鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用Ti-Ni焊絲及其制備方法
【專利摘要】鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用Ti-Ni焊絲及其制備方法，按照重量百分比由以下組分組成：Ni52-58%，C≤0.04%，N≤0.007%，O≤0.035%，H≤0.001%，余量為Ti，以上組分的重量百分比之和為100%。本發(fā)明鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用Ti-Ni焊絲，可將復(fù)合板鈦層與管線鋼層焊縫組織有效的銜接在一起，實(shí)現(xiàn)鈦-管線鋼復(fù)合板的熔焊對(duì)接，且焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性；其直徑小，既可采用手工鎢極氬弧焊焊接，又可采用熔化極氬弧焊焊接；且焊絲合金種類少，制備工藝簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲，本發(fā)明還涉及該鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦-管線鋼復(fù)合板是一種新型爆炸雙金屬?gòu)?fù)合板，集鈦、管線鋼優(yōu)點(diǎn)于一身，既具有鈦的強(qiáng)耐腐蝕性，又具有管線鋼的高強(qiáng)韌性。將該復(fù)合板應(yīng)用于油氣運(yùn)輸管道上，既解決了單一管線鋼管道易被腐蝕的難點(diǎn)，又解決了用單一耐腐蝕材料制造油氣運(yùn)輸管道成本過(guò)高的問(wèn)題。然而，由于T1、Fe物理、化學(xué)特性差異較大，極易生成高脆性金屬間化合物，使得鈦-管線鋼復(fù)合板難以熔焊連接，嚴(yán)重阻礙了其在油氣管道上的應(yīng)用。目前，關(guān)于鈦-管線鋼復(fù)合板的對(duì)接問(wèn)題僅有少量焊接工藝方面的報(bào)道，尚未見(jiàn)關(guān)于其熔焊連接焊接材料的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲，解決了現(xiàn)有鈦-管線鋼復(fù)合板無(wú)法熔焊對(duì)接的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供上述鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲的制備方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲，按照重量百分比由以下組分組成:Ni52-58%, C≤0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%，余量為Ti，以上組分的重量百分比之和為100%。
[0006]本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲的制備方法，具體步驟如下:
[0007]步驟I，熔煉
[0008]按照重量百分比分別稱取純鎳粉52-58%，海綿鈦42-48% ;將稱取的海綿鈦放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化；待海綿鈦完全熔化成鋼液后進(jìn)行精煉，然后將鋼液溫度降至1550°C后充入氬氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到300-380mmHg ;再將稱取的純鎳粉加入鋼液中攪拌2min后出鋼，澆注到鑄錠模中，澆注完畢后將鑄錠模在真空室保存30min，然后取出鑄錠并冷卻至室溫；在熔煉過(guò)程中各組分重量百分比控制為:C ( 0.04%, N≤0.007%,O≤0.035%, H≤0.001%, Ni52-58%，余量為Ti，各組分重量百分比之和為100% ；
[0009]步驟2，拔絲
[0010]采用空氣錘在1100-1200°C下將步驟I得到的鑄錠鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在1100-1200°C下采用200型五架橫列三輥式軋機(jī)軋制成Φ6.5mm盤條；最后將盤條經(jīng)過(guò)機(jī)械剝殼、酸洗、烘干、熱處理后逐級(jí)拉拔，形成Φ 1.2-1.6mm的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲。
[0011]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0012]步驟I中精煉的溫度為1680°C，時(shí)間為20min。[0013]步驟I中鋼液的出鋼溫度為1480°C，澆注過(guò)程中要使鋼液溫度保持在1480°C，同時(shí)注意鋼液表面平靜，澆注均勻。
[0014]步驟2中酸洗時(shí)使用的酸洗溶液為體積分?jǐn)?shù)為20%硫酸、10%硝酸和5%鹽酸配制成的水溶液；烘干溫度為200°C，時(shí)間為0.5h ;熱處理溫度為880-980°C，時(shí)間為lh。
[0015]本發(fā)明的有益效果是，
[0016]1.本發(fā)明鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲，可將復(fù)合板鈦層與管線鋼層焊縫組織有效的銜接在一起，實(shí)現(xiàn)鈦-管線鋼復(fù)合板的熔焊對(duì)接，且焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性。
