專利名稱：一種超低碳稀土不銹鋼焊絲及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空航天設(shè)備制造、高速列車、壓力容器等高技術(shù)領(lǐng)域具有高強(qiáng)度、高 韌性、抗晶間腐蝕的奧氏體不銹鋼焊絲及其制造技術(shù)，特別是一種超低碳稀土不銹鋼焊絲 及其制造方法。
背景技術(shù)：
奧氏體不銹鋼無(wú)磁性而且具有高韌性和塑性，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。在奧氏體不銹鋼焊 接過(guò)程中，存在的主要問(wèn)題是焊接接頭晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕裂紋、焊接接頭熱裂紋和焊接接 頭的力學(xué)性能匹配。晶間腐蝕是奧氏體不銹鋼焊接接頭很危險(xiǎn)的破壞形式，主要出現(xiàn)在焊 縫的3個(gè)部位，分別是焊縫晶間腐蝕、母材上敏化區(qū)晶間腐蝕和刀蝕。晶間腐蝕的發(fā)生與焊 縫金屬的碳含量有密切關(guān)系，碳含量越大，容易沉淀出鉻碳化物Cr23C6，晶間腐蝕傾向越大， 因此降低焊接材料的碳含量是有效防止焊縫晶間腐蝕的方法。在充分考慮焊縫金屬耐腐蝕的前提下，為了得到焊縫金屬?gòu)?qiáng)度和母材強(qiáng)度相近的 焊絲材料，需要對(duì)焊縫金屬添加必要的合金元素進(jìn)行成分補(bǔ)償，目的在于得到焊縫處金屬 與母材成分和性能更接近的效果。通常使用的不銹鋼焊絲焊接后焊縫處金屬冷裂紋敏感性 會(huì)有所增大，在施焊工藝中需要采取預(yù)熱等補(bǔ)救方式，使工作時(shí)的工況條件變得惡化和復(fù) 雜。由于碳元素是產(chǎn)生冷裂紋敏感的元素，碳含量較高時(shí)，焊縫快速冷卻形成的孿晶馬氏體 硬度高，性能很脆，對(duì)裂紋和氫脆的敏感性很強(qiáng)。因此，普通碳含量的焊絲進(jìn)行焊接時(shí)，很難 獲得焊縫金屬和母材性能相匹配的結(jié)果。尤其是焊接不需預(yù)熱，焊縫熔敷金屬具有高強(qiáng)度、 高韌性和強(qiáng)的耐晶間腐蝕性的焊絲材料，對(duì)低碳含量有很高的要求。目前，國(guó)內(nèi)的超低碳奧氏體不銹鋼焊接材料，如，H00Cr21Nil0、H0Crl9Nil2Mo2等 焊絲含碳量實(shí)物水平為0. 03%左右，而國(guó)外名牌產(chǎn)品實(shí)物水平為0. 01 0. 02%。中國(guó)專 利200710025258. 7公開(kāi)的一種奧氏體不銹鋼焊絲，其碳含量在0. 03%左右，其焊絲合金成 分不含稀土元素和微量元素。中國(guó)專利92102650. 1公開(kāi)的一種超低碳奧氏體不銹鋼焊條， 其碳含量在0. 03%左右，焊絲合金不含稀土元素和微量元素。現(xiàn)有不銹鋼焊絲在碳含量上 仍不能滿足焊縫熔敷金屬超低碳的需求，在保證低碳的同時(shí)提高力學(xué)性能是需要耐腐蝕焊 絲的又一突出問(wèn)題。現(xiàn)有焊絲成分設(shè)計(jì)對(duì)于超低碳和具有良好合金化的焊接金屬仍不能滿 足要求。對(duì)于超低碳高合金含量的焊絲制造，一般采用冶煉、鑄造、軋制和拉拔等幾個(gè) 步驟進(jìn)行。超低碳含量和高合金含量對(duì)冶煉和鑄造技術(shù)提出了更高要求。中國(guó)專利 200710025258. 7提及的焊絲采用供方提供的鑄坯經(jīng)軋制和拉拔制造成品焊絲。中國(guó)專利 200810040897. 5中超低碳焊絲采用鑄錠、鍛造、軋制和連續(xù)拉拔方式生產(chǎn)，與通常生產(chǎn)方式 相同，焊絲合金元素含量與奧氏體不銹鋼相比更低。目前，一般超低碳焊絲的生產(chǎn)采用供方 鑄坯進(jìn)行軋制或采用配料、鑄錠、鍛造、軋制和拉拔方式。尚未有超低碳高合金含量的焊絲 材料水平連鑄連軋連拔工藝進(jìn)行生產(chǎn)。水平連鑄高合金鋼具有鑄坯質(zhì)量高、流程短、安全可 靠性好和建設(shè)投資低等優(yōu)點(diǎn)，但水平連鑄連軋連拔生產(chǎn)超低碳高合金含量的焊絲材料，對(duì)原料的冶煉、中間包鋼水保護(hù)和除雜、水平連鑄鑄坯質(zhì)量控制有更高要求。因?yàn)楦吆辖鸷?鋼水的水平連鑄，鑄坯容易發(fā)生成分偏析，組織疏松、裂紋等缺陷。