CN102304674B

CN102304674B - 一种焊接用奥氏体不锈钢线材

Info

Publication number: CN102304674B
Application number: CN 201110242960
Authority: CN
Inventors: 王建勇; 吴明华; 邹伟民; 孙健; 金卫强; 刘圆圆
Original assignee: YONGXING SPECIAL STAINLESS STEEL CO Ltd
Current assignee: Yongxing special material technology Co., Ltd
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-08-23
Also published as: CN102304674A

Abstract

本发明公开了一种焊接用奥氏体不锈钢线材，通过使用较高含量的Mn代替部分Ni，并控制C、N、Cu含量，合理调整Cr、Si含量，添加一定量的Mo和Ti或Nb，从而获得了一种成本相对低廉且具有耐磨性好，耐蚀性优良、易于加工等优点的焊接用奥氏体不锈钢线材。

Description

一种焊接用奥氏体不锈钢线材

技术领域

本发明涉及钢线材领域，具体涉及一种焊接用奥氏体不锈钢线材。

背景技术

随着经济的发展，各种工业需求的特殊材料越来越多，这些特殊材料具有多品种、小批量、高性能、个性化的特点，焊接材料就是其中一种特殊材料。焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂等)的生产和消费量与钢材消费量存在大致的对应关系。而用于焊接材料的线材其使用数量，是和焊接材料生产量同步增长的。近年来我国不锈钢的产销量已成为世界第一大国，作为配套使用的焊接用不锈钢线材的市场需求量增速很快，国内太原钢铁(集团)有限公司、宝钢集团公司等一些特殊钢生产企业就加大了不锈钢线材的开发力度和生产量。

为了保证焊接质量，对焊接线材的质量要求很高，目前市场上的奥氏体不锈钢材料可分为Cr-Ni系、Cr-Ni-Mo系、Cr-Ni-Mn-N、Cr-Mn-N系等四大类，而市场上提供的焊接线材主要为H03Cr21Ni10Si、H03Cr24Ni13Si、H03Cr19Ni12Mo2Si等品种，这些焊接线材主要适用于Cr-Ni系、Cr-Ni-Mo系等不锈钢材料的焊接；而对于Cr-Ni-Mn-N系、Cr-Mn-N系等不锈钢材料一直没有很好的、对口的焊接用线材解决方案。

现有304L不锈钢线材品种其Mn含量偏低，导致线材的铁素体相较高，严重影响材料的热加工性能。中国专利CN101942617A提供了一种耐蚀耐磨耐高温的合金材料，其化学成分见具体实施例中表1的对比例1，该材料含有较高（8~11.0%）的Mn元素，但其贵金属Ni、Cr、Mo含量均较高，因此该发明提供的合金材料生产成本较高。而中国专利CN101429630A及CN101070582A（其化学成分见具体实施方式中表1的对比例2和对比例3），在含有较高含量Mn的同时大大降低了Ni、Cr的含量，成本较低。以上专利均有其各自的优点，但含有较高的Mn7~10%，在炼制过程中会严重侵蚀炉壁，且由于Ni可显著提高不锈钢的塑性、韧性，降低其脆性转变稳定，具有抗低温性和抗磁性，同时有利于冷成型性和焊接性，因此对于焊接用不锈钢线材Ni含量不宜过低，否则对于焊接用奥氏体不锈钢线材的稳定性影响较大，可能导致其冷加工性不好等缺点。为了解决上述问题，发明人通过大量理论研究计算，并经多次试验摸索，开发出了一种成本相对低廉且综合性能优良的焊接用奥氏体不锈钢线材。

发明内容

本发明的主要目的旨在提供一种成分设计合理，成本相对低廉且综合性能好的焊接用奥氏体不锈钢线材，该线材的综合性能好是指具有耐磨性及耐蚀性优良，稳定性好及易于加工等。

由于奥氏体不锈钢线材与板、管、带材等的不同点在于要经过较大程度的冷加工，特别是用于焊条及其他制品时，要求具有较好地的冷加工性。其冷加工性主要取决于冷变形过程中产生的形变马氏体α相(磁性)的形成量，而形变马氏体α相的形成量与化学成分有关。因此，奥氏体不锈钢线材成分设计的原则主要是在保证不锈钢线材强度高、塑性好下，需提高奥氏体的稳定性，减少形变马氏体α相的形成。

