一种电渣重熔N06625镍基合金焊材用渣系、制备方法及使用方法

一种电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系、制备方法及使用方法
技术领域
1.本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系、制备方法及使用方法。


背景技术：

2.随着环保排放要求越来越严格，石化、能源、环保行业用油井管、裂解炉管、换热器、气化炉、垃圾焚烧炉的服役条件更加苛刻，关键设备和关键部件使用材料由目前的奥氏体、超级奥氏体不锈钢向高端镍基合金转变，由此与镍基合金配套的高端镍基合金焊材也随之增加。目前全世界镍基合金总消费量在30万吨左右，其中高端镍基合金焊材以 n06625为主，约占2万吨。我国镍基合金每年表观消费量在4万吨左右，对应的高端镍基合金n06625焊材约占8000吨，80％以上需要进口。
3.我国高端镍基合金n06625焊材的产品质量与国外相比还有一定差距，如纯净度方面，产品气体含量只能稳定控制在o≤30ppm、夹杂物等级总和≤1.5级。申请号为201810734346.2的发明申请记载了一种高纯净无偏析的n06625合金的电渣重熔冶炼工艺，重熔后合金低倍无偏析，高倍纯洁度高，a+b+c+d类夹杂物总和不大于2.0，但并未给出相关渣系组元具体成分范围。申请号为201810610467.6的发明申请记载了一种 n06625镍基合金电渣重熔方法以及使用的渣系，渣系的原料和原料之间的质量百分比为caf2：55-65％，al2o3：15-25％，cao：8-15％，mgo： 5-10％，tio2：2-5％。文献《五元渣密度及在镍基合金工业熔炼的应用》报道了一种电渣重熔inconel625镍基合金用渣系组元：caf2：65％，cao： 9％，al2o3：18％，sio2：8％，mgo：7％。但n06625焊材与inconel625 合金在合金成分存在一定区别，现行典型inconel625合金成品成分为cr： 21.5，ni：61，mo：9，nb:3.6，fe：2，c：0.05，al：0.2，ti：0.2，si：0.2，mn：0.2，s≤0.015，p：0.001；典型n06625焊材成品成分为cr： 21.7，mo：8.9，nb:3.6，fe：0.01，c：0.03，al：0.15，ti：0.01，si： 0.02，mn：0.2，s：0.001，p：0.001。n06625焊材中主要脱氧元素c、 si、al含量均很低，因此合金中氧含量控制难度更大。同时，典型 inconel625合金al：ti含量比为1：1，重熔过程al和ti均匀性较易于控制；而n06625焊材中低水平的al+ti含量以减少焊接时氧化物和氮化物“夹渣”的产生，改善合金的焊接性能，但重熔过程al和ti均匀性较难于控制。此外，s在镍基合金中是以有害元素角色存在，当合金中s 的质量分数较高时，会对合金的热加工性能、焊接性、耐腐蚀性以及抗高温氧化性等产生不利影响，尤其对于高品质n06625焊材，对s含量的要求也更为严格。
4.因此，为有效缓解对高端镍基合金焊材产品进口的依赖，满足各行业对高品质镍基合金的需求，加快关键设备国产化进程、降低生产成本、推动绿色发展，开发出满足高洁净度的电渣重熔高端镍基合金n06625焊材用渣系是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.为了解决现有技术中存在的n06625镍基合金焊材的纯净度不足、产品质量不足的问题，本发明提供一种电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系。为解决上述问题，本发明还提供一种电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系的制备方法及使用方法。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
9.第一方面，本发明提供一种电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系，按质量百分比计，包括如下组分：
10.caf2：58-62％，al2o3：15-19％，cao：15-19％，na2o：2.0-4.0％， tio2：2.0-4.0％；
11.余量为杂质，杂质的含量≤1％，前述各项之和为100％；所述杂质包含sio2，sio2的含量占渣系总量≤1％。
12.如上所述的电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系，优选地，按质量百分比计，所述渣系包括如下组分：
13.caf2：59％，al2o3：17％，cao：17％，na2o：3.0％，tio2： 3.0％；
14.杂质1％，杂质中sio2的含量占渣系总量为0.8％。
15.如上所述的电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系，优选地，所述渣系中，(cao+na2o)/sio2≥20。
16.如上所述的电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系，优选地，按质量百分比计，所述n06625镍基合金焊材包括如下组分：
17.c≤0.10％，si≤0.2％，mn≤0.5％，s≤0.015％，p≤0.015％，cr：20.0-23.0％， mo：8.0-10.0％，nb：3.15-4.15％，al≤0.2％，ti≤0.2％，余量为ni。
