一种镍基合金焊带及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种镍基合金焊带及其制备方法、应用，通过设计合金成分，采用多元微合金强化的设计原则，添加强碳化物形成元素Mo、V、Nb来提高合金的拉伸性能，改善焊接凝固过程的早期强度，改善合金的热裂纹敏感性，严格限制P、S、Pb、Zn、As、Sb、Bi、O、N、Cu、Zr、B等杂质元素，保证镍基合金焊带的抗腐蚀性能和抗热裂纹性能，并结合配套工艺，通过控制各过程中的工艺参数来制造镍基合金焊带，使得该镍基合金焊带具有优异的拉伸性能、抗腐蚀性能和抗热裂纹性能，符合核能装备焊接性能要求。符合核能装备焊接性能要求。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基合金焊带及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及特种合金冶炼和材料加工领域，特别涉及一种镍基合金焊带及其制备方法，该镍基合金焊带主要适用于抗辐照、耐应力腐蚀、耐高温的核岛关键零部件表面堆焊。

技术介绍

[0002]核岛设备长期在高温高压及辐照等十分苛刻的条件下运行，因此其要求原材料具有优异的耐腐蚀性能、良好的强度和高韧性以及耐疲劳性能，以确保核电站长期安全可靠运行；为了既能保证核岛设备的强度，又能保证服役过程中的耐腐蚀性能，通常在设备关键部位的表面堆焊一层镍基耐蚀合金，比如用于核安全一级部件蒸汽发生器管板的表面会大面积堆焊NiCrFe合金，此外，像压力容器、稳压器、非能动余热排出热交换器、堆芯补水箱和安注箱等也需要大量的镍基合金焊材。但由于镍基合金焊接工艺性相对较差，焊缝质量要求特别高，服役环境特别重要等因素，长期以来镍基合金焊带一直被国外焊材供应商垄断，国内虽有极少数焊材厂家做过一些研究，但还都没有真正实现工程应用；根据世界核能协会(WNA)预测，保守估计至2030年全球核电装机容量将达602GW，因此当前主流压水堆第三代核电技术(如华龙一号、CAP1000、CAP1400等)中换热器管板都必须进行大面积镍基埋弧或电渣堆焊，容器进出口接管嘴需要进行隔离层镍基堆焊，因此潜在的镍基焊材需求量很大，再加上我国目前处于受制于人的状况，故有必要研制出符合核岛设备使用要求的镍基合金焊带。
[0003]镍基合金由于其本身的材料特性，在施焊过程中易出现结晶裂纹、液化裂纹、高温失塑裂纹、焊接区腐蚀倾向等不足，虽然经过成分调整、焊接工艺改进等技术进步解决了大部分问题，但多年的应用实践证明，国际上已经商业化的核级镍基合金焊接材料仍存在很多问题，裂纹敏感性较高，大面积堆焊、大线能量焊接时拉伸强度较低，尤其是高温拉伸强度无法满足我国核电设计要求。现有技术中关于此类的技术，比如申请号201510607716.2公开了一种添加Mn和Nb的核电用NiCrFe合金堆焊焊带，焊带的重量百分比组分为C＜0.04％，Si＜0.50％，Mn＜5.0％，S＜0.015％，P＜0.020％，Cr：28.0～31.5％，Fe：7.0～12.0％，Nb＜2.5％，Cu＜0.30％，Al＜0.50％，Ti＜0.50％，余量为镍及其它不可避免的杂质，还公开了焊带的焊接方法；但该专利并没有公开焊带的制造方法，而且其仅在室温拉伸性能方面有所改进和提升，未涉及高温拉伸性。又如申请号201310132638.6公开了一种Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法，所述带状电极含有质量百分比组分为Cr：28.5～32.0％、Fe：7.0～11.0％、Nb和Ta：1.5～2.5％、C：0.015～0.040％、Mn：0.5～4.0％、N：0.005～0.080％、Si：0～0.40％(不含0)、Al：0.50％以下、Ti：0.50％以下、Mo：0.50％以下、Cu：0.50％以下、B：0.0010％以下、Zr：0.0010％以下、Co：0.10％以下、P：0.015％以下、S：0.015％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成；但该技术没有公开制造方法，且仅公开了在室温拉伸方面的实施效果，未涉及高温拉伸性能的有益改进。
[0004]又如申请号01126778.X公开了一种连铸辊堆焊用合金焊带，该焊带组分质量百分
比为C：0.03～0.15％、Si：0.2～0.65％、Mn：0.50～1.55％、Ni0.50～2.50％、Cr：12.0～15.0％、Mo：0.50～1.50％、V：0.10～0.30％、Nb：0.18～0.45％、P≤0.027％、S≤0.010％，显然，该技术公开的成分为铁基的合金钢，而且其主要应用于连铸辊堆焊。
[0005]经上述对比发现，目前尚无公开的符合核岛设备用焊带要求的镍基合金及其制造方法，因此必须设计有针对性的合金成分和更合理的加工工艺来制造镍基合金焊带，以使焊缝金属有更优异的性能尤其是高温拉伸性能，达到核岛设备服役环境中的严格要求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术目的是提供一种镍基合金焊带及其制备方法、应用，通过设计合金成分，采用多元微合金强化的设计原则，添加强碳化物形成元素Mo、V、Nb来提高合金的拉伸性能，改善焊接凝固过程的早期强度，改善合金的热裂纹敏感性，严格限制P、S、Pb、Zn、As、Sb、Bi、O、N、Cu、Zr、B等杂质元素，保证镍基合金焊带的抗腐蚀性能和抗热裂纹性能，并结合配套工艺，通过控制各过程中的工艺参数来制造镍基合金焊带，使得该镍基合金焊带具有优异的拉伸性能、抗腐蚀性能和抗热裂纹性能，符合核能装备焊接性能要求。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案:
[0008]本专利技术的第一方面提供一种镍基合金焊带，包括按重量百分比计的以下成分：Cr：27.0～33.5％、Fe：6.00～13.00％、C≤0.045％、Si：0.01～1.00％、Mn：0.01～5.50％、Nb：0.01～2.50％、V：0.01～1.00％、Mo：0.01～2.00％、Al：0.01～1.00％、Ti：0.01～1.00％、P≤0.010％、S≤0.008％、Cu≤0.20％、Co、Zr、N、W均≤0.1％、Pb、Zn、As、Sb、Bi、O、B均≤0.01％，其余为Ni和不可避免的杂质。
[0009]优选地，所述镍基合金焊带中各成分满足：Al+Ti：≤1.50wt％，Mo/V：1.5～2.2，1.8V+Mo+Nb≤5.2wt％；不可避免的杂质≤0.20wt％。
[0010]优选地，所述镍基合金焊带包括按重量百分比计的以下成分：Cr：28.0～32.0％、Fe：7.00～12.00％、C：7.00～12.00％、Si：0.50～0.90％、Mn：0.50～5.0％、Nb：0.75～2.50％、V：0.01～1.00％、Mo：0.50～2.00％、Al：0.10～1.00％、Ti：0.10～1.00％、P≤0.010％、S≤0.008％、Cu≤0.10％、Co、Zr、N、W均≤0.05％、Pb、Zn、As、Sb、Bi、O、B均≤0.005％，其余为Ni和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质≤0.10％。
[0011]本专利技术的第二方面提供一种镍基合金焊带的制备方法，合金原料根据如本专利技术第一方面所述的镍基合金焊带的成分配比，然后采用冶炼