在不锈钢元素中，C、Ni、N、Mn、Cu等为奥氏体形成元素，而Si、Cr等是铁素体形成元素。其中C、N、Ni及Cu都能稳定奥氏体，提高奥氏体相堆垛层错能，对α相马氏体的形成具有抑制作用。而在稳定奥氏体方面，Ni的作用较大，因此尽管其较贵，但为了使焊接用不锈钢线材冷加工性好，提高其稳定性，本发明用Mn只替代了部分Ni。

发明人利用各种元素的特性，经多次试验摸索，对该不锈钢线材的成分设计原则为：使用较高含量的Mn代替部分Ni，并控制C、N、Cu含量，合理调整Cr、Si含量，添加一定量的Mo和Ti或Nb，从而提供了一种成本相对低廉且综合性能好的焊接用奥氏体不锈钢线材。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种焊接用奥氏体不锈钢线材，其特征在于：所述不锈钢线材的化学成分以重量百分比计包括：C：0.045~0.055%，Si：0.55~0.75%，Mn：5.5~6.5%，Cr：18.50~21.50%，Ni：8.05~9.05 %，Cu:0.05%~0.20%，Mo：0.05~0.25%，N:0.01%~0.03%，Ti：0.60~0.90%和/或Nb：0.10~0.35%，P≤0.030%，S≤0.003%，其余为Fe。

本发明当然还包含一些无法避免的杂质。

作为本发明的优选，所述Cr的重量百分含量为18.50~20.50%。

作为本发明的优选，所述Ni的重量百分含量为8.05~8.20%。

作为本发明的优选，所述不锈钢线材的化学成分以重量百分比计为：C：0.045~0.055%，Si：0.55~0.75%，Mn：5.5~6.5%，Cr：18.50~20.50%，Ni：8.05~8.20%，Cu：0.05%~0.20%，Mo：0.05~0.25%，N：0.01%~0.03%，Ti：0.60~0.90%和/或Nb：0.10~0.35%，P≤0.030%，S≤0.003%，其余为Fe。

进一步地，所述不锈钢线材的化学成分以重量百分比计为：C：0.047%，Si：0.60%，Mn：6.20%，Cr：19.00%，Ni：8.15%，Cu：0.18，Mo：0.15%，N：0.02%，Ti：0.75%，P≤0.030%，S≤0.0030%，其余为Fe。

根据上述成分设计原则，进一步加以说明如下：

为了提升线材坚固性、强度及耐磨性，为此在化学成分设计上，通过加入较高含量的Mn以替代部分贵金属Ni、Mo，并与C，N进行合理的配比，进一步扩大奥氏体组织。但Mn含量不能过高，过高会影响耐蚀性，且炼制过程中会严重侵蚀炉壁。C是不锈钢线材中最重要的组成元素，是强烈形成奥氏体并扩大奥氏体区的元素，增加C会使线材的强度提升很快，为保证焊接部件的强度，适宜选择较高的C含量，但其过高会与钢中的Cr形成碳化物，导致线材的耐腐蚀性，尤其是耐晶间腐蚀力下降，因此本发明将其控制在0.045~0.055%的范围。

为了提高不锈钢线材的耐蚀性和抗氧化性，且避免铁素体相的形成，通过综合平衡其他化学元素，Cr应控制在18.50~21.50%，确保在线材的表面形成Cr₂O₃保护膜，阻止线材被继续氧化；并使得线材的电极电位由负变正，提高其抗电化学腐蚀性能。铁素体的另一形成元素Si作为一种脱氧剂，以硅铁形式加入到不锈钢线材中，可提高线材的均匀和致密性，Si含量偏低，在焊接时导致其耐发红性能下降，但Si含量过高，会使得线材的塑性和延展性降低。

由于Mo的价格较高，尽管其可以改善线材的耐蚀性，但最好控制其在较低的水平。

为了进一步改善线材的晶体间抗析出腐蚀倾向，增强不锈钢的稳定性，本发明还添加了一定量的Ti和Nb，同时添加一定量的Mo以增加不锈钢线材的的抗点蚀能力，改善耐缝隙腐蚀能力。

本发明除了考虑到上述各元素的影响因素外，还将P和S控制在极低的水平，以降低了P和S杂质元素导致的冷脆性和热脆性问题，将P含量控制在≤0.030%的水平，S含量控制在≤0.0030%的水平。

为使得成本低廉，本发明采用的原材料由废钢、高碳铬铁、电解锰、硅铁、少量镍铁和/或镍板、纯钛和/或废旧金属钛和/或纯铌组成。本发明选用的冶炼方式是电弧炉加氩氧脱碳炉的双联工艺。