[0017]2.本發(fā)明鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲直徑小，既可采用手工鎢極氬弧焊焊接，又可采用熔化極氬弧焊焊接；且焊絲合金種類少，制備工藝簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的熔敷金屬金相圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例4的熔敷金屬金相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲，按照重量百分比由以下組分組成:Ni52-58%，C ≤ 0.04%,N ^ 0.007%,O ^ 0.035%,H ^ 0.001%，余量為 Ti,以上組分的重量百分比之和為100%。
[0022]上述鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲的制備方法，具體步驟如下:
[0023]步驟I，熔煉
[0024]按照重量百分比分別稱取純鎳粉52-58%，海綿鈦42-48% ;將稱取的海綿鈦放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化；待海綿鈦完全熔化成鋼液后進(jìn)行精煉，精煉的溫度為1680°C，時(shí)間為20min，然后將鋼液溫度降至1550°C后充入氬氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到300-380mmHg ;再將稱取的純鎳粉加入鋼液中攪拌2min后出鋼，出鋼溫度為1480°C，澆注到鑄錠模中，澆注過(guò)程中要使鋼液溫度保持在1480°C，同時(shí)注意鋼液表面平靜，澆注均勻，澆注完畢后將鑄徒1 旲在真空室保存30min,然后取出鑄徒并冷卻至室溫；在溶煉過(guò)程中各組分重量百分比控制為:C ( 0.04%, N ^ 0.007%, O ^ 0.035%, H ^ 0.001%，Ni52_58%，余量為Ti，各組分重量百分比之和為100%;
[0025]步驟2，拔絲
[0026]采用空氣錘在1100-1200°C下將步驟I得到的鑄錠鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在1100-1200°C下采用200型五架橫列三輥式軋機(jī)軋制成Φ6.5mm盤條；最后將盤條經(jīng)過(guò)機(jī)械剝殼、酸洗、200°C干燥0.5h、熱處理(溫度880-980°C，時(shí)間Ih)后逐級(jí)拉拔，形成Φ 1.2-1.6mm的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲。
[0027]本發(fā)明鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲，可將復(fù)合板鈦層與管線鋼層焊縫組織有效的銜接在一起，實(shí)現(xiàn)鈦-管線鋼復(fù)合板的熔焊對(duì)接，且焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性。
[0028]本發(fā)明鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲直徑小，既可采用手工鎢極氬弧焊焊接，又可采用熔化極氬弧焊焊接；且焊絲合金種類少，制備工藝簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
[0029]實(shí)施例1
[0030]步驟I，熔煉
[0031]按照重量百分比分別稱取純鎳粉52%，海綿鈦48%;將稱取的海綿鈦放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化；待海綿鈦完全熔化成鋼液后進(jìn)行精煉，精煉的溫度為1680°C，時(shí)間為20min，然后將鋼液溫度降至1550°C后充入氬氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到350mmHg ；再將稱取的純鎳粉加入鋼液中攪拌2min后出鋼，出鋼溫度為1480°C，澆注到鑄錠模中，澆注過(guò)程中要使鋼液溫度保持在1480°C，同時(shí)注意鋼液表面平靜，澆注均勻，澆注完畢后將鑄錠模在真空室保存30min，然后取出鑄錠并冷卻至室溫；在熔煉過(guò)程中各組分重量百分比控制為:C ≤ 0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%, Ni52%，余量為Ti，各組分重量百分比之和為100% ；
[0032]步驟2，拔絲
[0033]采用空氣錘在1100°C下將步驟I得到的鑄錠鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在1100°C下采用200型五架橫列三輥式軋機(jī)軋制成Φ6.5mm盤條；最后將盤條經(jīng)過(guò)機(jī)械剝殼、酸洗、200°C干燥0.5h、熱處理(溫度920°C，時(shí)間Ih)后逐級(jí)拉拔，形成Φ 1.6mm的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲。
[0034]采用實(shí)施例1制備的T1-Ni焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及管線鋼焊絲(YCGX80)焊接鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:復(fù)合板開單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層與過(guò)渡層均采用手工鎢極氬弧焊，焊接電流分別為:80-100A、100-130A，保護(hù)氣體為99.99%的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160-180A。
[0035]經(jīng)測(cè)試焊接接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度501MPa，屈服強(qiáng)度393MPa，斷后延伸率
9.5%，斷面收縮率32%，室溫沖擊功32J。
