CN101954550B - 用于双相不锈钢1a铸造后缺陷的补焊焊丝 - Google Patents
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Abstract
一种用于双相不锈钢1A铸造后缺陷的补焊焊丝，所述双相不锈钢1A是指25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)，该补焊焊丝的基本构成是：碳≤0.04％、硅≤0.7％、锰≤0.7％、铬25.0-25.5％、钼1.75-1.95％、铜2.75-2.95％、其它不可避免的杂质和元素＜0.08％和余量铁。在所述基本构成中还添加有＞6.0-6.5％的镍和0.06-0.1％的氮，经精炼、热锻、多道次冷拉和退火最终形成φ2mm的补焊焊丝，满足了25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)的耐冲刷腐蚀性能和耐空泡腐蚀性能，保证了25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)铸造后缺陷的补焊部位具有良好的耐冲刷腐蚀性能和耐空泡腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，尤其是一种专用于双相不锈钢1A铸造后缺陷的补焊焊丝，这种双相不锈钢1A在本发明中特指为25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)。
背景技术
25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)只是双相不锈钢类型中其中的一种材料，在这种材料的组织中其铁素体相和奥氏体相几乎各占一半，因此25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)既有奥氏体不锈钢的特点又有铁素体不锈钢的特点，与铁素体不锈钢相比25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)的塑性和韧性更高，并无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)的强度高且耐品间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。
根据美国ASTM-A890《一般用途的Fe-Cr-Ni-Mo基耐蚀双相(奥氏体/铁素体)不锈钢铸件标准规范》，25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢(括号中的1A为其对应的等级牌号)的化学成分含量见下表(wt％)：
25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)的冲刷腐蚀速率下表：(单位：毫克每平米每小时)
25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)的空泡腐蚀速率见下表：(单位：克每平米每小时)
由于25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)具有优异的耐冲刷腐蚀和耐空泡腐蚀性能，在泵阀类铸件中的应用非常广泛，在国外应用范围也很宽，如在舰艇上用作螺旋推进器，如在海上油田等海洋工业方面用作轴流泵、轴、高压泵或海水喷射泵等。
5Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)一般采用铸造成型来制取铸件，为此铸件通常不可避免的会产生铸造缺陷，对铸造缺陷进行补焊修复是泵体铸件生产中很重要的一部分，而补焊修复除了要有合理的焊接工艺外，非常重要的是补焊材料的选择，错误的或不合格的补焊材料将直接导致原部件的报废。
由于25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)进入标准的时间较短，目前在我国市场上还没有用于铸造25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)的补焊材料，铸造生产厂家通常采用其它焊材来代替。由于其它焊材与25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)的母材成分不匹配，因此造成铸造缺陷部位在补焊修复之后其性能恶化，降低了25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)的耐冲刷腐蚀性能和耐空泡腐蚀性能，废次品率居高不下，极大的限制了25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)在泵阀类铸件上的应用，产生的浪费是极大的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种专用于双相不锈钢1A铸造后缺陷的补焊焊丝，该补焊焊丝仅用于25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)铸造后缺陷的补焊，相对于目前的替代补焊材料具有焊接成本低，焊接过程稳定可靠，补焊部位接近或优于母材的耐冲刷腐蚀性能和耐空泡腐蚀性能，保证了25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢铸造后缺陷的补焊部位具有良好的耐冲刷腐蚀和耐空泡腐蚀性能，提高了25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)铸造件的使用率。