一種超高強(qiáng)度的全奧氏體不銹鋼焊絲制造技術(shù)

一種超高強(qiáng)度的全奧氏體不銹鋼焊絲，涉及一種不銹鋼焊絲，組成該焊絲的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：C：0.05～0.3%、Si：0.50～1.20%、Mn：10～15.0%、Cr：16.0～20.0%、Ni：3.0～7.0%、Ti：0.01～0.03%、N：0.1～0.30%、V：0.15～0.30%、S≤0.010、P≤0.020%、余量為Fe；本發(fā)明專利技術(shù)適用于全位置焊接，焊接質(zhì)量良好，同時(shí)也大幅提高了焊接效率，多次性能試驗(yàn)證明采用該焊絲焊接Mn13鋼時(shí)，焊縫金屬?gòu)?qiáng)度達(dá)到730MPa以上、韌性達(dá)到100J左右，滿足性能指標(biāo)要求，并且實(shí)現(xiàn)了不預(yù)熱焊接，焊后無需熱處理，簡(jiǎn)化了焊接工藝，且本發(fā)明專利技術(shù)的焊絲與合金含量相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)焊絲相比，熔敷金屬的強(qiáng)度提高了150MPa，且低溫沖擊提高了20J，表明本焊絲熔敷金屬綜合性能優(yōu)良，且成本較低，具有較高的性價(jià)比。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種超高強(qiáng)度的全奧氏體不銹鋼焊絲
本專利技術(shù)涉及一種不銹鋼焊絲，具體涉及一種超高強(qiáng)度的全奧氏體不銹鋼焊絲。
技術(shù)介紹
公知的，目前焊接性較差的高硬化性鋼其導(dǎo)熱能力低、膨脹系數(shù)大使得焊接區(qū)溫度梯度大，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力而容易發(fā)生裂紋；目前抗拉強(qiáng)度大于700MPa高硬化性鋼用焊接材料有兩類：第一類為低合金高強(qiáng)鋼成分系，該類焊接材料焊接工藝復(fù)雜，需要焊前預(yù)熱和焊后熱處理，導(dǎo)致焊接效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度增加、增加能源的消耗，雖然焊接材料成本較低，但是綜合整個(gè)焊接過程性價(jià)比較低；第二類焊接材料為高合金成分系，典型焊接材料有ER307、ER307Si、ER309、ER309Mo等系列成分系，該類焊接材料熔敷金屬為全奧氏體組織，具有良好的抗裂性，無需后熱和焊后熱處理，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，但是該類成分系具有大量昂貴的合金元素，成本較高；該類焊接材料的另一缺點(diǎn)是熔敷金屬力學(xué)性能較差，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度較低，約為600MPa左右，對(duì)于抗拉強(qiáng)度大于700MPa的母材，尤其焊接接頭要求高強(qiáng)匹配或者等強(qiáng)匹配的焊接工藝，該類焊接材料不能滿足焊接工藝的要求，另外，氣體保護(hù)焊工藝的熔合比較大，若焊絲成分設(shè)計(jì)不當(dāng)由于母材的稀釋作用焊縫金屬中會(huì)形成馬氏體組織，進(jìn)而影響到接頭的抗裂性能。對(duì)于大剛性結(jié)構(gòu)對(duì)焊縫金屬有很高的強(qiáng)韌性要求，要求強(qiáng)度達(dá)到700MPa以上，0℃KV2達(dá)到100J以上。檢索目前不銹鋼焊絲的專利，尚未查到能夠滿足該強(qiáng)韌性要求的全奧氏體焊絲，現(xiàn)有奧氏體不銹鋼焊絲的專利，多數(shù)是強(qiáng)度較低并且焊縫金屬不是全奧氏體組織，如申請(qǐng)?zhí)?00710025258.7，公開號(hào)101100021公開了車輛用奧氏體不銹鋼氣保焊焊絲，焊絲中采用合適的C、Si、Mn、Cr等合金元素形成一定量的針狀鐵素體來改善焊接韌性，其焊縫組織不是全奧氏體，并且強(qiáng)度較低(545MPa)，不能滿足高強(qiáng)度的要求；有的不銹鋼焊絲熔敷金屬為雙相組織，如ER2209、ER2507、ER2594等超級(jí)雙相不銹鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