CN110860818B - 一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝及其制备方法，属于焊接材料及加工工艺技术领域。本申请为了解决现有焊丝对低镍含氮奥氏体不锈钢进行焊接，在焊接接头中容易产生氮元素损失、气孔、焊缝区热裂纹以及热影响区氮化物析出引起点蚀等问题。本发明利用氮元素部分或完全代替合金元素镍以获得单相奥氏体组织，使制得到焊丝在焊接过程表现稳定，气孔缺陷少，焊接工艺性好，熔敷金属强度高，适用于低镍含氮奥氏体不锈钢的焊接，特别是对低温冲击韧性有要求的奥氏体不锈钢的焊接。且由于本发明焊丝中含有的氮是强烈的奥氏体形成化元素，可有效减少铁素体和形变马氏体形成机会。
Description
技术领域
本发明涉及一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝及其制备方法，属于焊接材料及加工工艺技术领域。
背景技术
低镍含氮奥氏体不锈钢主要是利用氮元素部分或全部代替合金元素镍以获得单相奥氏体组织。利用氮进行合金化具有很多优点，如与碳相比氮是更加有效的固溶强化元素，可以促进晶粒细化。同时氮是强烈的奥氏体形成化元素，可以节省镍含量，继而减少铁素体和形变马氏体形成的机会。此外，氮还可以极大地提高材料抗点蚀能力。因此，低镍含氮奥氏体不锈钢具有良好的塑性、耐蚀性、耐高温性，在船舶航空化工、石油容器等行业用途较为广泛。
然而在常规不锈钢焊丝对低镍含氮奥氏体不锈钢进行焊接，在焊接接头中容易产生氮元素损失、气孔、焊缝区热裂纹以及热影响区氮化物析出引起点蚀等问题，且低温冲击韧性较低，进而限制了低镍含氮奥氏体不锈钢的推广应用，特别是在常规MAG焊接工艺领域。因此提供一种提高低镍含氮奥氏体不锈钢焊接工艺适用性，提高焊接接头的低温冲击韧性及抗点腐蚀能力的焊丝是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决现有焊丝对低镍含氮奥氏体不锈钢进行焊接，在焊接接头中容易产生氮元素损失、气孔、焊缝区热裂纹以及热影响区氮化物析出引起点蚀等问题，提供一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝及其制备方法。
本发明的技术方案：
一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝，该焊丝的化学成分配比按重量百分比表示为：C：0.062％～0.071％，Si：0.388％～0.40％，Mn：6.60％～6.75％，P：0.037％～0.040％，S：0.0010％～0.0027％，Cr：18.10％～18.23％，Ni：2.90％～3.06％，Mo：0.09％～0.11％，Cu：1.80％～1.84％，N：0.243％～0.246％，V：0.106％～0.125％，Co：0.14％～0.15％，Ti：0.002％～0.003％，W：0.02％～0.03％，Al：0.003％～0.004％，杂质≦0.01％，余量为铁。
进一步限定，焊丝由原料硅铁、电解锰、金属铬、电解镍、钼铁、钒铁、金属铌和纯铁按化学成分配比进行配料，通过冶炼、重熔、轧制、热处理、酸洗、拉拔工艺制备的。
上述焊丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：冶炼，首先按照焊丝化学成分配比进行配料，然后使用感应炉冶炼，并通过浇铸获得钢锭，并分析获得钢锭元素含量；
步骤二：重熔，对钢锭进行局部加热进行重熔，通过步骤一获得的钢锭元素含量与焊丝化学成分配比进行比较，在重熔过程中对钢锭的元素含量进行微调，获得重熔锭，重熔锭为φ60的圆锭；
步骤三：轧制，将步骤二获得的重熔锭轧制成盘条；
步骤四：热处理，对盘条进行热处理；
步骤五：酸洗，对盘条进行酸洗；
