≥38.5%。2.一种权利要求1所述的增材制造用的镍
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铬
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铁耐热合金氩弧焊焊丝的制备方法，其特征中：它包括以下步骤：A.合金熔炼：根据合金的组分及质量百分比进行配料，计算出各中间合金的重量，将作为原料的中间合金投入真空感应炉中进行熔炼后，浇注成合金锭；B.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1185℃，保温时间按1.5min/mm计算，保温结束后进行锻造，锻造成合金坯，在空气中冷却至常温；终锻温度应不低于95...

【专利技术属性】
技术研发人员：王槐春，向俊，鲍艳东，陈敬一，
申请(专利权)人：江苏新恒基特种装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：