钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝及其制备方法
【专利摘要】钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝及其制备方法，按照重量百分比由以下组分组成：Ni52-58%，C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，余量为Ti，以上组分的重量百分比之和为100%。本发明钛-管线钢复合板焊接用Ti-Ni焊丝，可将复合板钛层与管线钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-管线钢复合板的熔焊对接，且焊接接头具有优良的强韧性；其直径小，既可采用手工钨极氩弧焊焊接，又可采用熔化极氩弧焊焊接；且焊丝合金种类少，制备工艺简单，便于进行大规模生产。
【专利说明】钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料焊接【技术领域】，涉及一种钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝，本发明还涉及该钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝的制备方法。
【背景技术】
[0002]钛-管线钢复合板是一种新型爆炸双金属复合板，集钛、管线钢优点于一身，既具有钛的强耐腐蚀性，又具有管线钢的高强韧性。将该复合板应用于油气运输管道上，既解决了单一管线钢管道易被腐蚀的难点，又解决了用单一耐腐蚀材料制造油气运输管道成本过高的问题。然而，由于T1、Fe物理、化学特性差异较大，极易生成高脆性金属间化合物，使得钛-管线钢复合板难以熔焊连接，严重阻碍了其在油气管道上的应用。目前，关于钛-管线钢复合板的对接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，尚未见关于其熔焊连接焊接材料的报道。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝，解决了现有钛-管线钢复合板无法熔焊对接的问题。
[0004]本发明的另一目的是提供上述钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝的制备方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是，钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝，按照重量百分比由以下组分组成:Ni52-58%, C≤0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%，余量为Ti，以上组分的重量百分比之和为100%。
[0006]本发明所采用的另一技术方案是，钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝的制备方法，具体步骤如下:
[0007]步骤I，熔炼
[0008]按照重量百分比分别称取纯镍粉52-58%，海绵钛42-48% ;将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，然后将钢液温度降至1550°C后充入氩气使炉内压强达到300-380mmHg ;再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，浇注到铸锭模中，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为:C ( 0.04%, N≤0.007%,O≤0.035%, H≤0.001%, Ni52-58%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100% ；
[0009]步骤2，拔丝
[0010]采用空气锤在1100-1200°C下将步骤I得到的铸锭锻造成50mmX50mm的方坯料，再在1100-1200°C下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、烘干、热处理后逐级拉拔，形成Φ 1.2-1.6mm的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝。
[0011]本发明的特点还在于，
[0012]步骤I中精炼的温度为1680°C，时间为20min。[0013]步骤I中钢液的出钢温度为1480°C，浇注过程中要使钢液温度保持在1480°C，同时注意钢液表面平静，浇注均匀。
[0014]步骤2中酸洗时使用的酸洗溶液为体积分数为20%硫酸、10%硝酸和5%盐酸配制成的水溶液；烘干温度为200°C，时间为0.5h ;热处理温度为880-980°C，时间为lh。
[0015]本发明的有益效果是，
[0016]1.本发明钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝，可将复合板钛层与管线钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-管线钢复合板的熔焊对接，且焊接接头具有优良的强韧性。
[0017]2.本发明钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝直径小，既可采用手工钨极氩弧焊焊接，又可采用熔化极氩弧焊焊接；且焊丝合金种类少，制备工艺简单，便于进行大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例1的熔敷金属金相图；
[0019]图2是本发明实施例4的熔敷金属金相图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0021]本发明钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝，按照重量百分比由以下组分组成:Ni52-58%，C ≤ 0.04%,N ^ 0.007%,O ^ 0.035%,H ^ 0.001%，余量为 Ti,以上组分的重量百分比之和为100%。
[0022]上述钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝的制备方法，具体步骤如下:
[0023]步骤I，熔炼
[0024]按照重量百分比分别称取纯镍粉52-58%，海绵钛42-48% ;将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680°C，时间为20min，然后将钢液温度降至1550°C后充入氩气使炉内压强达到300-380mmHg ;再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480°C，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480°C，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸徒1 旲在真空室保存30min,然后取出铸徒并冷却至室温；在溶炼过程中各组分重量百分比控制为:C ( 0.04%, N ^ 0.007%, O ^ 0.035%, H ^ 0.001%，Ni52_58%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100%;