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
所述用于双相不锈钢1A铸造后缺陷的补焊焊丝，所述双相不锈钢1A是指25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)，该补焊焊丝的基本化学成分按重量百分比构成如下：
碳≤0.04％、硅≤0.7％、锰≤0.7％、铬25.0-25.5％、钼1.75-1.95％、铜2.75-2.95％、其它不可避免的杂质和元素＜0.08％和余量铁；
本发明的特征是在上述所述基本化学成分中还添加有＞6.0-6.5％的镍和0.06-0.1％的氮，加入镍和氮的补焊焊丝按重量百分比总构成如下：
碳≤0.04％、硅≤0.7％、锰≤0.7％、铬25.0-25.5％、镍＞6.0-6.5％、氮0.06-0.1％、钼1.75-1.95％、铜2.75-2.95％、其它不可避免的杂质和元素＜0.08％和余量铁。
按上述总构成配比进行配料后并采用氩氧脱碳法精炼出补焊焊丝铸锭，所述精炼过程是在标准大气压力下进行并吹入氧气、氩气和氮气，之后在将所述补焊焊丝铸锭加热至900℃-1150℃时热锻，热锻后对补焊焊丝铸锭进行表面打磨清理，再加热至1000℃-1150℃时轧制成φ6mm的补焊焊丝圆棒，之后对所述补焊焊丝圆棒进行多道次的冷拉和退火，最终形成φ2mm的补焊焊丝，所述补焊焊丝的力学性能应满足：
①断裂强度Rm(MPa)≥690；
②屈服强度Rp0.2(MPa)≥485；
③断面收缩率A(％)≥16。
满足力学性能的所述补焊焊丝在专用于铸造25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢铸造后缺陷的补焊工艺是：
焊接电流控制在120-160A之间，焊接电压控制在22-30V之间，若是多道焊则控制层间的温度在150℃以内。
由于采用了如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
1、本发明补焊焊丝的基本化学成分与25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)的构成比较接近，但本发明补焊焊丝的总构成一是提高了镍的含量比例，二是添加了氮元素。新添加的氮并同时提高镍的含量比例能够保证在焊接过程中焊接部位奥氏体相更容易的析出，以达到铁素体相和奥氏体相的合适比例，从而保证焊接部位完整的两相共存的组织结构。
2、本发明补焊焊丝的总构成与25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢化学成分和相结构相匹配，因此作为补焊焊丝能够满足25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢的耐冲刷腐蚀性能和耐空泡腐蚀性能，保证了25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢铸造后缺陷的补焊部位具有良好的耐冲刷腐蚀性能和耐空泡腐蚀性能，提高了25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢铸造件的使用效率，节约了大量能源。
3、本发明补焊焊丝制作成本低、焊接过程稳定可靠，焊接部位接近或优于25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢。
4、本发明的补焊焊丝经检测，其奥氏体相与铁素体相的比例接近50％，通过对焊接部位的耐冲刷腐蚀和耐空泡腐蚀性能检测，其耐冲刷腐蚀和耐空泡腐蚀的性能相当或优于母材25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)。
5、采用本发明的补焊焊丝，降低了25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢铸造件的修复次品率，节约了能源和资源。
6、使用本发明的补焊焊丝，其焊接工艺简单实用。
具体实施方式
本发明是一种专用于双相不锈钢1A铸造后缺陷的补焊焊丝，所述双相不锈钢1A是专指25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)这一种合金牌号，所述补焊焊丝仅用于25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)铸造后缺陷的补焊修复焊丝。
