CN103521946A - 一种高强度奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高强度奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，属于焊丝技术领域。本发明提出的不锈钢焊丝化学成分及其质量百分比含量为：C≤0.025%，Si≤1.00%，Mn≤2.50%，P≤0.020%，S≤0.010%，Ni12.00~14.00%，Cr18.00~20.00%，Mo2.00~3.00%，N0.05~0.10%，Nb≤0.150%，余量为铁；且铸态奥氏体不锈钢中的高温铁素体δ含量为8~15%。该焊丝能够解决设备在高温下长期运行焊缝力学性能不足问题。本发明的焊丝主要可以用于能源、化工等高温高压条件下材料的焊接。

Description

一种高强度奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝

技术领域

本发明提出了一种高强度奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，属于焊丝技术领域。该焊丝能够解决设备在高温下长期运行焊缝力学性能不足问题。本发明的焊丝主要可以用于能源、化工等高温高压条件下材料的焊接。

背景技术

奥氏体不锈钢由于在高温和极低温度下都具有良好的塑韧性、冷热加工性能和耐局部腐蚀性能而被广泛用于石油、化工、宇航和能源等领域。如核电站的建设就需要采用大量的奥氏体不锈钢。目前国内在建的核电站大部分为压水堆核电站，其堆内温度高达350℃，这就对材料的耐高温强度提出了越来越高的要求。目前采用的材料主要为控氮型奥氏体不锈钢，该类钢具有强度高的特点。在拼焊该类钢种时若采用常规的ER309L焊丝时就会焊接接头存在抗拉强度不足问题。 若对焊接接头进行热处理，其强度不足问题将会更加突出，因此有必要开发一种高强度焊丝材料，使其焊接后接头性能不低于或优于母材，具有高的抗拉强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，属于焊丝技术领域。该焊丝能够解决材料压水堆环境下长期运行焊缝力学性能不足问题。本发明的焊丝主要可以用于压水堆核岛内关键部件的焊接。

本发明的技术方案是，一种高强度奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，其成分重量百分比为：

C≤0.025%；

Si≤1.00%；

Mn≤2.50%；

P≤0.020%；

S≤0.010%；

Ni 12.00~14.00%；

Cr 18.00~20.00%；

Mo 2.00~3.00%；

N 0.05~0.10%；

Nb ≤0.15%；

余量为铁；且铸态奥氏体不锈钢中的高温铁素体δ含量为8~15%。

 

确定上述化学成分的理由如下：

碳：碳元素通过固溶强化可以增加合金的低温强度，但碳含量过高，碳化物会在奥氏体晶界析出而导致晶界腐蚀性能和低温性能降低，因此将碳含量最大优选为0.025%；

镍：镍为强的奥氏体形成元素，增加镍含量有助于提高奥氏体组织的稳定性，但镍为贵重金属原料，含量过高会导致材料价格高，此外高的镍含量不利于材料低温强度的提高，因此优选为12～14%。

铬：铬为铁素体形成元素，可明显增加合金的耐腐蚀性能，提高奥氏体不锈钢中的氮溶解度，获得高的强度。但铬含量过高，会导致奥氏体中铁素体含量增加，因此优选为18.00～20.00%；

钼：钼为铁素体形成元素，奥氏体不锈钢中添加钼可以提高奥氏体不锈钢的耐点蚀性能，通过固溶强化可以提高其强度，在焊接不含钼的钢种中不宜添加过多，在本专利中，将钼含量控制为小于2.00~3.00%；

锰：增加锰含量可以提高奥氏体不锈钢中氮元素的固溶度，但锰含量过高，会导致奥氏体不锈钢中产生马氏体，因此将锰含量优选为小于2.50%；

氮：氮作为强奥氏体形成元素，一方面通过固溶强化可以明显提高奥氏体不锈钢的高温强度，另一方面氮与铌相互作用，可以更明显的改善材料高温强度；但氮含量过高，会导致大量的氮化物析出，又会降低材料的室温韧性和耐腐蚀性能，因此优选为0.05～0.10%；

铌：除了有固溶强化的作用，还可和稀土元素、奥氏体不锈钢的碳氮在钢液中形成细小的第二相，从而为钢液的凝固提供了形核质点，使铸态奥氏体不锈钢的晶粒细化。且Nb可和奥氏体不锈钢中的碳氮结合而避免了其耐晶间腐蚀性能的降低。

  硅： 炼钢过程中的脱氧剂，其含量不可避免；

硫、磷：合金冶炼过程中的杂质元素；

通过平衡镍铬当量形成元素，将奥氏体不锈钢铸态高温铁素体δ含量控制为8~15%，一方面是为了保证材料中奥氏体组织的稳定性，另一方面焊丝中含有一定量的铁素体，可以使杂质元素S、P固溶于铁素体组织中，从而避免偏聚在晶界，避免了熔敷过程中出现热裂纹和晶间腐蚀现象。

 

具体的，本发明是根据铌和氮复合强化来提高奥氏体不锈钢埋弧焊丝的高温强度，在提高强度的同时，兼顾了熔敷金属的室温性能，通过合理确定镍当量形成元素Ni、Mn、N、C和铬当量形成元素Cr、Si、Mo的含量，控制奥氏体不锈钢中的高温铁素体含量来保证焊接接头的抗拉强度、晶间腐蚀和接头质量。

根据上述理由提出了本发明的奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝成分，本发明的焊丝经使用后焊接接头具有优异的高温强度，可用于压水堆堆内构件焊接。。

本发明采用常规的不锈钢生产方式，即中频感应炉或真空熔加相应的精炼设备炼炉方式冶炼，氮合金化采用底吹氮气增氮或添加氮合金，在950-1230℃温度范围内锻造或轧制，在1050-1110℃范围内进行固溶热处理，酸洗后经过多到拉拔，然后光亮退火后得到相应产品。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步说明。

本发明的焊丝化学成分和焊接接头抗拉强度分别列在表1和表2中，本发明的奥氏体不锈钢焊材焊接接头具有优异的高温强度，可以用于使用高温下压力容器设备的焊接或修复。

试验用四种焊丝经过相同的生产工艺进行制备，焊丝直径为2.5mm，配套焊接为SJ601H，焊接母材为316L（N），焊接工艺参数为：电弧电压28V，焊接电流为400A，焊接速度为300mm/min，焊后测量了熔敷金属的力学性能和耐腐蚀性能。其中耐腐蚀性能按照GB4334-2000中硫酸-硫酸铜标准，三种焊丝均无晶间腐蚀倾向，见表2。

表1实施例及对比例标准成分

（单位：重量百分比%，余量为铁及不可避免杂质元素）

表2实施例与对比例力学性能和腐蚀性能

Claims (3)

1.一种高强度奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，其特征在于化学成分及其质量百分比含量为：

C≤0.025%；

Si≤1.00%；

Mn≤2.50%；

P≤0.020%；

S≤0.010%；

Ni 12.00~14.00%；

Cr 18.00~20.00%；

Mo 2.00~3.00%；

N 0.05~0.10%；

Nb ≤0.15%；

余量为铁；且铸态奥氏体不锈钢中的高温铁素体δ含量为8~15%。

2. 如权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，其特征在于包含0.05~0.10%的氮，≤0.15%的Nb，这两种元素的复合添加可以增强熔敷金属在高温下的抗拉强度。

3.如权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢埋弧焊焊丝，其特征在于铸态奥氏体不锈钢中的高温铁素体δ含量为8~15%。