本发明的线材再经热处理，双酸工艺酸洗，拉丝可制成φ2mm等不同规格的丝材，最后再制成焊丝或焊条，即可作为焊接材料使用，特别适合用于Cr-Ni-Mn-N系、Cr-Mn-N系等不锈钢材料的焊接用。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下突出优点及有益效果：本发明在化学成分设计上，使用较高含量的Mn代替部分Ni，并控制C、N、Cu含量，合理调整Cr、Si含量，添加一定量的Mo和Ti或Nb，获得了一种成本相对低廉、具有耐磨性好，耐蚀性优良、稳定性好及易于加工性等特点的焊接用奥氏体不锈钢线材，该线材尤其适用于Cr-Ni-Mn-N系、Cr-Mn-N系等的不锈钢材料的焊接。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供了一种焊接用奥氏体不锈钢线材，例出了6组实施例，其化学成分见表1。表1中的实施例1~6通过以下方法制得：采购所需的废钢、高碳铬铁、电解锰、硅铁、少量镍铁或镍板、纯钛或废旧金属钛和/或纯铌等原材料，经合理配料、装炉后，利用电弧炉产生的热量，初步熔化成母液，然后兑入氩氧炉精炼，经吹氧脱碳、预还原、终还原等操作出钢，出钢后浇铸成不锈钢锭，采用砂轮等工具对钢锭修磨，把钢锭放入加热炉，初轧机开成方坯，对方坯修磨，然后再次放入加热炉，通过初轧机、连轧机、高速线材轧机、吐丝机后，可直接生产出φ5.5mm的不锈钢黑皮线材。为了进一步说明本发明的发明目的，本发明还引用背景技术中的对比文件分别作为对比例1~3及304L不锈钢线材试样作为对比例4，对比例的化学成分仍见表1。由表1可知，本发明相对于对比技术，在化学成分设计上，使用较高含量的Mn代替部分Ni，并控制C、N、Cu含量，合理调整了Cr、Si含量，并添加一定量的Mo和Ti或Nb。

上述实施例1-6所得不锈钢线材表面光滑，用磁铁靠近，无任何吸附和移动现象，表明其冷加工性好。按照GB/T4334.5-2000中所述试验方法，实施例1-6的线材在硫酸-硫酸铜溶液中连续进行16小时沸腾试验后，经检验线材无任何晶间腐蚀而产生的裂纹，表明线材具有优良的耐腐蚀性。

实施例1-6的线材与对比例的综合性能比较见表2。由表2可知，本发明的线材具有较高的抗拉强度，较好的延展性及断面收缩率，适合于用作焊接。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出任何修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Figure 2011102429605100002DEST_PATH_IMAGE001

Claims

1.一种焊接用奥氏体不锈钢线材，其特征在于：所述不锈钢线材的化学成分以重量百分比计包括：C：0.045~0.055%，Si：0.55~0.75%，Mn：5.5~6.5%，Cr：18.50~21.50%，Ni：8.05~9.05 %，Cu:0.05%~0.20%，Mo：0.05~0.25%，N:0.01%~0.03%，Ti：0.60~0.90%和/或Nb：0.10~0.35%，P≤0.030%，S≤0.003%，其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种焊接用奥氏体不锈钢线材，其特征在于：所述Cr的重量百分含量为18.50~20.50%。

3.根据权利要求1所述的一种焊接用奥氏体不锈钢线材，其特征在于：所述Ni的重量百分含量为8.05~8.20%。

4.根据权利要求1所述的一种焊接用奥氏体不锈钢线材，其特征在于：所述不锈钢线材的化学成分以重量百分比计包括：C：0.045~0.055%，Si：0.55~0.75%，Mn：5.5~6.5%，Cr：18.50~20.50%，Ni：8.05~8.20%，Cu：0.05%~0.20%，Mo：0.05~0.25%，N：0.01%~0.03%，Ti：0.60~0.90%和/或Nb：0.10~0.35%，P≤0.030%，S≤0.003%，其余为Fe。

5.根据权利要求4所述的一种焊接用奥氏体不锈钢线材，其特征在于：所述不锈钢线材的化学成分以重量百分比计包括：C：0.047%，Si：0.60%，Mn：6.20%，Cr：19.00%，Ni：8.15%，Cu：0.18，Mo：0.15%，N：0.02%，Ti：0.75%，P≤0.030%，S≤0.0030%，其余为Fe。