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提 下，應(yīng)用短流程、水平連鑄連軋連拔制造超低碳高合金含量奧氏體不銹鋼焊絲，現(xiàn)有技術(shù)水 平難以實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超低碳稀土不銹鋼焊絲及其制造方法，運(yùn)用這種焊絲 材料和制造工藝可以獲得具有優(yōu)異的抗晶間腐蝕、焊縫熔敷金屬冷裂紋敏感小、焊縫金屬 與母材性能接近的超低碳含微量元素與稀土的焊絲材料。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種超低碳稀土不銹鋼焊絲，采用Fe-Ni-Cr合金系統(tǒng)，將以下化學(xué)成分的原料進(jìn) 行熔煉、水平連鑄、連軋、連拔而成C 0. 005-0. 015%,Si 0. 3-1. 2%,Mn 0. 45-1. 20%,P 彡 0. 02%,S 彡 0. 020%, Cr 18. 50-19. 50%, Ni 11. 50-13. 50、N :< 0. 045%, Cu < 0. 40%, Nb 0. 1-0. 2%, RE 0. 03-0. 06%，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)元素，化學(xué)成分的單位為wt%。一種制備上述的超低碳稀土不銹鋼焊絲的方法，步驟如下(1)按照設(shè)計(jì)的焊絲成分配料，利用真空電爐熔煉，對(duì)鋼水進(jìn)行脫硫、脫磷和去除 有害雜質(zhì)處理，使C < 0. 5%，出鋼溫度T彡1650°C，設(shè)計(jì)的焊絲成分為C 0. 005-0. 015%,Si 0. 3-1. 2%,Mn 0. 45-1. 20%,P 彡 0. 02%,S 彡 0. 020%, Cr 18. 50-19. 50%, Ni 11. 50-13. 50、N :< 0. 045%, Cu < 0. 40%, Nb 0. 1-0. 2%, RE 0. 03-0. 06%，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)元素，化學(xué)成分的單位為；(2)利用A0D進(jìn)行爐外精煉，凈化鋼水，使用真空吹氧技術(shù)脫碳，達(dá)到C < 0. 01%， 并進(jìn)行中間包澆鑄；(3)采用水平連鑄技術(shù)，對(duì)中間包鋼水進(jìn)一步精煉，采用電磁驅(qū)動(dòng)離心流動(dòng)中間 包，凈化鋼水，消除氣孔，并氮?dú)饬骷訜岱姥趸?，利用高溫快速光纖比色測(cè)溫技術(shù)測(cè)定鋼水 溫度，鑄坯出結(jié)晶器溫度1300-1320°C ；(4)連軋，水平連鑄鋼坯經(jīng)冷卻在950°C開(kāi)始進(jìn)行次軋制；(5)連拔，在930°C -1000°C進(jìn)行保護(hù)氣氛退火處理，進(jìn)行拉拔一退火一拉拔循環(huán) 工藝，獲得成品焊絲。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)超低碳含量使熔敷金屬的耐晶間腐蝕 能力提高，冷裂紋傾向減弱；鎳和稀土等合金元素使熔敷金屬同時(shí)具有高的抗拉強(qiáng)度和良 好的塑韌性，顯著優(yōu)于同類標(biāo)準(zhǔn)焊接材料的性能。(2)焊絲材料成分體系可以廣泛應(yīng)用于奧 氏體不銹鋼、鐵素體+奧氏體雙相不銹鋼和馬氏體+鐵素體雙相鋼等鋼種的焊接中，有效解 決了鐵素體類不銹鋼抗拉強(qiáng)度和延伸率低的問(wèn)題，提高了材料使用性能和壽命，有效的降 低使用成本。(3)加入稀土元素起到脫氧、脫硫作用，減少并細(xì)化鋼中夾雜物，提高鋼的韌塑 性，抑制晶界偏析等。稀土具有捕氫性，能使鋼的氫致延遲斷裂性能得以改善。溶解的稀土 可改變滲碳體的組成和結(jié)構(gòu)并使碳化物球化、細(xì)化和均勻分布。(4)焊絲材料與通常高強(qiáng)焊 絲相比，由于成分設(shè)計(jì)合理，使焊縫金屬的淬硬性顯著降低，焊接高強(qiáng)度鋼時(shí)可進(jìn)一步降低 預(yù)熱溫度或采用無(wú)預(yù)熱焊接。(5)采用水平連鑄連軋連拔工藝和技術(shù)制造焊絲，具有流程
4短，投資少，產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，與現(xiàn)有冶煉、鍛造、軋制和拉拔工序分離相比，具有明顯的 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的E316，E317兩種型號(hào)焊絲成分對(duì)比如表1所示。表 權(quán)利要求