[0025]步骤2，拔丝
[0026]采用空气锤在1100-1200°C下将步骤I得到的铸锭锻造成50mmX50mm的方坯料，再在1100-1200°C下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200°C干燥0.5h、热处理(温度880-980°C，时间Ih)后逐级拉拔，形成Φ 1.2-1.6mm的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝。
[0027]本发明钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝，可将复合板钛层与管线钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-管线钢复合板的熔焊对接，且焊接接头具有优良的强韧性。
[0028]本发明钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝直径小，既可采用手工钨极氩弧焊焊接，又可采用熔化极氩弧焊焊接；且焊丝合金种类少，制备工艺简单，便于进行大规模生产。
[0029]实施例1
[0030]步骤I，熔炼
[0031]按照重量百分比分别称取纯镍粉52%，海绵钛48%;将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680°C，时间为20min，然后将钢液温度降至1550°C后充入氩气使炉内压强达到350mmHg ；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480°C，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480°C，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为:C ≤ 0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%, Ni52%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100% ；
[0032]步骤2，拔丝
[0033]采用空气锤在1100°C下将步骤I得到的铸锭锻造成50mmX50mm的方坯料，再在1100°C下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200°C干燥0.5h、热处理(温度920°C，时间Ih)后逐级拉拔，形成Φ 1.6mm的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝。
[0034]采用实施例1制备的T1-Ni焊丝，配合钛层焊丝(纯钛丝)及管线钢焊丝(YCGX80)焊接钛-管线钢(TA1-X80)复合板，焊接工艺为:复合板开单V形坡口(钢层在上、钛层在下)，坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层与过渡层均采用手工钨极氩弧焊，焊接电流分别为:80-100A、100-130A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A。
[0035]经测试焊接接头力学性能为:抗拉强度501MPa，屈服强度393MPa，断后延伸率
9.5%，断面收缩率32%，室温冲击功32J。
[0036]焊缝区熔敷金属金相图如图1所示，由图1可知，TAl焊缝与T1-Ni过渡层焊缝以不规则的块状或片状组织相互渗透，穿插衔接，其界面为一宽约100 μ m的过渡带；T1-Ni焊缝与X80钢焊缝以块状组织相互连接，其界面呈线状，无明显过渡带，但T1-Ni焊缝在靠近X80钢侧有一 50-100 μ m的条状或针状组织区，该组织与X80钢的针状铁素体组织具有较好的衔接性。
[0037]实施例2
[0038]步骤I，熔炼
[0039]按照重量百分比分别称取纯镍粉54%，海绵钛46%;将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680°C，时间为20min，然后将钢液温度降至1550°C后充入氩气使炉内压强达到360mmHg ；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480°C，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480°C，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为:C ≤ 0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%, Ni54%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100% ；
[0040]步骤2，拔丝[0041]采用空气锤在1150°C下将步骤I得到的铸锭锻造成50mmX50mm的方坯料，再在1150°C下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200°C干燥0.5h、热处理(温度980°C，时间Ih)后逐级拉拔，形成Φ 1.4mm的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝。[0042]采用实施例2制作的T1-Ni焊丝，配合钛层焊丝(纯钛丝)及管线钢焊丝(YCGX80)焊接钛-管线钢(TA1-X80)复合板，焊接工艺为:复合板开单V形坡口(钢层在上、钛层在下)，坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层与过渡层均采用手工钨极氩弧焊，焊接电流分别为:80-100A、105-135A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A。
[0043]焊接接头力学性能为:抗拉强度495MPa，屈服强度398MPa，断后延伸率10.5%，断面收缩率33%，室温冲击功33J。
[0044]实施例3
[0045]步骤I，熔炼
[0046]按照重量百分比分别称取纯镍粉56%，海绵钛44%;将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680°C，时间为20min，然后将钢液温度降至1550°C后充入氩气使炉内压强达到300mmHg ；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480°C，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480°C，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为:C ( 0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%, Ni56%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100% ；