所述补焊焊丝的基本化学成分按重量百分比构成如下：
碳≤0.04％、硅≤0.7％、锰≤0.7％、铬25.0-25.5％、钼1.75-1.95％、铜2.75-2.95％、其它不可避免的杂质和元素(如磷、硫、镍等)＜0.08％和余量铁。
在上述所述基本化学成分中还添加有＞6.0-6.5％的镍和0.06-0.1％的氮，加入镍和氮的补焊焊丝按重量百分比总构成如下：
碳≤0.04％、硅≤0.7％、锰≤0.7％、铬25.0-25.5％、镍＞6.0-6.5％、氮0.06-0.1％、钼1.75-1.95％、铜2.75-2.95％、其它不可避免的杂质和元素(如磷、硫等)＜0.08％和余量铁。
新添加的氮并同时提高镍的含量比例从焊接特点来分析主要基于以下几点：
一是双相不锈钢在焊接过程属铁素体凝固模式，即一次凝固相为单相铁素体，焊缝金属从熔点冷却至室温时，从铁素体基体析出奥氏体，从而得到焊接部位铁素体和奥氏体共存的两相组织结构。双相不锈钢在焊接过程中不合适的焊接材料会造成焊接接头铁素体含量过高，从而造成焊接部位的脆化，目前在双相不锈钢焊接领域通常认为保持焊接接头部位奥氏体的优势含量更有利于提高焊缝的性能，N、Ni是强烈的奥氏体形成元素，用于铸造双相不锈钢的补焊材料中新加入氮的同时提高镍的含量能够保证在焊接过程中焊接部位奥氏体相更容易的析出，以达到铁素体相和奥氏体相的合适比例，从而保证焊接部位完整的两相共存的组织结构。
二是加入氮提高了焊接部位的耐点蚀和缝隙腐蚀性能，而且氮在双相不锈钢的微观结构中能够降低层错能并提高双相不锈钢双相组织中奥氏体相的加工硬化率，它还通过固溶强化提高了奥氏体的强度。
按上述总构成配比进行配料后并采用氩氧脱碳法(即AOD精炼法)精炼出补焊焊丝铸锭，所述精炼过程主要控制的是Cr、Ni或N的含量比例，因为Cr、Ni或N的含量比例直接决定了补焊部位的相比例。在标准大气压力下向钢水吹氧的同时吹入惰性气体氩气Ar和氮气5N2，通过降低一氧化碳(CO)的分压从而使碳含量降到很低的水平，保证了补焊焊丝成分在所控的范围。此外由于25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢铸造件在300℃-800℃范围内加热时易析出金属间化合物，故对所述补焊焊丝铸锭加热至900℃-1150℃时热锻，热锻后对补焊焊丝铸锭进行表面打磨清理至表面无裂纹，再加热至1000℃-1150℃时轧制成φ6mm的补焊焊丝圆棒，之后对所述补焊焊丝圆棒进行多道次的冷拉和退火，最终形成φ2mm的补焊焊丝，所述补焊焊丝焊丝的力学性能应满足：
①断裂强度Rm(MPa)≥690；
②屈服强度Rp0.2(MPa)≥485；
③断面收缩率A(％)≥16。
满足力学性能的所述补焊焊丝在专用于铸造25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢铸造后缺陷的补焊工艺是：
焊接电流控制在120-160A之间，焊接电压控制在22-30V之间，若是多道焊则控制层间的温度在150℃以内。
结合下面三个具体实施例对本发明加以说明：
实施例一：本发明补焊焊丝按重量百分比总构成见下表。
| Fe | Cr | Ni | N | Mo | Cu | C | Si | Mn | 其它 |
| 63.23 | 25.0 | 6.01 | 0.06 | 1.75 | 2.75 | 0.03 | 0.6 | 0.5 | 0.07 |
根据上表进行配料后并根据上述制作方法最终形成了φ2mm的补焊焊丝，该补焊焊丝满足断裂强度、屈服强度和断面收缩率力学性能指标。
具体焊接参数见下表：
| 焊接电流(A) | 焊接电压(V) | 层间温度(℃) |
| 140 | 25 | 90 |
一个完整的补焊修复部位包括焊缝和热影响区，通常对双相不锈钢补焊修复部位包括焊缝、热影响区及基体的铁素体含量都进行测定，以更全面的确定部焊修复部位的相比例。采用本发明的补焊焊丝在修复25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈铸造件后对补焊修复部位的铁素体相相比例(百分比)测定结果在40％-60％之间，符合普遍认可的双相不锈钢铁素体相比例要求。
| 补焊修复部位焊缝区的铁素体百分比 | 40.43％ |
| 补焊修复部位热影响区的铁素体百分比 | 59.11％ |
| 母材的铁素体百分比 | 56.78％ |
对补焊修复部位的冲刷腐蚀速率(单位：毫克每平米每小时)和空泡腐蚀速率(单位：克每平米每小时)测定结果显示：冲刷腐蚀速率和空泡腐蚀速率均小于母材(母材指25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈钢，下同)且低于25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)冲刷腐蚀速率的上限和空泡腐蚀速率的上限。
| 补焊修复部位的冲刷腐蚀速率(mgm-2h-1) | 母材冲刷腐蚀速率(mgm-2h-1) |
| 7.9 | 8.06 |