18.第二方面，本发明提供一种上述电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系的制备方法，包括如下步骤：
19.s1：以caf2、al2o3、cao、na2o和tio2为原料，将各组分混合搅拌均匀，配制得到如下质量百分比组分的渣系：caf2：58-62％，al2o3： 15-19％，cao：15-19％，na2o：2.0-4.0％，tio2：2.0-4.0％；余量为杂质，杂质的含量≤1％，前述各项之和为100％；所述杂质包含sio2，sio2的含量占渣总量≤1％；
20.s2：将步骤s1得到的配料放入电弧炉内熔化并精炼；
21.s3：精炼结束后，进行浇铸，然后冷却至室温，得到预熔渣块；
22.s4：对步骤s3得到的预熔渣块进行破碎筛分，制成上述成分含量的电渣重熔n06625镍基合金焊材用的预熔渣。
23.如上所述的制备方法，优选地，步骤s2中精炼温度为1550-1580℃，精炼时间为30-50min。
24.如上所述的制备方法，优选地，步骤s4中，预熔渣块破碎为1-10mm，制成电渣重熔给n06625镍基合金焊材用的预熔渣。
25.第三方面，本发明还提供一种上述电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系的使用方法，包括如下步骤：
26.s1：将预熔后的电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系装入电渣炉加渣器内，电渣炉加渣器与保护气氛电连接；
27.s2：向电渣炉内通入氩气；
28.s3：开启电渣炉的电源，送电起弧，同时控制电渣炉加渣器向电渣炉内加渣；
29.s4：自耗电极、熔渣以及底水箱构成闭合回路，开始制备电渣重熔 n06625镍基合金焊材。
30.(三)有益效果
31.本发明的有益效果是：
32.本发明通过调整渣系中各个组分的配比使得渣系的熔点、密度以及黏度满足电渣重熔n06625镍基合金焊材的生产，既能减少n、o气体和 s等杂质元素，控制夹杂物的数量，还能够控制合金中易氧化元素al、 ti的烧损，保证焊材的头尾均匀性。
33.具体地，本发明在熔渣中添加较高量的cao和na2o以降低熔渣中 sio2的活度，添加适量的tio2，以抑制al、ti等易氧化元素的烧损，控制铸锭纵向均匀性。此外，较高量的cao和na2o提高了熔渣的碱度和硫容，提高了渣金反应过程去除夹杂物能力和脱硫能力，减少o、s元素的含量以及o、s的夹杂物数量。
具体实施方式
34.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
35.第一方面，本发明提供一种电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系，按质量百分比计，包括如下组分：
36.caf2：58-62％，al2o3：15-19％，cao：15-19％，na2o：2.0-4.0％，tio2：2.0-4.0％。余量为杂质，杂质的含量≤1％，前述各项之和为100％；上述杂质包含sio2，sio2的含量占渣系总量≤1％。
37.按质量百分比计，上述n06625镍基合金焊材包括如下组分：
38.c≤0.10％，si≤0.2％，mn≤0.5％，s≤0.015％，p≤0.015％，cr： 20.0-23.0％，mo：8.0-10.0％，nb：3.15-4.15％，al≤0.2％，ti≤0.2％，余量为ni。上述焊材组分中，al+ti元素的含量较低，目的是减少焊接时氧化物和氮化物“夹渣”的产生，改善合金的焊接性能。而s、p等有害元素得含量较低，能够避免焊缝产生热裂纹。
39.其中，caf2能够降低渣系的熔点、粘度以及表面张力。
40.电渣重熔n06625镍基合金焊材的元素组成中往往含有较低含量的 al、ti等易氧化元素，为了抑制al、ti元素的烧损，保持铸锭纵向均匀性，本发明在渣系中添加2.0％-4.0％的tio2，以防止n06625镍基合金焊材出现式(1)中的“烧钛增铝”或“烧铝增钛”现象。
41.3[ti]+2(al2o3)＝4[al]+3(tio2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0042]
al2o3能够显著降低渣系的电导率，减少电耗，提高生产效率。
[0043]
工业渣中存在约1％，一般为0.8％的sio2，研究表明，当渣系中含有 sio2时，al、ti元素会发生式(2)以及式(3)中的反应：
[0044]
4[al]+3(sio2)＝3[si]+2(al2o3)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0045]
[ti]+(sio2)＝[si]+(tio2)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0046]
为抑制或者减弱式(2)以及式(3)中的反应，本发明同时添加较高量的cao和na2o，使二元碱度(cao+na2o)/sio2≥20，以此降低熔渣中sio2的活度。与此同时，又由于渣系中加入了al2o3和tio2，还能够进一步能抑制上述反应的正向进行，防止al、ti元素的烧损。
[0047]