能和焊接工藝性能，但是該系列焊絲含有大量昂貴金屬，成本太高，性價(jià)比較低，很難得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有的焊絲專利中，另一類較多的專利是針對(duì)特定鋼種開發(fā)出的專用焊絲，如申請(qǐng)?zhí)?00710100039.0，公開號(hào)101125397公開了一種節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼焊絲，在焊絲中加入氮后，焊絲中鎳含量降低了2％，降低了焊絲成本，并且使熔敷金屬的強(qiáng)度提高了150MPa，低溫沖擊韌性提高了30J以上，但該焊絲是針對(duì)高Cr含量的鐵素體不銹鋼開發(fā)的，其Ni依然偏高，為8左右，但是由于焊絲中Mn含量偏低，用于焊接Mn13鋼時(shí)由于母材的稀釋作用焊縫中會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織，對(duì)焊接冷裂紋很敏感，不能滿足硬化性結(jié)構(gòu)的焊接要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服
技術(shù)介紹
中的不足，本專利技術(shù)公開了一種超高強(qiáng)度的全奧氏體不銹鋼焊絲，通過將N、Mn作為合金元素加入代替貴重金屬鎳、進(jìn)一步降低昂貴Ni元素含量，實(shí)現(xiàn)了焊接效率高、工藝性優(yōu)異、抗裂性良好且成本較低的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)的目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種超高強(qiáng)度的全奧氏體不銹鋼焊絲，組成該焊絲的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：C：0.05～0.3％、Si：0.50～1.20％、Mn：10～15.0％、Cr：16.0～20.0％、Ni：3.0～7.0％、Ti：0.01～0.03％、N：0.1～0.30％、V：0.15～0.30％、S≤0.010、P≤0.020％、余量為Fe。由于采用上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)具有如下有益效果：1、C是金屬?gòu)?qiáng)化有效元素之一，為了獲得超高強(qiáng)度等級(jí)，一定量的C元素是必不可少的，但過高的C含量不但容易使C與Cr等元素形成碳化物，形成貧鉻區(qū)降低熔敷金屬的腐蝕性能，而且沖擊性能也受一定影響，同時(shí)過高的C含量在焊接過程中也會(huì)有熱裂傾向，除此以外較高的C也使得焊絲的拉拔困難，為保證綜合性能良好，規(guī)定其下限為0.1％，上限為0.3％。含碳量較高，加入微量元素Nb、Ti，穩(wěn)定化元素；2、Si一方面有助于改善熔融鋼的流動(dòng)性，同時(shí)還能改善熔滴金屬的濕潤(rùn)性，這對(duì)焊絲的工藝性有重要影響；另一方面Si也有助于與氧結(jié)合形成熔渣上浮，從而降低焊縫中氧的含量，在活性氣體保護(hù)焊工藝(MAG)中Si的脫氧作用是必要的。但是Si含量較高時(shí)易形成Ni-Si低熔點(diǎn)相，對(duì)焊縫金屬中的熱裂紋有重要影響，為此通常要限制Si的含量，因此Si的含量控制在0.5～1.2％；3、Mn的作用有以下幾方面：一是Mn可以使低熔點(diǎn)的鐵硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)楦呷埸c(diǎn)的錳硫化物，減少在全奧氏體焊縫中的熱裂紋傾向；二是提高N的溶解度，加入Mn有利于含N焊絲的熔煉，在N含量較高的成分中必須加入高的Mn元素；三是Mn為強(qiáng)化元素，同時(shí)Mn又是奧氏體穩(wěn)定化元素，能夠促使高溫下的奧氏體保持到常溫，高錳焊絲還可以彌補(bǔ)錳的燒損，另外，Mn在熔池中也具有脫氧作用，對(duì)于采用活性氣體的MAG工藝來講Mn是重要的脫氧元素。