[0036]焊縫區(qū)熔敷金屬金相圖如圖1所示，由圖1可知，TAl焊縫與T1-Ni過(guò)渡層焊縫以不規(guī)則的塊狀或片狀組織相互滲透，穿插銜接，其界面為一寬約100 μ m的過(guò)渡帶；T1-Ni焊縫與X80鋼焊縫以塊狀組織相互連接，其界面呈線狀，無(wú)明顯過(guò)渡帶，但T1-Ni焊縫在靠近X80鋼側(cè)有一 50-100 μ m的條狀或針狀組織區(qū)，該組織與X80鋼的針狀鐵素體組織具有較好的銜接性。
[0037]實(shí)施例2
[0038]步驟I，熔煉
[0039]按照重量百分比分別稱取純鎳粉54%，海綿鈦46%;將稱取的海綿鈦放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化；待海綿鈦完全熔化成鋼液后進(jìn)行精煉，精煉的溫度為1680°C，時(shí)間為20min，然后將鋼液溫度降至1550°C后充入氬氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到360mmHg ；再將稱取的純鎳粉加入鋼液中攪拌2min后出鋼，出鋼溫度為1480°C，澆注到鑄錠模中，澆注過(guò)程中要使鋼液溫度保持在1480°C，同時(shí)注意鋼液表面平靜，澆注均勻，澆注完畢后將鑄錠模在真空室保存30min，然后取出鑄錠并冷卻至室溫；在熔煉過(guò)程中各組分重量百分比控制為:C ≤ 0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%, Ni54%，余量為Ti，各組分重量百分比之和為100% ；
[0040]步驟2，拔絲[0041]采用空氣錘在1150°C下將步驟I得到的鑄錠鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在1150°C下采用200型五架橫列三輥式軋機(jī)軋制成Φ6.5mm盤條；最后將盤條經(jīng)過(guò)機(jī)械剝殼、酸洗、200°C干燥0.5h、熱處理(溫度980°C，時(shí)間Ih)后逐級(jí)拉拔，形成Φ 1.4mm的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲。[0042]采用實(shí)施例2制作的T1-Ni焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及管線鋼焊絲(YCGX80)焊接鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:復(fù)合板開單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層與過(guò)渡層均采用手工鎢極氬弧焊，焊接電流分別為:80-100A、105-135A，保護(hù)氣體為99.99%的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160-180A。
[0043]焊接接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度495MPa，屈服強(qiáng)度398MPa，斷后延伸率10.5%，斷面收縮率33%，室溫沖擊功33J。
[0044]實(shí)施例3
[0045]步驟I，熔煉
[0046]按照重量百分比分別稱取純鎳粉56%，海綿鈦44%;將稱取的海綿鈦放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化；待海綿鈦完全熔化成鋼液后進(jìn)行精煉，精煉的溫度為1680°C，時(shí)間為20min，然后將鋼液溫度降至1550°C后充入氬氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到300mmHg ；再將稱取的純鎳粉加入鋼液中攪拌2min后出鋼，出鋼溫度為1480°C，澆注到鑄錠模中，澆注過(guò)程中要使鋼液溫度保持在1480°C，同時(shí)注意鋼液表面平靜，澆注均勻，澆注完畢后將鑄錠模在真空室保存30min，然后取出鑄錠并冷卻至室溫；在熔煉過(guò)程中各組分重量百分比控制為:C ( 0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%, Ni56%，余量為Ti，各組分重量百分比之和為100% ；
[0047]步驟2，拔絲
[0048]采用空氣錘在1180°C下將步驟I得到的鑄錠鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在1180°C下采用200型五架橫列三輥式軋機(jī)軋制成Φ6.5mm盤條；最后將盤條經(jīng)過(guò)機(jī)械剝殼、酸洗、200°C干燥0.5h、熱處理(溫度880°C，時(shí)間Ih)后逐級(jí)拉拔，形成Φ 1.2mm的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲。
[0049]采用實(shí)施例3制作的T1-Ni焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及管線鋼焊絲(YCGX80)焊接鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:復(fù)合板開單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層采用手工鎢極氬弧焊，過(guò)渡層均采用熔化極氬弧焊，焊接電流分別為:80-100A、100-130A，保護(hù)氣體為99.99%的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160-180A。
[0050]焊接接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度497MPa，屈服強(qiáng)度396MPa，斷后延伸率10%，斷面收縮率33%，室溫沖擊功32.5J。
[0051]實(shí)施例4
[0052]步驟I，熔煉
