一种用于叶轮增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于叶轮增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝及其制备方法和应用。该超级双相不锈钢药芯焊丝，由外皮和外皮内填充的药芯粉末组成，以质量分数计，药芯粉末由如下组分组成：铬6.04％

【技术实现步骤摘要】
一种用于叶轮增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料加工工程的焊接
，尤其涉及一种用于叶轮增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]超级双相不锈钢由于其较高的强度、高杨氏模量和高抗侵蚀腐蚀性能，被广泛应用于石油天然气、石油化工、压力容器和海水设备等行业的极端腐蚀环境中。超级双相不锈钢中高含量的铬，氮和钼提供了优异的抗晶间腐蚀，缝隙腐蚀和点蚀性能。目前，以超级双相不锈钢为材质的叶轮是核电站循环水泵的关键零件,其质量的好坏直接关系到泵的安全可靠运行。随着运行时间递增，叶轮累积受到不可逆的磨损、磨蚀，导致叶轮局部出现缺损，严重影响水泵的出水量，使设备工作效率降低，同时也影响泵的安全运行。传统的叶轮缺损焊补工艺耗时长、效率低且人工成本高。如何对超级双相不锈钢叶轮进行高效可靠的焊接修复，急需解决的问题。近年来，电弧增材制造技术因其沉积速率高、设备成本低、材料利用率高等优势而受到工业制造业的重视。对叶轮进行电弧增材修复是一种可行且高效经济的方法，在超级双相不锈钢叶轮的电弧增材修复工艺中，修复用材料的研制显得尤为重要。
[0003]总体来说，通过调整合金成分来进行实芯焊丝的成分优化与研制，不仅工序复杂，费时费力，而且可调整的合金元素成分和含量十分有限。相比而言，药芯焊丝在焊丝成分上可提供更多的灵活性和可调性，通过改变药芯焊丝的药芯组成和含量，可快速调整沉积金属中的化学成分，满足实际修复需求，因此采用药芯焊丝的电弧增材修复技术，可以更好地控制叶轮修复部位的显微组织和性能。
[0004]公开号为CN108817728A的专利公开了一种用于电弧增材的药芯焊丝药粉、药芯焊丝、增材金属构件，用于电弧增材的药芯焊丝药粉，主要包括以下合金元素：镍1.8～3.2％，锰6～9％，硅0.4～1.2％，铈0.1～0.4％，钼0.5～2.5％，铬0.4～0.9％，锆0.2～0.5％，余量为铁和不可避免的杂质。该用于电弧增材的药芯焊丝药粉，工艺性良好，在较宽的工艺规范下，电弧稳定，熔渣较少，增材成型美观。采用钨极氩弧增材工艺成型，金属成分稳定，屈服强度大于430MPa，抗拉强度大于550MPa，延伸率大于23％，
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40℃夏比冲击功大于120J。
[0005]公开号为CN113369496A的专利公开了一种电弧增材用双相不锈钢丝材，其由金属粉芯和钢带构成，金属粉芯包括质量分数为55％
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90％的铬粉和质量分数0％
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5.5％的镍粉，其他组分为铁粉、钼粉、氮化铬或硅锰合金粉中的至少一种。采用上述双相不锈钢丝材，通过电弧增材工艺能直接得到奥氏体含量在50％左右，符合标准规定的双相不锈钢构件；不仅使得双相不锈钢构件的耐腐蚀性能大幅提高，而且使得双相不锈钢构件的成本明显降低；同时可以生产制造形状复杂，高强度，高耐蚀的双相不锈钢构件。
[0006]公开号为CN106695156A的专利公开了一种超级双相不锈钢药芯焊丝，其采用普通E304L型不锈钢钢带，钢带的宽度和厚度分别为10mm和0.4mm，药芯的组成和重量百分比为：金属铬35
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40％，金属镍8
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11％，金属钼11
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20％，金属锰0
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2％，氮化锰5
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10％，二氧化钛15
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25％，长石2
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4％，稀土氟化物0.5
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2.5％。药芯粉剂重量占焊丝总重量的25
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27％。药芯焊丝采用二氧化碳作为焊接保护气体，焊丝用于焊接25Cr一类超级双相不锈钢结构，焊缝中铁素体比例45
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55％，PREN为41
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43，焊丝焊接工艺性优良。
[0007]综合来看，目前已公布的有关电弧增材用药芯焊丝主要是通过调整合金元素成分与比例来控制增材成型件的显微组织比例和材料性能，尚无针对超级双相不锈钢叶轮特性的增材修复用丝材的研制。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决了现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种用于叶轮增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝及其制备方法和应用。本专利技术主要采用Cr、Ni、Mo为主体合金元素，联合添加锆镍合金粉、高氮铬铁粉和碳酸钇，叶轮电弧增材修复过程中，熔池凝固时，在稀土元素促进作用下，原位结晶析出氮化锆(ZrN)纳米颗粒，其弥散分布于基体中，一方面细化了晶粒，起到细晶强化作用；另一方面硬质点相(陶瓷)阻碍了位错滑移，从而提高了修复部位的强度和硬度。此外，通过在药芯焊丝中增大铬元素含量，降低镍元素含量，改善修复部位中奥氏体相和铁素体相的比例，同时提高了修复部位的耐蚀性。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于叶轮增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝，由外皮和外皮内填充的药芯粉末组成，以质量分数计，药芯粉末由如下组分组成：铬6.04％
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11.24％，镍0.30％
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4.30％，钼0.72％
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1.08％，钨1.50％
