高品质Inconel625焊丝生产工艺探究

供稿|程伟，杨哲，杨晗，丁五洲

作者单位：宝钛集团有限公司，陕西 宝鸡 721014

内容导读

Inconel625焊丝是镍-铬-钼系列产品，具有耐活泼性气体、耐苛性介质、耐还原性酸介质腐蚀的良好性能，又具有强度高、塑性好、可冷热变形和加工成形及可焊接的特点，广泛应用于石油化工、冶金、原子能、海洋开发、航空、航天等领域中，是一种非常重要的耐腐蚀金属材料。本文通过创新熔炼方式及后续加工工艺路线，主要从熔炼、锻造、轧制、拉伸等方面，在原有生产工艺的基础上探索并改进高品质Inconel625焊丝(ERNiCrMo-3)的生产方法。试制的Inconel625镍基合金焊丝(ERNiCrMo-3)表面光洁，无影响最终产品质量的缺陷，化学成分优异，性能良好，经过焊接测试，被定级为“高品质Inconel625镍基合金焊丝”。

Inconel625焊丝(ERNiCrMo-3)因其耐活泼性气体、耐苛性介质、耐还原性酸介质腐蚀、高强度、塑性好、可冷热变形和加工成形及可焊接的特殊性能，广泛应用于石油化工、冶金、原子能、海洋开发、航空、航天等工业生产中。本文结合美标AWS A5.14—2005及国标GB/T15620—2008的要求，不但将合金成分控制在更窄的范围内(各类成分控制要求见表1)，并且对H、O、N三种气体元素进行了很好控制。最终通过进一步的加工，生产出化学成分及力学性能均能达到美标及国标要求的高品质Inconel625焊丝(ERNiCrMo-3)。本文从两步法熔炼(真空感应+电渣重熔)、锻造、轧制、拉伸的工艺路线进行实验，将生产结果与传统生产工艺进行对照，从而探究了生产高品质Inconel625焊丝的工艺路线。

工艺方案

采用的工艺路线为两步法熔炼(VIM+ESR)—锻造—轧制—拉拔。

熔炼

采取VIM+ESR相结合的方式，通过改变合金的加入方式，从而能够更好地控制合金成分，并使得杂质元素(H、O、N)有效降低。两步法熔炼和传统熔炼方式相比，生产的铸锭组织均匀，易加工，且成分更加优越[1]。

表1 高品质Inconel600焊丝(ERNiCrMo-3)美标、国标及目标控制成分要求(质量分数，%)

锻造

将两步法熔炼出的合金铸锭经处理后，采用天然气炉加热进行锻造。经1 t空气锤两火锻造至φ45 mm×1000 mm，并进行取样分析。一火将铸锭锻至42 mm×42 mm×L mm，然后回火(1100 ℃/保温2 h)，最终锻至φ45 mm×1000 mm，并对合金棒坯进行取样分析力学性能。

轧制

通过250棒材轧机轧制，将φ45 mm的Inconel625合金棒坯轧至φ8.0 mm。当炉温到达500 ℃时装炉，待炉温升高到1050 ℃时保温2.5 h。保温结束后，进行多孔型轧制。确保轧制效果良好，无折叠、无耳子等缺陷。

拉拔

将处理好的Inconel625合金棒在1.2 m转盘拉丝机上进行热拉拔，加热温度在1100～1150 ℃之间，通过多模拉伸(12模次)并结合中间热处理，直至合金棒拉伸至φ2.4 mm的成品，然后进行成品热处理及表面处理。

结果与分析

熔炼工艺

本实验采用VIM+ESR的熔炼工艺路线，在合金元素加入方式上也做了很大的改进，以便更好控制合金铸锭成分。本实验和传统熔炼方式生产的ERNiCrMo-3铸锭成分如表2。