| 补焊修复部位的空泡腐蚀速率(gm-2h-1) | 母材空泡腐蚀速率(gm-2h-1) |
| 0.1 | 0.114 |
实施例二：本发明补焊焊丝按重量百分比总构成见下表。
| Fe | Cr | Ni | N | Mo | Cu | C | Si | Mn | 其它 |
| 62.82 | 25.3 | 6.25 | 0.08 | 1.80 | 2.80 | 0.03 | 0.5 | 0.4 | 0.02 |
根据上表进行配料后并根据上述制作方法最终形成了φ2mm的补焊焊丝，该补焊焊丝满足断裂强度、屈服强度和断面收缩率力学性能指标。
具体焊接参数如下：
| 焊接电流(A) | 焊接电压(V) | 层间温度(℃) |
| 120 | 25 | 90 |
一个完整的补焊修复部位包括焊缝和热影响区，通常对双相不锈钢补焊修复部位包括焊缝、热影响区及基体的铁素体含量都进行测定，以更全面的确定补焊修复部位的相比例。采用本发明的补焊焊丝在修复25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈铸造件后对补焊修复部位的铁素体相相比例(百分比)测定结果在40％-60％之间，符合普遍认可的双相不锈钢铁素体相比例要求。
| 补焊修复部位焊缝区的铁素体百分比 | 45.68％ |
| 补焊修复部位热影响区的铁素体百分比 | 48.77％ |
| 母材的铁素体百分比 | 51.13％ |
对补焊修复部位的冲刷腐蚀速率(单位：毫克每平米每小时)和空泡腐蚀速率(单位：克每平米每小时)测定结果显示：冲刷腐蚀速率和空泡腐蚀速率均小于母材且低于25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)冲刷腐蚀速率的上限和空泡腐蚀速率的上限。
| 补焊修复部位的冲刷腐蚀速率(mgm-2h-1) | 母材冲刷腐蚀速率(mgm-2h-1) |
| 6.64 | 8.00 |
| 补焊修复部位的空泡腐蚀速率(gm-2h-1) | 母材空泡腐蚀速率(gm-2h-1) |
| 0.08 | 0.10 |
实施例三本发明补焊焊丝按重量百分比总构成见下表。
| Fe | Cr | Ni | N | Mo | Cu | C | Si | Mn | 其它 |
| 62.02 | 25.5 | 6.5 | 0.1 | 1.95 | 2.95 | 0.02 | 0.4 | 0.5 | 0.06 |
根据上表进行配料后并根据上述制作方法最终形成了φ2mm的补焊焊丝，该补焊焊丝满足断裂强度、屈服强度和断面收缩率力学性能指标。
具体焊接参数如下：
| 焊接电流(A) | 焊接电压(V) | 层间温度(℃) |
| 130 | 26 | 80 |
一个完整的补焊修复部位包括焊缝和热影响区，通常对双相不锈钢补焊修复部位包括焊缝、热影响区及基体的铁素体含量都进行测定，以更全面的确定补焊修复部位的相比例。采用本发明的补焊焊丝在修复25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)双相不锈铸造件后对补焊修复部位的铁素体相相比例(百分比)测定结果在40％-60％之间，符合普遍认可的双相不锈钢铁素体相比例要求。
| 补焊修复部位的铁素体百分比 | 48.31％ |
| 补焊修复部位热影响区的铁素体百分比 | 53.74％ |
| 母材的铁素体百分比 | 48.75％ |
对补焊修复部位的冲刷腐蚀速率(单位：毫克每平米每小时)和空泡腐蚀速率(单位：克每平米每小时)测定结果显示：冲刷腐蚀速率和空泡腐蚀速率均小于母材且低于25Cr-5Ni-Mo-Cu(1A)冲刷腐蚀速率的上限和空泡腐蚀速率的上限。
| 补焊修复部位的冲刷腐蚀速率(mgm-2h-1) | 母材冲刷腐蚀速率(mgm-2h-1) |
| 5.51 | 7.82 |
| 补焊修复部位的空泡腐蚀速率(gm-2h-1) | 母材空泡腐蚀速率(gm-2h-1) |
| 0.07 | 0.97 |
Claims (1)
1.一种用于双相不锈钢1A铸造后缺陷的补焊焊丝，所述双相不锈钢1A是指25Cr-5Ni-Mo-Cu，该补焊焊丝的基本化学成分按重量百分比构成如下：
碳≤0.04％、硅≤0.7％、锰≤0.7％、铬25.0-25.5％、钼1.75-1.95％、铜2.75-2.95％、其它不可避免的杂质和元素＜0.08％和余量铁；
其特征是：在上述所述基本化学成分中还添加有6.0％＜镍≤6.5％和0.06-0.1％的氮；
在上述总构成配比下进行配料并采用氩氧脱碳法精炼出补焊焊丝铸锭，所述精炼过程是在标准大气压力下进行并吹入氧气、氩气和氮气，之后在将所述补焊焊丝铸锭加热至900℃-1150℃时热锻，热锻后对补焊焊丝铸锭进行表面打磨清理，再加热至1000℃-1150℃时轧制成φ6mm的补焊焊丝圆棒，之后对所述补焊焊丝圆棒进行多道次的冷拉和退火，最终形成φ2mm的补焊焊丝，所述补焊焊丝的力学性能应满足：
①断裂强度Rm≥690MPa；
②屈服强度Rp0.2≥485MPa；
③断面收缩率A≥16％。
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