最終確定Mn含量為,10％～15.0％，Mn含量的控制為本焊絲開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一；4、Cr是為保證焊縫金屬具有一定的抗腐蝕性能并控制焊縫組織而加入的，過高或者過低都不能達(dá)到很好的強(qiáng)韌性匹配，另外，Cr元素能夠促進(jìn)N在Ni-Cr-Mn合金中的溶解度，N的溶解度隨著Cr含量的增加而快速增加，因此確定Cr含量為16.0％～20.0％；5、Ni是奧氏體形成元素，并且能夠改善金屬低溫韌性，為了保證焊縫金屬具有一定的塑韌性，成分體系中應(yīng)加入適量的Ni元素，Cr、Ni元素的含量還用來控制焊縫中Creq與Nieq比值，保證焊縫金屬為全奧氏體組織，確定Ni含量為3.0％～6.0％，Ni為穩(wěn)定奧氏體元素，使得鋼獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的強(qiáng)韌性，但是不銹鋼快速需求打制鎳資源匱乏，嚴(yán)重缺稀，幾年來，開展節(jié)鎳、以及無鎳不銹鋼研究的深入，為開展新型奧氏體焊材帶來新的啟發(fā)。6、N元素是本焊絲具有超高強(qiáng)度的重要強(qiáng)化合金元素，研究表明，加入0.10％氮可使Cr、Ni奧氏體不銹鋼的室溫強(qiáng)度提高約60～100MPa，氮的大量加入可使奧氏體不銹鋼達(dá)到非常高的強(qiáng)度，使其應(yīng)用范圍更加廣泛，目前，高氮鋼為國(guó)際研究的熱點(diǎn)，節(jié)鎳含氮鋼的屈服強(qiáng)度由三部分組成，即氮原子間隙固溶在奧氏體面心立方晶格中而導(dǎo)致的晶界強(qiáng)化、基體強(qiáng)度和固溶強(qiáng)化Pickering等研究表明，氮在奧氏體中的固溶，強(qiáng)烈增加了奧氏體的強(qiáng)度，在奧氏體鋼中，氮的強(qiáng)化能力約為碳的1.6倍、鈦的18倍、鉬的45倍，氮在奧氏體不銹鋼中是非常有效的固溶強(qiáng)化元素，在本專利技術(shù)焊絲中根據(jù)其強(qiáng)化效果和溶解度控制其含量在0.15～0.3％，另外，N是非常強(qiáng)烈地形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，氮在高錳奧氏體不銹鋼中有很高的溶解度，本成分系的設(shè)計(jì)恰恰為超高錳含量，高Cr、高M(jìn)n含量大大增加了N的溶解度，因此本焊絲成分系的設(shè)計(jì)更多考慮了增加Cr、Mn元素，N對(duì)組織有較大影響，其形成奧氏體能力與C相當(dāng)，約為鎳的30倍，可代替部分鎳，使得奧氏體更加穩(wěn)定，N的固溶強(qiáng)化作用對(duì)力學(xué)性能的貢獻(xiàn)較大。本焊絲中N含量的控制為另一關(guān)鍵技術(shù)；7、V元素具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)也能夠提高N元素在奧氏體焊縫金屬的溶解度，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可控制V含量范圍為0.15％～0.30％；8、S、P元素是對(duì)熱裂紋最有害的元素，應(yīng)盡量降低其含量，考慮到焊本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超高強(qiáng)度的全奧氏體不銹鋼焊絲，其特征是：組成該焊絲的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：C：0.05～?0.3%、Si：0.50?～?1.20%、Mn：10～?15.0%、Cr：16.0?～?20.0%、Ni：3.0?～?7.0%、Ti：0.01?～0.03%、N：0.1?～?0.30%、V：0.15?～?0.30%、S?≤?0.010、P?≤?0.020%、余量為Fe。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超高強(qiáng)度的全奧氏體不銹鋼焊絲，其特征是：組成該焊絲的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：C：0.05～0.3%、Si：0.50～1.20%、Mn：10～15.0%、Cr：1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱珍彪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：洛陽(yáng)雙瑞特種合金材料有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河南;41