表中2数据可以看出，VIM+ESR两步法较传统熔炼方式可更有效地提高合金的纯洁度，对N、H、O等元素具有较好的控制(见表3)，并且能更好地控制S、P等有害元素，最大限度地减少它们在合金中的含量[2]。因此，真空感应熔炼的合金经电渣重熔，可进一步降低杂质元素含量，改善合金组织，在保障合金纯洁度的同时，大大降低了铸锭宏观偏析倾向，使得铸锭具有良好的加工性能。

锻造

真空感应+电渣重熔试制的ERNiCrMo-3铸锭，因铸锭本身杂质含量低，组织致密均匀，故只要加热工艺选择适当，铸锭的可锻性就会大幅度提高。根据ERNiCrMo-3合金的相图，本实验选取了合适的加热工艺，即开坯时轻锤快打(小变形量)，以便充分破碎晶粒，紧接着在保证合金温度不低于终锻温度的前提下，使得合金铸锭获得较大的形变量[3]，从而确保锻造棒坯不仅具有良好的表面，而且加工组织均匀良好。经取样分析，合金棒的力学性能见表4。

表3 两种熔炼方式杂质成分对照(质量分数，%)

表4 Inconel625合金锻造后力学性能

通过以上观察，合金锻造坯1100 ℃固溶热处理后晶粒大小均匀，晶界之间轮廓清晰，间隙元素分布均匀有利。力学性能均达到GB/T15620及美标相关标准的要求，且较均匀，其良好的塑性为后续的进一步加工奠定了良好的基础。

轧制

棒材热处理后的金相组织见图1。棒丝材的轧制过程，其实就是轧件在轧辊间承受轧制压力的作用而发生塑性变形。

图1 棒材热处理后的金相照片

本次实验采用圆-椭圆-圆孔型系统。由φ45 mm坯料轧制至φ8.0 mm盘圆共轧制15道次，总变形量约为96.43%，平均道次变形量约为19.9%，轧制速度为2.5～3.0 m/s。

对φ8.0 mm的合金棒材进行力学性能检测及金相分析，力学性能结果如表5，热轧态的金相组织如图2，试样经热处理后的金相组织如图3所示。

表5 Inconel625合金棒轧制后力学性能

图2 Inconel625合金棒热轧态金相照片

图3 Inconel625合金棒热处理后的金相照片

图中可以看出，整个轧制过程Inconel625合金棒形变均匀，轧制后的加工组织分布均匀，无缺陷。热处理后的合金棒材晶粒大小均匀，晶界清晰，间隙元素均匀分布，且力学性能良好。

拉拔

丝材拉拔主要是通过拉丝模对线材的直径或形状进行改变，从而生产出一定直径或形状的丝材产品[4]。一般拉拔有热拉和冷拉两种形式，并且丝材进入拉丝模时要进行润滑，热拉时拉丝模上有专用的冷却设置[5]。

通过对本次实验最终生产的成品合金丝材进行取样分析，成品焊丝具体化学成分见表6，力学性能见表7。

表6 Inconel625成品焊丝化学成分(质量分数，%)

表7 Inconel625成品焊丝力学性能

通过测试结果分析，本次试制的Inconel625镍基合金焊丝(ERNiCrMo-3)表面光洁，无影响最终产品质量的缺陷，化学成分优异，性能良好，同时成品焊丝经过焊接测试，该Inconel625镍基合金焊丝被定级为“高品质Inconel625镍基合金焊丝”。

结束语

通过创新熔炼方式及后续加工工艺路线，自主研发试制的高品质Inconel625合金焊丝(ERNiCrMo-3)，化学成分、力学性能及焊接性能等均能够达到美标AWSA5.14—2005及国标GB/T15620—2008的要求，且各项指标均处于较高水准。

(1) 通过“真空感应熔炼+电渣重熔”，并且改变合金元素的加入方式，进而可以更好的控制Inconel625合金(ERNiCrMo-3)的化学成分，更好的去除N、H、O、S、P等有害元素。

(2) 通过后续加工，产生一定的形变量，改善了合金的组织，大大提高了合金的综合性能。

(3) 本次实验为我国在高品质镍基合金Inconel 625棒材、丝材方面的发展奠定了良好的基础。