CN102649202B

CN102649202B - 一种不锈钢焊丝

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Publication number: CN102649202B
Application number: CN201110044039.XA
Authority: CN
Inventors: 许轲; 王宝森; 朱双春
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: CN102649202A

Abstract

本发明涉及一种奥氏体不锈钢焊丝或盘条，其化学成分(质量％)为：C：0.10％以下，Mn：3-4％，Si：0.1-0.4％，Cr：17-20％，Cu：2.5-4.0％，Ni：15-18％，Mo：0.5-1.0％，Nb：0.5-1.0％，N：0.15-0.25％，S：0.010％以下，P：0.01％以下，余者为Fe，以及其他不可避免的杂质元素。焊丝的制造方法包括：钢锭在真空加热炉中加热到1200-1250℃保温1.5-3h，炉冷到1050-1100℃取出锻造成圆棒，再加热到700-800℃后拉制成盘条，然后在真空加热炉中加热到1200-1250℃，保温1.5-3h进行固溶处理，最后盘条在700-1050℃的氢退温度下拉拔成焊丝。本发明的焊接材料不但在常温下具有较高的抗拉强度和冲击韧性，而且在650℃仍然具有较高的力学性能，特别适合用于S30432不锈钢焊接中。

Description

一种不锈钢焊丝

技术领域

本发明涉及焊接材料和工艺，特别是涉及适合用于锅炉能源、水利发电、石油、化工、造船等领域不锈钢焊接的不锈钢焊丝。

背景技术

CN101412160A公开了一种Super304H不锈钢焊接用钨极氩弧焊丝，所述的焊丝的化学成分及其含量为，以质量百分比表示：C：0.06-0.10％、Si：0.18-0.25％、Mn：0.72-2.5％、S：0.004-0.008％、P：0.008-0.009％、Cr：16.6-20.5％、Ni：8.8-16.1％、Cu：2.5-3.3％、Mo：0.0-1.21％、Nb：0.29-0.58％、N：0.08-0.19％、B：0.00-0.008％，余量为Fe。

CN101495662A公开了一种奥氏体系不锈钢焊接接头以及奥氏体系不锈钢焊接材料。所述焊接材料，以质量％计含有C：0.05-0.25％、Si：2％以下、Mn：0.01-3％、P：0.05-0.5％、S：0.03％以下、Cr：15-30％、Ni：6-55％、sol.Al：0.001-0.1％以及N：0.03％以下，其余合金成份中与本专利相近的一组为Cu：3％以下、Mo：5％以下以及W：10％以下且Mo+(W/2)为5％以下、B：0.03％以下、V：1.5％以下、Nb：1.5％以下、Ti：2％以下、Ta：8％以下、Zr：1％以下、Hf：1％以下以及Co：5％以下的1种或2种以上，余量为Fe。

上述四种焊丝由于采用的冶金原理不同，因此合金元素匹配以及作用不尽相同。与其余三种焊丝相比，本材料主要通过增加Mn、Cu等元素以及元素之间的匹配能达到或者超过类似产品的性能指标，例如抗拉强度和高温力学性能。本发明的力学性能指标见表2。另外，通过降低Ni元素的含量和严格控制S、P从而提高了焊丝抗热裂能力，达到优良的工艺性能。

目前焊接超级奥氏体不锈钢30432管的ERNiCrMo-3焊丝含有大量昂贵的金属Ni，用户的使用成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不锈钢焊丝。本发明的焊接材料成分体系与母材成分基本一致，但是增加Mn提高抗拉强度，增加了Ni、Cu提高了焊接接头的高温性能，降低S、P以提高该焊接材料的焊接性能。试验结果表明，同已有标准相比，本发明焊接材料具有更高的焊缝金属抗拉强度和高温力学性能。

为实现上述目的，本发明的奥氏体不锈钢焊丝及其盘条，其化学成分(质量％)为：C：0-0.10％，Mn：3-4％，Si：0.1-0.4％，Cr：17-20％，Cu：2.5-4.0％，Ni：15-18％，Mo：0.5-1.0％，Nb：0.5-1.0％，N：0.15-0.25％，S：0-0.010％，P：0-0.01％，余者为Fe，以及其他不可避免的杂质元素。

