[发明专利]一种核级镍基高温合金焊丝材料的制备方法

说明书

本发明属于金属材料熔炼技术领域，特别涉及一种核级镍基高温合金焊丝材料的制备方法；本发明通过合金成份优化设计、真空感应熔炼、气体保护电渣重熔、真空自耗重熔三联工艺熔融制成，不仅提高钢锭的纯净度，还降低钢锭中的非金属夹杂物和气体含量，使制备的镍基高温合金材料完全符合核级镍基高温合金焊丝材料标准要求，从而确保核电站主设备用核级镍基高温合金焊丝质量可靠，使用安全。

技术领域

本发明属于金属材料熔炼技术领域，特别涉及一种核级镍基高温合金焊丝材料的制备方法。

背景技术

镍基高温合金因具有优异的耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能而广泛顾应用于航空、航天、核能等高端装备制造领域中。在核电领域中，反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、余热排出热交换器等核岛主设备中广泛采用的主要材料。镍基高温合金在应用过程中，往往要承受高温、高压、蠕变等交变复杂应力作用以及强腐蚀作用，这就要求其焊接材料需同时具有高强、高塑性、高韧性以及高抗疲劳性和耐腐蚀性等特点。核级镍基高温合金焊丝，其对材料的化学成份范围、材料的力学性能、材料的纯净度要求很高。高温合金材料的化学成份元素较多、成份复杂，它含有大量易氧化元素，对杂质元素和气体含量的控制非常严格。因此，制备核级镍基高温合金焊丝材料要求原料中的硫、磷、铅、锡、砷、锑、铋和气体的含量要低，且无锈、无油污。

专利CN109295330B公开了一种细化镍基变形高温合金中氮化物系夹杂物的方法，步骤如下：(1)对金属原材料进行表面预处理；(2)真空感应熔炼：将Ni、Cr、Co、W、Mo等放入坩埚中，抽真空；熔化后加入C、Nb、Ti、Al；充氩气，加入B和Zr，完全熔化后浇注到钢模中，得到高温合金电极；(3)真空电渣重熔：采用含有0.01～0.5wt.％MgO的渣料，抽真空至0.01～100Pa，然后充高纯氩气至0.01～0.06MPa；化渣，精炼。该技术方案利用电渣重熔时熔渣与合金液的冶金反应，形成细小的均匀分布的MgO系夹杂物，为后续氮化物系夹杂物的形成提供核心；氮化物系夹杂物尺寸减小，分布更加均匀。真空电渣重熔可以减少氮化物系夹杂物的数量；通过控制电渣中MgO含量和电渣重熔的工艺参数，可精确控制合金中Mg含量和Mg系氧化物夹杂物的数量和尺寸，工艺稳定，成本低；但是该技术方案对于其他非金属夹杂物和气体含量的降低并未报道，而由于C、O、S、P等非金属物质的结晶行为不同，与金属成分产生的共晶化合物均不同，所以这造成了对非金属元素含量的降低难道较大，而非金属夹杂物的形成很大程度上又会造成镍基高温合金在使用中时效，大幅降低合金在使用过程中的力学性能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种核级镍基高温合金焊丝材料的制备方法。

具体是通过以下技术方案来实现的：

一种核级镍基高温合金焊丝材料的制备方法，是先按照合金成分配比进行原料配料后，依次经真空感应熔炼、气体保护电渣重熔、真空自耗重熔制得。

所述合成成分以质量百分含量计为：C≤0.04％，Mn0.60～1.00％，Fe7.00～11.0％，Cr28.0～30.5％，Mo0.30～0.45％，Si0.10～0.25％，Nb+Ta0.5～1.0％，Al≤0.25％，Ti≤0.35％，Co≤0.02％，N≤0.02％，H≤2PPM，O≤30PPM，Co+N+V≤0.5％，Ni余量和微量杂质元素。

所述杂质元素以质量百分比满足如下要求：S≤0.003％、P≤0.003％、B≤0.003％、As≤0.001％、Sn≤0.0025％、Sb≤0.0025％、Cu≤0.02％、Pb≤0.0025％。

所述真空感应熔炼，具体操作为：将准备的原材料分三次装入坩埚内，第一次装入75～80％的原材料后即关闭炉盖，真空度抽至0.1～0.5Pa，待通电熔化70～80％后，装入10～15％的原材料，通电熔化至原材料全部熔融；测量钢水温度为1590～1620℃时，加入剩余原材料作微合金化调整钢水化学成分；