高品質(zhì)Inconel625焊絲生產(chǎn)工藝探究

供稿|程偉，楊哲，楊晗，丁五洲

作者單位：寶鈦集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721014

內(nèi)容導(dǎo)讀

Inconel625焊絲是鎳-鉻-鉬系列產(chǎn)品，具有耐活潑性氣體、耐苛性介質(zhì)、耐還原性酸介質(zhì)腐蝕的良好性能，又具有強(qiáng)度高、塑性好、可冷熱變形和加工成形及可焊接的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、原子能、海洋開發(fā)、航空、航天等領(lǐng)域中，是一種非常重要的耐腐蝕金屬材料。本文通過(guò)創(chuàng)新熔煉方式及后續(xù)加工工藝路線，主要從熔煉、鍛造、軋制、拉伸等方面，在原有生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上探索并改進(jìn)高品質(zhì)Inconel625焊絲(ERNiCrMo-3)的生產(chǎn)方法。試制的Inconel625鎳基合金焊絲(ERNiCrMo-3)表面光潔，無(wú)影響最終產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷，化學(xué)成分優(yōu)異，性能良好，經(jīng)過(guò)焊接測(cè)試，被定級(jí)為“高品質(zhì)Inconel625鎳基合金焊絲”。

Inconel625焊絲(ERNiCrMo-3)因其耐活潑性氣體、耐苛性介質(zhì)、耐還原性酸介質(zhì)腐蝕、高強(qiáng)度、塑性好、可冷熱變形和加工成形及可焊接的特殊性能，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、原子能、海洋開發(fā)、航空、航天等工業(yè)生產(chǎn)中。本文結(jié)合美標(biāo)AWS A5.14—2005及國(guó)標(biāo)GB/T15620—2008的要求，不但將合金成分控制在更窄的范圍內(nèi)(各類成分控制要求見(jiàn)表1)，并且對(duì)H、O、N三種氣體元素進(jìn)行了很好控制。最終通過(guò)進(jìn)一步的加工，生產(chǎn)出化學(xué)成分及力學(xué)性能均能達(dá)到美標(biāo)及國(guó)標(biāo)要求的高品質(zhì)Inconel625焊絲(ERNiCrMo-3)。本文從兩步法熔煉(真空感應(yīng)+電渣重熔)、鍛造、軋制、拉伸的工藝路線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將生產(chǎn)結(jié)果與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行對(duì)照，從而探究了生產(chǎn)高品質(zhì)Inconel625焊絲的工藝路線。

工藝方案

采用的工藝路線為兩步法熔煉(VIM+ESR)—鍛造—軋制—拉拔。

熔煉

采取VIM+ESR相結(jié)合的方式，通過(guò)改變合金的加入方式，從而能夠更好地控制合金成分，并使得雜質(zhì)元素(H、O、N)有效降低。兩步法熔煉和傳統(tǒng)熔煉方式相比，生產(chǎn)的鑄錠組織均勻，易加工，且成分更加優(yōu)越[1]。

表1 高品質(zhì)Inconel600焊絲(ERNiCrMo-3)美標(biāo)、國(guó)標(biāo)及目標(biāo)控制成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

鍛造

將兩步法熔煉出的合金鑄錠經(jīng)處理后，采用天然氣爐加熱進(jìn)行鍛造。經(jīng)1 t空氣錘兩火鍛造至φ45 mm×1000 mm，并進(jìn)行取樣分析。一火將鑄錠鍛至42 mm×42 mm×L mm，然后回火(1100 ℃/保溫2 h)，最終鍛至φ45 mm×1000 mm，并對(duì)合金棒坯進(jìn)行取樣分析力學(xué)性能。

軋制

通過(guò)250棒材軋機(jī)軋制，將φ45 mm的Inconel625合金棒坯軋至φ8.0 mm。當(dāng)爐溫到達(dá)500 ℃時(shí)裝爐，待爐溫升高到1050 ℃時(shí)保溫2.5 h。保溫結(jié)束后，進(jìn)行多孔型軋制。確保軋制效果良好，無(wú)折疊、無(wú)耳子等缺陷。

拉拔

將處理好的Inconel625合金棒在1.2 m轉(zhuǎn)盤拉絲機(jī)上進(jìn)行熱拉拔，加熱溫度在1100～1150 ℃之間，通過(guò)多模拉伸(12模次)并結(jié)合中間熱處理，直至合金棒拉伸至φ2.4 mm的成品，然后進(jìn)行成品熱處理及表面處理。

結(jié)果與分析

熔煉工藝

本實(shí)驗(yàn)采用VIM+ESR的熔煉工藝路線，在合金元素加入方式上也做了很大的改進(jìn)，以便更好控制合金鑄錠成分。本實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)熔煉方式生產(chǎn)的ERNiCrMo-3鑄錠成分如表2。

