[发明专利]一种防止GH625合金管材焊缝应力腐蚀开裂的工艺

说明书

本发明公开了一种防止GH625合金管材焊缝应力腐蚀开裂的工艺，按照以下过程实施：真空感应熔炼制备电极锭，电渣重熔制备铸锭，清理铸锭表面并与假电极进行焊接，对铸锭进行真空自耗重熔，均匀化热处理，锻造开坯，挤压制备GH625合金管材，焊接，对焊缝接头检测，去应力退火处理，最终的焊缝检查。本发明显著改善了GH625合金管材焊缝接头的冶金质量，降低了焊接接头的残余应力，避免了应力腐蚀导致的焊缝开裂，提高了焊接部件的使用寿命与可靠性。

技术领域

本发明属于高温合金加工技术领域，具体涉及一种防止GH625合金管材焊缝应力腐蚀开裂的工艺。

背景技术

目前，GH625合金管材的焊接主要采用钨极惰性气体保护焊或氩弧焊，道次多、焊缝窄，焊接热应力较大，高的残余应力会导致焊缝剧烈的应力腐蚀开裂。焊接引起残余应力上升的原因是由于焊缝区合金凝固结晶过程中体积变化和温度梯度造成的。此外，GH625合金的碳(C)含量较高(接近0.1％Wt)，合金中碳化物多以MC型(NbC)、M6C型形式存在，研究表明，焊后与焊前相比，焊缝部位有碳化铬等碳化物析出，过多的脆性碳化物也会导致合金焊缝应力腐蚀开裂倾向增大。因此，通过改进熔炼工艺提高合金纯净度，创新设计去应力热处理退火工艺，能够防止残余应力导致的GH625合金焊接接头的开裂。

GH625(又称为GH3625，对应美国牌号为Inconel 625)是镍(Ni)-铬(Cr)基固溶强化型变形高温合金，以Cr、钼(Mo)、铌(Nb)为主要固溶强化元素，最高使用温度达到950℃，具有良好的抗拉强度和抗疲劳性能。该合金Cr含量达到20.0～23.0％Wt，具有良好的抗氧化、耐腐蚀性能，以及较好的耐各种盐类溶液、硝酸和磷酸腐蚀的能力。目前，GH625合金广泛用于制造各种航空、航天发动机零件、燃机管道输送、核反应堆构件，以及石油化工设备。

GH625合金主要制备工艺路线真空感应炉熔炼+电渣炉重熔、真空感应炉熔炼+真空自耗炉重熔两种工艺方法。其中，真空感应炉是在真空环境下利用(中频)电磁感应在金属料中产生涡流热使其熔化，通过电磁搅拌的精炼过程，生成精准控制成分的合金材料。熔炼过程中发生真空脱气(O、N、H)、低熔点有害元素挥发、分解与浮选等物理化学反应。熔炼时高的真空气氛有利于去除气体和夹杂物，使合金中N、H、O和夹杂物含量都很低。此外，有害杂质Pb、Bi、Te、Cd、Sn等在真空中通过挥发去除。而电渣炉是纯净金属材料熔炼使用的一种重要设备，电渣炉利用电流的渣阻热熔化铸(锻)锭电极的底端，高密度的合金熔滴穿过浮在液态金属熔池表面的渣池，经过具有导电性熔渣的清洗吸附作用，在铜制水冷结晶器内凝固成铸锭。电渣重熔的工艺优点包括显著降低合金中的陶瓷夹杂物、元素硫(S)及气体含量，消除铸锭中疏松、孔洞等冶金缺陷。电渣重熔最重要的一个工艺优势就是脱S效果显著。另外，真空自耗炉(又称真空电弧炉)是变形高温合金熔炼用的重要设备。其工艺原理是在真空及无渣环境下用直流电弧作为高温热源，熔化合金电极，电极顶端金属以熔化薄层形成熔滴通过电弧区滴到紫铜质水冷结晶器内并顺序凝固成锭。真空自耗重熔的工艺优点是有利于去除或降低合金中的有害气体(如N、H、O)；进一步降低有害低熔点微量元素(如Bi、Ag、Sb等)含量；无耐火材料接触，避免陶瓷夹杂物污染；减轻化学元素偏析，减少铸锭中心缩孔、疏松，同时改善陶瓷夹杂物的形态与分布等。

金属零件(包括GH625合金管材)无论经过热加工或冷加工过程，都会在内部产生残余应力。由于制备工艺、工作环境等各种原因，GH625管材中的残余应力无法彻底消除，切实可行的方案是降低或减小残余应力到可控的范围之内。常用方法有自然时效、去应力退火和振动时效3种。自然时效是指将焊接件经长时间存放，使残余应力缓慢松弛。这种方法需要时间较长而且对高温合金而言应力消除并不彻底；去应力退火是将工件加热到一定温度后，经过较长时间保温，然后缓慢冷却。除应力退火效果与加热温度和保温时间有关，加热温度越高，去除应力越彻底，所需保温时间也越少；振动时效是一种机械去除应力方法，现阶段在变形高温合金产品中应用较少，需要进一步开展研究。