[0047]步骤2，拔丝
[0048]采用空气锤在1180°C下将步骤I得到的铸锭锻造成50mmX50mm的方坯料，再在1180°C下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200°C干燥0.5h、热处理(温度880°C，时间Ih)后逐级拉拔，形成Φ 1.2mm的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝。
[0049]采用实施例3制作的T1-Ni焊丝，配合钛层焊丝(纯钛丝)及管线钢焊丝(YCGX80)焊接钛-管线钢(TA1-X80)复合板，焊接工艺为:复合板开单V形坡口(钢层在上、钛层在下)，坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层采用手工钨极氩弧焊，过渡层均采用熔化极氩弧焊，焊接电流分别为:80-100A、100-130A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A。
[0050]焊接接头力学性能为:抗拉强度497MPa，屈服强度396MPa，断后延伸率10%，断面收缩率33%，室温冲击功32.5J。
[0051]实施例4
[0052]步骤I，熔炼
[0053]按照重量百分比分别称取纯镍粉58%，海绵钛42%;将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，精炼的温度为1680°C，时间为20min，然后将钢液温度降至1550°C后充入氩气使炉内压强达到380mmHg ；再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，出钢温度为1480°C，浇注到铸锭模中，浇注过程中要使钢液温度保持在1480°C，同时注意钢液表面平静，浇注均匀，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为:C ( 0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%, Ni58%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100% ；
[0054]步骤2，拔丝
[0055]采用空气锤在1200°C下将步骤I得到的铸锭锻造成50mmX50mm的方坯料，再在1200°C下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、200°C干燥0.5h、热处理(温度950°C，时间Ih)后逐级拉拔，形成Φ 1.2mm的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝。
[0056]采用实施例4制作的T1-Ni焊丝，配合钛层焊丝(纯钛丝)及管线钢焊丝(YCGX80)焊接钛-管线钢(TA1-X80)复合板，焊接工艺为:复合板开单V形坡口(钢层在上、钛层在下)，坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层采用手工钨极氩弧焊，过渡层均采用熔化极氩弧焊，焊接电流分别为:80-100A、105-135A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A。
[0057]焊接接头力学性能为:抗拉强度492MPa，屈服强度394MPa，断后延伸率11%，断面收缩率34%，室温冲击功34J。
[0058]焊缝区熔敷金属金相图如图2所示，由图2可知，T1-Ni焊缝与TAl焊缝连接良好，界面呈线状，T1-Ni焊缝在靠近界面处为树枝状或块状组织；T1-Ni焊缝与X80钢焊缝界面呈线状，在界面处两侧焊缝以细条状或针状穿插连接，整个焊缝过渡均匀，衔接良好。
【权利要求】
1.钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝，其特征在于，按照重量百分比由以下组分组成:Ni52-58%, C ≤ 0.04%, N ≤ 0.007%, O ≤ 0.035%, H ≤ 0.001%，余量为 Ti,以上组分的重量百分比之和为100%。
2.钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤1，熔炼 按照重量百分比分别称取纯镍粉52-58%，海绵钛42-48% ;将称取的海绵钛放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化；待海绵钛完全熔化成钢液后进行精炼，然后将钢液温度降至1550°C后充入氩气使炉内压强达到300-380mmHg ;再将称取的纯镍粉加入钢液中搅拌2min后出钢，浇注到铸锭模中，浇注完毕后将铸锭模在真空室保存30min，然后取出铸锭并冷却至室温；在熔炼过程中各组分重量百分比控制为:C≤ 0.04%, N≤0.007%,.O≤0.035%, H≤0.001%, Ni52-58%，余量为Ti，各组分重量百分比之和为100% ； 步骤2，拔丝 采用空气锤在1100-1200°C下将步骤I得到的铸锭锻造成50mmX50mm的方坯料，再在.1100-1200°C下采用200型五架横列三辊式轧机轧制成Φ6.5mm盘条；最后将盘条经过机械剥壳、酸洗、烘干、热处理-干法拉丝-后逐级拉拔，形成Φ 1.2-1.6mm的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝。
3.根据权利要求2所述的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤I中精炼的温度为1680°C，时间为20min。
4.根据权利要求2所述的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤I中钢液的出钢温度为1480°C，浇注过程中钢液温度保持在1480°C，同时注意钢液表面平静，浇注均匀。
5.根据权利要求2所述的钛-管线钢复合板焊接用T1-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中酸洗时使用的酸洗溶液为体积分数为20%硫酸、10%硝酸和5%盐酸配制成的水溶液；烘干温度为200°C，时间为0.5h ;热处理温度为880-980°C，时间为lh。
【文档编号】B23K35/40GK103567664SQ201310525904
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】张敏, 吴伟刚, 史倩茹, 井强, 褚巧玲, 李继红 申请人:西安理工大学