表中2數(shù)據(jù)可以看出，VIM+ESR兩步法較傳統(tǒng)熔煉方式可更有效地提高合金的純潔度，對(duì)N、H、O等元素具有較好的控制(見(jiàn)表3)，并且能更好地控制S、P等有害元素，最大限度地減少它們?cè)诤辖鹬械暮縖2]。因此，真空感應(yīng)熔煉的合金經(jīng)電渣重熔，可進(jìn)一步降低雜質(zhì)元素含量，改善合金組織，在保障合金純潔度的同時(shí)，大大降低了鑄錠宏觀偏析傾向，使得鑄錠具有良好的加工性能。

鍛造

真空感應(yīng)+電渣重熔試制的ERNiCrMo-3鑄錠，因鑄錠本身雜質(zhì)含量低，組織致密均勻，故只要加熱工藝選擇適當(dāng)，鑄錠的可鍛性就會(huì)大幅度提高。根據(jù)ERNiCrMo-3合金的相圖，本實(shí)驗(yàn)選取了合適的加熱工藝，即開坯時(shí)輕錘快打(小變形量)，以便充分破碎晶粒，緊接著在保證合金溫度不低于終鍛溫度的前提下，使得合金鑄錠獲得較大的形變量[3]，從而確保鍛造棒坯不僅具有良好的表面，而且加工組織均勻良好。經(jīng)取樣分析，合金棒的力學(xué)性能見(jiàn)表4。

表3 兩種熔煉方式雜質(zhì)成分對(duì)照(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表4 Inconel625合金鍛造后力學(xué)性能

通過(guò)以上觀察，合金鍛造坯1100 ℃固溶熱處理后晶粒大小均勻，晶界之間輪廓清晰，間隙元素分布均勻有利。力學(xué)性能均達(dá)到GB/T15620及美標(biāo)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且較均勻，其良好的塑性為后續(xù)的進(jìn)一步加工奠定了良好的基礎(chǔ)。

軋制

棒材熱處理后的金相組織見(jiàn)圖1。棒絲材的軋制過(guò)程，其實(shí)就是軋件在軋輥間承受軋制壓力的作用而發(fā)生塑性變形。

圖1 棒材熱處理后的金相照片

本次實(shí)驗(yàn)采用圓-橢圓-圓孔型系統(tǒng)。由φ45 mm坯料軋制至φ8.0 mm盤圓共軋制15道次，總變形量約為96.43%，平均道次變形量約為19.9%，軋制速度為2.5～3.0 m/s。

對(duì)φ8.0 mm的合金棒材進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)及金相分析，力學(xué)性能結(jié)果如表5，熱軋態(tài)的金相組織如圖2，試樣經(jīng)熱處理后的金相組織如圖3所示。

表5 Inconel625合金棒軋制后力學(xué)性能

圖2 Inconel625合金棒熱軋態(tài)金相照片

圖3 Inconel625合金棒熱處理后的金相照片

圖中可以看出，整個(gè)軋制過(guò)程Inconel625合金棒形變均勻，軋制后的加工組織分布均勻，無(wú)缺陷。熱處理后的合金棒材晶粒大小均勻，晶界清晰，間隙元素均勻分布，且力學(xué)性能良好。

拉拔

絲材拉拔主要是通過(guò)拉絲模對(duì)線材的直徑或形狀進(jìn)行改變，從而生產(chǎn)出一定直徑或形狀的絲材產(chǎn)品[4]。一般拉拔有熱拉和冷拉兩種形式，并且絲材進(jìn)入拉絲模時(shí)要進(jìn)行潤(rùn)滑，熱拉時(shí)拉絲模上有專用的冷卻設(shè)置[5]。

通過(guò)對(duì)本次實(shí)驗(yàn)最終生產(chǎn)的成品合金絲材進(jìn)行取樣分析，成品焊絲具體化學(xué)成分見(jiàn)表6，力學(xué)性能見(jiàn)表7。

表6 Inconel625成品焊絲化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表7 Inconel625成品焊絲力學(xué)性能

通過(guò)測(cè)試結(jié)果分析，本次試制的Inconel625鎳基合金焊絲(ERNiCrMo-3)表面光潔，無(wú)影響最終產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷，化學(xué)成分優(yōu)異，性能良好，同時(shí)成品焊絲經(jīng)過(guò)焊接測(cè)試，該Inconel625鎳基合金焊絲被定級(jí)為“高品質(zhì)Inconel625鎳基合金焊絲”。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)創(chuàng)新熔煉方式及后續(xù)加工工藝路線，自主研發(fā)試制的高品質(zhì)Inconel625合金焊絲(ERNiCrMo-3)，化學(xué)成分、力學(xué)性能及焊接性能等均能夠達(dá)到美標(biāo)AWSA5.14—2005及國(guó)標(biāo)GB/T15620—2008的要求，且各項(xiàng)指標(biāo)均處于較高水準(zhǔn)。

(1) 通過(guò)“真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔”，并且改變合金元素的加入方式，進(jìn)而可以更好的控制Inconel625合金(ERNiCrMo-3)的化學(xué)成分，更好的去除N、H、O、S、P等有害元素。

(2) 通過(guò)后續(xù)加工，產(chǎn)生一定的形變量，改善了合金的組織，大大提高了合金的綜合性能。

(3) 本次實(shí)驗(yàn)為我國(guó)在高品質(zhì)鎳基合金Inconel 625棒材、絲材方面的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。