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精炼
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坯料锻造
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热轧
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钢卷退火
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一次酸洗
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粗冷轧
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清洗
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粗冷轧中间退火
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二次酸洗
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精冷轧
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精冷轧中间退火
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分卷
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去油工艺制成镍基合金焊带。
[0012]优选地，所述冶炼过程中，合金原料表面清洁后采用真空感应冶炼，抽真空至真空度≤3.0Pa后化料，全熔后降功率保温20～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基合金焊带，其特征在于，包括按重量百分比计的以下成分：Cr：27.0～33.5％、Fe：6.00～13.00％、C≤0.045％、Si：0.01～1.00％、Mn：0.01～5.50％、Nb：0.01～2.50％、V：0.01～1.00％、Mo：0.01～2.00％、Al：0.01～1.00％、Ti：0.01～1.00％、P≤0.010％、S≤0.008％、Cu≤0.20％、Co、Zr、N、W均≤0.1％、Pb、Zn、As、Sb、Bi、O、B均≤0.01％，其余为Ni和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的镍基合金焊带，其特征在于，所述镍基合金焊带中各成分满足：Al+Ti：≤1.50wt％，Mo/V：1.5～2.2，1.8V+Mo+Nb≤5.2wt％；不可避免的杂质≤0.20wt％。3.如权利要求2所述的镍基合金焊带，其特征在于，所述镍基合金焊带包括按重量百分比计的以下成分：Cr：28.0～32.0％、Fe：7.00～12.00％、C：7.00～12.00％、Si：0.50～0.90％、Mn：0.50～5.0％、Nb：0.75～2.50％、V：0.01～1.00％、Mo：0.50～2.00％、Al：0.10～1.00％、Ti：0.10～1.00％、P≤0.010％、S≤0.008％、Cu≤0.10％、Co、Zr、N、W均≤0.05％、Pb、Zn、As、Sb、Bi、O、B均≤0.005％，其余为Ni和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质≤0.10％。4.一种镍基合金焊带的制备方法，其特征在于，合金原料根据如权利要求1～3任一项所述的镍基合金焊带的成分配比，然后采用冶炼
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精炼
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坯料锻造
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热轧
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钢卷退火
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一次酸洗
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粗冷轧
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清洗
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粗冷轧中间退火
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二次酸洗
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精冷轧
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精冷轧中间退火
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分卷
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去油工艺制成镍基合金焊带。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述冶炼过程中，所述合金原料采用真空感应冶炼，抽真空至真空度≤3.0Pa后化料，全熔后降功率保温精炼20～60min，再加入合金元素调整成分后浇铸出钢得到钢锭；和/或所述精炼过程中，所述合金原料经冶炼后得到的钢锭通过电渣重熔进一步精炼得到电渣重熔钢锭，采用Al2O3‑
CaF2‑
CaO渣系，控制熔速在3～6Kg/min；和/或所述坯料锻造过程中，所述精炼过程中制备的电渣重熔钢锭通过3～6火次的锻造后得到坯料；和/或所述热轧过程中，所述坯料锻造过程中制备的坯料经热轧后得到钢卷，控制所述坯料的加热温度为1120～1200℃，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥850℃；和/或所述钢卷退火过程中，采用无保护气氛连续退火炉，控制退火温度为1030～1080℃，退火速度为5.0～15m/min；和/或所述一次酸洗过程中，采用抛丸+混酸酸洗工艺，控制抛丸流量为800～1300kg/min，抛丸速度为55～85m/s，所述混酸酸洗采用HNO3+HF的酸洗工艺，控制H2O：HNO3：HF质量浓度比为75～88：10～20：2～5，酸洗温度为50～70℃；和/或所述粗冷轧过程中，采用1～4轧程轧制得到粗冷轧带钢，控制每轧程变形量为20～...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐长征，黄海燕，赵欣，叶军，钮志卫，黄庆华，邢钊，敖影，
申请(专利权)人：宝武特种冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：