步骤六：拉拔，对盘条进行拉拔，盘条拉拔过程为：5.5-3.8-连退-2.6-连退-1.47-电解-1.47-连退-1.2，连退温度为1000℃-1150℃，获得直径为1.2mm的焊丝。
进一步限定，步骤一中冶炼具体操作过程为：首先按照焊丝化学成分配比进行配料，然后感应炉预热，加入全部纯铁和部分金属铬熔化后加入硅铁、电解锰、电解镍、钼铁和钒铁，全部熔化后控制温度在1600℃～1750℃，加入剩余的金属铬和金属铌，待熔清后进行控氮及脱氧过程，完成后降温至550℃～600℃，浇铸获得钢锭。
进一步限定，步骤二中电渣重熔的渣料为CaF2-CaO-A12O3渣系，重熔过程中还可以使用含有钛、钒或钼元素的原料对钢锭的元素含量进行微调。
进一步限定，盘条直径为5.5mm。
进一步限定，步骤四中对盘条进行热处理的温度为950℃-1200℃。
进一步限定，步骤五中盘条进行酸洗为使用浓度为50％的硫酸和浓度为50％的硝酸的混合酸进行酸洗。
本发明具有以下有益效果：本发明制得的低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝主要是利用氮元素部分或完全代替合金元素镍以获得单相奥氏体组织，焊丝中的氮在有效的固溶强化元素的同时，还可以促进晶粒细化。且由于氮是强烈的奥氏体形成化元素，可以节省合金中的镍含量，由常规的不锈钢焊丝中的9.0％～11.0％的镍含量降低至2.90％～3.06％；并减少铁素体和形变马氏体形成机会。本发明的焊丝可以极大地提高材料抗点蚀腐蚀能力，常规不锈钢焊丝焊接低镍含氮奥氏体不锈钢的焊接接头点腐蚀速率在16.86g/m2·h～20.15g/m2·h，而本发明的低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝焊接低镍含氮奥氏体不锈钢的焊接接头点腐蚀速率在7.25g/m2·h～8.50g/m2·h。此外，本发明制得的焊丝还能大幅度提高焊接接头的-60℃的低温冲击韧性，由常规焊丝焊接接头的70J提升至90J。且本发明制备焊丝在焊接过程表现稳定，气孔缺陷少，焊接工艺性好，熔敷金属强度高，适用于低镍含氮奥氏体不锈钢的焊接,特别是对低温冲击韧性有要求的低镍含氮奥氏体不锈钢的焊接。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。
具体实施方式1：
按照焊丝的化学成分重量百分比为C：0.062％～0.071％，Si：0.388％～0.40％，Mn：6.60％～6.75％，P：0.037％～0.040％，S：0.0010％～0.0027％，Cr：18.10％～18.23％，Ni：2.90％～3.06％，Mo：0.09％～0.11％，Cu：1.80％～1.84％，N：0.243％～0.246％，V：0.106％～0.125％，Co：0.14％～0.15％，Ti：0.002％～0.003％，W：0.02％～0.03％，Al：0.003％～0.004％，杂质≦0.01％，余量为铁进行配料。
选取原料为碳化锰、硅铁、电解锰、金属铬、氮化铬、电解镍、钼铁、钒铁、金属钴、碳化铬和纯铁，按照上述化学成分配比进行配料，并对配料进行烘干，去除水分处理。
然后使用感应炉冶炼，首先感应炉预热，设置功率为200KW-400KW预热坩埚，预热时间为40min。然后提升功率至1000KW-1200KW之间，升温，将一半质量的金属铬加入到坩埚底部，然后加入全部纯铁，熔化为液态后，加入全部的硅铁、电解锰、电解镍、钒铁和钼铁，待熔清后，分三次加入另一半质量的金属铬(每次加入金属铬后直至熔清再加入下一次金属铬)，金属铌和第三次金属铬一起加入，待全部熔清后，采样进行元素含量分析。然后根据分析值加入氮化铬进行控氮，加入铝块、硅钙块及硅钙粉进行脱氧，或者补加硫化铁提硫处理，熔清后降温至550℃～600℃，浇铸获得钢锭。将钢锭进行头尾取样分析，确定成分偏析程度。根据钢锭头尾分析结果，配制重熔渣系及重熔配料。选用CaF2-CaO-A1203渣系，可以适量加入金属钛，在重熔过程中对钢锭的元素含量进行微调，获得重熔锭。