一種超低碳稀土不銹鋼焊絲，其特征在于采用Fe Ni Cr合金系統(tǒng)，將以下化學(xué)成分的原料進(jìn)行熔煉、水平連鑄、連軋、連拔而成C0.005 0.015％、Si0.3 1.2％、Mn0.45 1.20％、P≤0.02％、S≤0.020％、Cr18.50 19.50％、Ni11.50 13.50、N＜0.045％、Cu＜0.40％、Nb0.1 0.2％、RE0.03 0.06％，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)元素，化學(xué)成分的單位為wt％。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的超低碳稀土不銹鋼焊絲的方法，其特征在于步驟如下(1)按照設(shè)計(jì)的焊絲成分配料，利用真空電爐熔煉，對(duì)鋼水進(jìn)行脫硫、脫磷和去除有害 雜質(zhì)處理，使C < 0.5%，出鋼溫度T彡1650°C，設(shè)計(jì)的焊絲成分為C 0. 005-0. 015 Si 0. 3-1. 2 Mn 0. 45-1. 20 %, P ^ 0. 02 %, S ^ 0. 020 %, Cr 18. 50-19. 50%, Ni 11. 50-13. 50、N :< 0. 045%, Cu < 0. 40%, Nb 0. 1-0. 2%, RE 0. 03-0. 06%，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)元素，化學(xué)成分的單位為；(2)利用AOD進(jìn)行爐外精煉，凈化鋼水，使用真空吹氧技術(shù)脫碳，達(dá)到C< 0. 01%，并進(jìn) 行中間包澆鑄；(3)采用水平連鑄技術(shù)，對(duì)中間包鋼水進(jìn)一步精煉，采用電磁驅(qū)動(dòng)離心流動(dòng)中間包，凈 化鋼水，消除氣孔，并氮?dú)饬骷訜岱姥趸酶邷乜焖俟饫w比色測(cè)溫技術(shù)測(cè)定鋼水溫度， 鑄坯出結(jié)晶器溫度1300-1320°C ；(4)連軋，水平連鑄鋼坯經(jīng)冷卻在950°C開(kāi)始進(jìn)行次軋制；(5)連拔，在930°C-1000°C進(jìn)行保護(hù)氣氛退火處理，進(jìn)行拉拔-退火-拉拔循環(huán)工藝， 獲得成品焊絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低碳稀土不銹鋼焊絲的制備方法，其特征在于利用AOD在 1630-1680°C進(jìn)行爐外精煉，在1580-1600°C進(jìn)行中間包澆鑄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低碳稀土不銹鋼焊絲的制備方法，其特征在于測(cè)定的鋼水 溫度控制在1585-1590°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超低碳稀土不銹鋼焊絲及其制造方法，按照設(shè)計(jì)的焊絲成分配料，利用真空電爐熔煉，對(duì)鋼水進(jìn)行脫硫、脫磷和去除有害雜質(zhì)處理，使C＜0.5％，出鋼溫度T≥1650℃；利用AOD進(jìn)行爐外精煉，凈化鋼水，使用真空吹氧技術(shù)脫碳，達(dá)到C＜0.01％，并進(jìn)行中間包澆鑄；采用水平連鑄技術(shù)，對(duì)中間包鋼水進(jìn)一步精煉，鑄坯出結(jié)晶器溫度1300-1320℃；連軋，水平連鑄鋼坯經(jīng)冷卻在950℃開(kāi)始進(jìn)行次軋制；連拔，在930℃-1000℃進(jìn)行保護(hù)氣氛退火處理，獲得成品焊絲。本發(fā)明超低碳含量使熔敷金屬的耐晶間腐蝕能力提高，冷裂紋傾向減弱；鎳和稀土等合金元素使熔敷金屬同時(shí)具有高的抗拉強(qiáng)度和良好的塑韌性，顯著優(yōu)于同類標(biāo)準(zhǔn)焊接材料的性能。
文檔編號(hào)B23K35/40GK101954548SQ20101015045
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者李永勝, 陳 光 申請(qǐng)人:無(wú)錫南理工科技發(fā)展有限公司