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2.00％，硅0.12％
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0.18％，碳酸钇1.00％
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1.50％，锆镍合金3.34％
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5.00％，高氮铬铁3.60％
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5.40％，锐钛矿0.80％
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1.00％，莫来石1.00％
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1.20％，余量为铁。
[0010]本专利技术提出了一种能有效提高叶轮修复部位抗冲刷腐蚀能力，延长叶轮使用周期的用于电弧增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝。该药芯焊丝通过加入锆镍合金粉、高氮铬铁粉和碳酸钇等合金元素，当焊丝用于叶轮电弧增材修复时，在隔氧高温条件下，焊丝发生熔化，在熔池凝固降温过程中，稀土元素钇可促进氮化锆原位结晶析出。氮化锆均匀弥散分布于修复基体中，可以作为形核质点细化晶粒，从而增强修复部位的力学性能，如低温冲击韧性与抗疲劳性能；并且锆元素可以稳定氮元素，避免氮元素与铬元素反应形成氮化铬化合物而消耗合金元素铬，进一步提高修复部位的抗晶间腐蚀能力。此外，针对电弧增材修复过程中热积累严重所导致的铁素体相和奥氏体相比例失衡，即奥氏体相占比远高于铁素体相，本专利通过在药芯焊丝中增大铬元素含量，降低镍元素含量，从而改善了修复部位中奥氏体相和铁素体相的比例；同时药芯焊丝中高含量的铬提高了修复部位的耐蚀性，而更低含量的镍也降低了药芯焊丝制造成本。
[0011]优选地，以质量分数计，药芯粉末由如下组分组成：铬6.04％
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11.24％，镍0.30％
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1.00％，钼0.84％
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1.08％，钨1.50％
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2.00％，硅0.12％
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0.18％，碳酸钇1.30％
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1.50％，锆镍合金4.00％
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5.00％，高氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于叶轮增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝，其特征在于，由外皮和外皮内填充的药芯粉末组成，以质量分数计，药芯粉末由如下组分组成：铬6.04％
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11.24％，镍0.30％
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4.30％，钼0.72％
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1.08％，钨1.50％
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2.00％，硅0.12％
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0.18％，碳酸钇1.00％
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1.50％，锆镍合金3.34％
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5.00％，高氮铬铁3.60％
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5.40％，锐钛矿0.80％
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1.00％，莫来石1.00％
‑
1.20％，余量为铁。2.根据权利要求1所述的用于叶轮增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝，其特征在于，以质量分数计，药芯粉末由如下组分组成：铬6.04％
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11.24％，镍0.30％
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1.00％，钼0.84％
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1.08％，钨1.50％
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2.00％，硅0.12％
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0.18％，碳酸钇1.30％
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1.50％，锆镍合金4.00％
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5.00％，高氮铬铁4.32％
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5.40％，锐钛矿0.90％
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1.00％，莫来石1.10％
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1.20％，余量为铁。3.根据权利要求1或2所述的用于叶轮增材修复的超级双相不锈钢药芯焊丝，其特征在于，所述的外皮为S32205双相不锈钢钢带，以质量分数计，S32205双相不锈钢钢带包括如下组分：铬21.0％
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23.0％，镍4.5％
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【专利技术属性】
技术研发人员：潘琳琳，黄锨航，曹艺，牛犇，邹晓东，易江龙，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：