然后将重熔锭轧制成盘条，盘条直径为5.5mm。然后对盘条依次进行热处理、酸洗和拉拔处理获得直径为1.2mm的焊丝。对焊丝进行元素含量分析，结果如下：C：0.065％，Si：0.388％，Mn：6.72％，P：0.038％，S：0.0013％，Cr：18.14％，Ni：2.95，Mo：0.10，Cu：1.83，N：0.245，V：0.112，Co：0.14％，Ti：0.003％，W：0.03％，Al：0.003，杂质≦0.01％。并对该焊丝进行焊接低镍含氮奥氏体不锈钢后对焊接接头进行测试，测试结果如下：焊接接头抗拉强度≧820MPa；延伸率≧42％；焊接接头冲击功(焊缝中心)≧120J(-20℃)，焊接接头冲击功(焊缝中心)≧90J(-60℃)，焊接接头冲击功(焊缝中心)≧30J(-196℃)；焊接接头中过热区晶粒度≧8；γ-固溶体含量≧90％；焊接接头腐蚀率≦8.5g/m2·h，焊接接头晶间腐蚀后弯曲试样无裂纹。
Claims (8)
1.一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝，其特征在于，该焊丝的化学成分配比按重量百分比表示为：C：0.065％，Si：0.388％，Mn：6.72％，P：0.038％，S：0.0013％，Cr：18.14％，Ni：2.95％，Mo：0.10％，Cu：1.83％，N：0.245％，V：0.112％，Co：0.14％，Ti：0.003％，W：0.03％，Al：0.003％，杂质≦0.01％，余量为铁；
该焊丝用于低镍含氮奥氏体不锈钢的接头焊接。
2.根据权利要求1所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝，其特征在于，该焊丝由原料硅铁、电解锰、金属铬、电解镍、钼铁、钒铁、金属铌和纯铁按化学成分配比进行配料，通过冶炼、重熔、轧制、热处理、酸洗、拉拔工艺制备的。
3.如权利要求1或2所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：冶炼，首先按照焊丝化学成分配比进行配料，然后使用感应炉冶炼，并通过浇铸获得钢锭；
步骤二：重熔，对钢锭进行电渣重熔处理，获得重熔锭；
步骤三：轧制，将步骤二获得的重熔锭轧制成盘条；
步骤四：热处理，对盘条进行热处理；
步骤五：酸洗，对盘条进行酸洗；
步骤六：拉拔，对盘条进行拉拔，获得直径为1.2mm的焊丝。
4.根据权利要求3所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中冶炼具体操作过程为：首先按照焊丝化学成分配比进行配料，然后感应炉预热，加入全部纯铁和一半质量的金属铬熔化后加入硅铁、电解锰、电解镍、钼铁和钒铁，全部熔化后控制温度在1600℃～1750℃，加入另一半质量的金属铬和金属铌，待熔清后进行控氮、脱氧，脱氧完成后，降温至550℃～600℃，浇铸获得钢锭。
5.根据权利要求3所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中电渣重熔的渣料为CaF2-CaO-A12O3渣系。
6.根据权利要求3所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤三获得的盘条直径为5.5mm。
7.根据权利要求3所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤四中对盘条进行热处理的温度为950℃-1200℃。
8.根据权利要求3所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤五中盘条进行酸洗为使用浓度为50％的硫酸和浓度为50％的硝酸的混合酸进行酸洗。
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