[0053]按照重量百分比分別稱取純鎳粉58%，海綿鈦42%;將稱取的海綿鈦放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化；待海綿鈦完全熔化成鋼液后進(jìn)行精煉，精煉的溫度為1680°C，時(shí)間為20min，然后將鋼液溫度降至1550°C后充入氬氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到380mmHg ；再將稱取的純鎳粉加入鋼液中攪拌2min后出鋼，出鋼溫度為1480°C，澆注到鑄錠模中，澆注過(guò)程中要使鋼液溫度保持在1480°C，同時(shí)注意鋼液表面平靜，澆注均勻，澆注完畢后將鑄錠模在真空室保存30min，然后取出鑄錠并冷卻至室溫；在熔煉過(guò)程中各組分重量百分比控制為:C ( 0.04%, N≤0.007%, O≤0.035%, H≤0.001%, Ni58%，余量為Ti，各組分重量百分比之和為100% ；
[0054]步驟2，拔絲
[0055]采用空氣錘在1200°C下將步驟I得到的鑄錠鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在1200°C下采用200型五架橫列三輥式軋機(jī)軋制成Φ6.5mm盤條；最后將盤條經(jīng)過(guò)機(jī)械剝殼、酸洗、200°C干燥0.5h、熱處理(溫度950°C，時(shí)間Ih)后逐級(jí)拉拔，形成Φ 1.2mm的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲。
[0056]采用實(shí)施例4制作的T1-Ni焊絲，配合鈦層焊絲(純鈦絲)及管線鋼焊絲(YCGX80)焊接鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:復(fù)合板開單V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，坡口角度為60°，先焊鈦層，后焊鋼層；鈦層采用手工鎢極氬弧焊，過(guò)渡層均采用熔化極氬弧焊，焊接電流分別為:80-100A、105-135A，保護(hù)氣體為99.99%的高純氬氣，鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為160-180A。
[0057]焊接接頭力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度492MPa，屈服強(qiáng)度394MPa，斷后延伸率11%，斷面收縮率34%，室溫沖擊功34J。
[0058]焊縫區(qū)熔敷金屬金相圖如圖2所示，由圖2可知，T1-Ni焊縫與TAl焊縫連接良好，界面呈線狀，T1-Ni焊縫在靠近界面處為樹枝狀或塊狀組織；T1-Ni焊縫與X80鋼焊縫界面呈線狀，在界面處兩側(cè)焊縫以細(xì)條狀或針狀穿插連接，整個(gè)焊縫過(guò)渡均勻，銜接良好。
【權(quán)利要求】
1.鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲，其特征在于，按照重量百分比由以下組分組成:Ni52-58%, C ≤ 0.04%, N ≤ 0.007%, O ≤ 0.035%, H ≤ 0.001%，余量為 Ti,以上組分的重量百分比之和為100%。
2.鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟1，熔煉 按照重量百分比分別稱取純鎳粉52-58%，海綿鈦42-48% ;將稱取的海綿鈦放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化；待海綿鈦完全熔化成鋼液后進(jìn)行精煉，然后將鋼液溫度降至1550°C后充入氬氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到300-380mmHg ;再將稱取的純鎳粉加入鋼液中攪拌2min后出鋼，澆注到鑄錠模中，澆注完畢后將鑄錠模在真空室保存30min，然后取出鑄錠并冷卻至室溫；在熔煉過(guò)程中各組分重量百分比控制為:C≤ 0.04%, N≤0.007%,.O≤0.035%, H≤0.001%, Ni52-58%，余量為Ti，各組分重量百分比之和為100% ； 步驟2，拔絲 采用空氣錘在1100-1200°C下將步驟I得到的鑄錠鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在.1100-1200°C下采用200型五架橫列三輥式軋機(jī)軋制成Φ6.5mm盤條；最后將盤條經(jīng)過(guò)機(jī)械剝殼、酸洗、烘干、熱處理-干法拉絲-后逐級(jí)拉拔，形成Φ 1.2-1.6mm的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲的制備方法，其特征在于，所述步驟I中精煉的溫度為1680°C，時(shí)間為20min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲的制備方法，其特征在于，所述步驟I中鋼液的出鋼溫度為1480°C，澆注過(guò)程中鋼液溫度保持在1480°C，同時(shí)注意鋼液表面平靜，澆注均勻。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦-管線鋼復(fù)合板焊接用T1-Ni焊絲的制備方法，其特征在于，步驟2中酸洗時(shí)使用的酸洗溶液為體積分?jǐn)?shù)為20%硫酸、10%硝酸和5%鹽酸配制成的水溶液；烘干溫度為200°C，時(shí)間為0.5h ;熱處理溫度為880-980°C，時(shí)間為lh。
【文檔編號(hào)】B23K35/40GK103567664SQ201310525904
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】張敏, 吳偉剛, 史倩茹, 井強(qiáng), 褚巧玲, 李繼紅 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)