此外，为控制n06625镍基合金焊材中的氧含量，本发明以氩气作为保护气氛进行电渣重熔。在氩气保护的条件下，气化脱硫反应被抑制，焊材合金中s元素的主要通过式(4)的反应实现去除：
[0048]
[s]+( o
2-)＝[o]+(s
2-)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0049]
本发明在渣系中添加较高含量的cao和na2o，增加电渣重熔熔渣硫容，提高了s的去除能力。
[0050]
上述电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系的优选组成包括如下组分：caf2：59％，al2o3：17％，cao：17％，na2o：3.0％，tio2：3.0％，杂质1％，杂质中sio2的含量占渣系总量为0.8％。
[0051]
第二方面，本发明提供一种上述电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系的制备方法，包括如下步骤：
[0052]
s1：以caf2、al2o3、cao、na2o和tio2为原料，将各组分混合搅拌均匀，配制得到如下质量百分比组分的渣系：caf2：58-62％，al2o3： 15-19％，cao：15-19％，na2o：2.0-4.0％，tio2：2.0-4.0％，余量为杂质，杂质的含量≤1％，前述各项之和为100％；所述杂质包含sio2，sio2的含量占渣总量≤1％。
[0053]
s2：将步骤s1得到的配料放入电弧炉内熔化，并在1550-1580℃下精炼30-50min。
[0054]
s3：精炼结束后，浇铸到铸铁盘内，然后冷却至室温，得到预熔渣块。
[0055]
s4：对步骤s3得到的预熔渣块进行破碎筛分，，筛出粒度为1-10mm 的部分制成上述成分含量的电渣重熔n06625镍基合金焊材用的预熔渣。
[0056]
第三方面，本发明还提供一种上述电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系的使用方法，包括如下步骤：
[0057]
s1：将预熔后的电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系装入电渣炉加渣器内，电渣炉加渣器与保护气氛电连接。
[0058]
s2：向电渣炉内通入氩气。
[0059]
s3：开启电渣炉的电源，送电起弧，同时控制电渣炉加渣器向电渣炉内加渣。
[0060]
s4：自耗电极、熔渣以及底水箱构成闭合回路，开始制备电渣重熔 n06625镍基合金焊材。稳态熔速控制在0.40-0.55kg/h。
[0061]
实施例1
[0062]
本实施例以萤石、石灰、工业氧化铝、氧化钠和二氧化钛为原料，按照caf2:59％，al2o3：17％，cao：17％，na2o：3.0％，tio2：3.0％的比例混合后并搅拌均匀，在电弧炉内熔化，并在1550℃下精炼35分钟。然后浇铸到铸铁盘内冷却至室温，并采用破碎机粉碎筛出粒度为1-10mm 的部分，制成电渣重熔n06625镍基合金焊材用的预熔渣。
[0063]
该渣系的熔点为1448k，密度(2.605g﹒cm-3
)，该渣系在1873k时的黏度为0.02pa
·
s，满足电渣重熔n06625镍基合金焊材的生产。
[0064]
采用保护气氛电渣重熔炉进行重熔，电极直径75mm，结晶器直径 140mm。首先将3.2kg预熔的电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系装入保护气氛电渣炉加渣器内，电渣炉加渣器与保护气氛电渣炉连接。随后向保护气氛电渣炉内通入氩气，然后开启电渣炉的电源，送电起弧，同时通过加渣器向炉内加渣，自耗电极与熔渣和底水箱构成闭合回路，电渣重熔n06625镍基合金焊材过程正式开始进行。重熔稳定期电压34v，重熔电流2.2ka，熔化速
度为65kg/h。
[0065]
以上述电渣重熔镍n06625镍基合金焊材用渣系，在电渣重熔过程中性质稳定，得到的铸锭内外表面质量良好，无明显渣沟、结瘤等缺陷。对铸锭的头、中、尾取样进行成分分析，具体数据参照表1。发现铸锭的头、中、尾易氧化元素成分均匀，且均在目标范围内，其中s元素含量较低，成分合格，铸锭中a+b+c+d类夹杂物总和不大于1.0。
[0066]
对比例1
[0067]
本对比例提供一种通用渣系，按照质量百分比计，包括：caf2：70％， al2o3：30％。使用该渣系，采用该渣系制备n06625镍基合金焊材，获得的铸锭中a+b+c+d类夹杂物总和为2.5，ti元素烧损严重，脱硫效果较差，铸锭中各个元素的含量如表1所示。
[0068]
表1n06625镍基合金焊材合金部分化学成分(质量分数/％)
[0069][0070]
通过表1可知，实施例1的电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系，通过优化渣系成分以及各成分的配比，有效抑制了ti元素的烧损，提高各个元素在铸锭中分布的均匀性，因此保证了合金组织性能的均匀性。
[0071]
另外，铸锭中的s元素含量控制在较低范围，成分合格。而铸锭中 a+b+c+d类夹杂物总和不大于1.0，明显减少了夹杂物的数量，提升了镍基合金n06625焊材的纯净度以及镍基合金n06625焊材的性能。
[0072]
以上实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定，本领域技术人员在权利要求的范围内做出各种变形或修改，均属于本发明的实质内容。