优选地，C：0.08-0.10％，Cr：17-19％，Cu：2.5-3.5％，Ni：15-17％，Si：0.25-0.35％，Nb：0.55-0.9％，Mo：0.6-0.9％，N：0.15-0.20％。

上述成分的焊丝在焊接时，保证6-15kJ/cm的热输入前提下，采用小电流大焊速，控制层间温度在100℃以下。

基于本发明焊丝提出一种不锈钢焊接材料的焊接工艺。该焊材焊接金相为奥氏体，随着材料合金成份的增加和强度等级的提高，焊接工艺会对焊接接头的性能有很大的影响，例如焊接热裂纹，高温拉伸性能等。为了更方便的使用本发明焊丝，特提出一种焊接工艺，在本焊接工艺下，不用焊前预热与焊后热处理，可保证焊缝不会产生热裂纹，焊接接头力学性能优良。

本发明采用Fe-Cr-Ni合金系统，在严格控制S、P元素含量的基础上，适当加入少量的Cu、Nb、Mo等元素。

本发明焊接材料的组织为奥氏体+少量铁素体组织。

C：为了达到高强度等级，一定量C元素是必不可少的，但是不能太多，否则严重损伤熔敷金属的韧性和析出碳化铬造成晶间腐蚀，因此，碳含量控制在0.10％以下。优选地，碳含量为0.08-0.10％。

Cr：为保证焊缝金属具有一定的抗腐蚀性能加入一定量的Cr元素；过高或者过低都不能达到很好的强韧性匹配，因此，本发明中控制铬含量为17-20％。优选地，本发明中铬含量为17-19％。

Cu：Cu元素在高温条件下可以形成细微相析出，并可以显著提高蠕变断裂强度，但是会降低断裂塑性。因此，Cu含量为2.5-4％。优选地，本发明中Cu含量为2.5-3.5％。

Ni：为了保证其熔敷金属具有一定的塑韧性，并且提高高温性能，加入一定含量的Ni，适宜加入量为15-18％。优选地，本发明中镍含量为15-17％。

Mn：适当的Mn也是熔敷金属具有一定强度的保证，同时Mn可以防止在全奥氏体焊缝中的热裂纹和提高N的溶解度，因此，本发明控制Mn含量为3-4％。

Si：适量的Si，一方面有助于熔池阶段熔池的流动性得到改善，另一方面也有助于与氧结合形成夹渣物上浮，从而降低熔池中氧的含量。本发明中控制硅含量为0.1-0.4％，优选地为0.25-0.35％。

Nb：适当的Nb可以形成铌的碳氮化物，既提高材料抗晶间腐蚀的能力，又可以提高焊缝的塑性和持久强度。本发明中控制Nb含量为0.5-1.0％，优选地为0.55-0.9％。

Mo：适当的Mo可以促进在奥氏体焊缝中形成少量的铁素体，从而减少焊缝的热裂纹倾向。本发明中控制Mo含量为0.5-1.0％，优选地为0.6-0.9％。

N：加入适当的N可以生成含N析出物，对强度有贡献。本发明中控制N含量为0.15-0.25％，优选地为0.15-0.20％。

本发明不锈钢焊丝按照传统的生产方法制备。

如焊丝制备工艺流程为：真空炉冶炼→锻造→盘条→固溶热处理→多次拉拔和氢退→光亮处理→裁剪包装。

钢锭在真空加热炉中加热到1200-1250℃保温1.5-3小时，炉冷到1050-1100℃取出锻造成圆棒，再加热到700-800℃后拉制成盘条，然后在真空加热炉中加热到1200-1250℃，保温1.5-3小时进行固溶处理，最后盘条在700-1050℃的氢退温度下拉拔成焊丝。

本发明不锈钢焊丝的焊接工艺，例如为：使用TIG焊接工艺，热输入在6-15kJ/cm条件下，具体为焊接电流为100-120A，焊接电压在11-13V，焊接速度为80-100mm/min，层间温度小于100℃。

本发明焊接材料中的熔敷金属不但具有超高的抗拉强度，而且其仍具有优良的塑韧性，显著优于同类标准焊接材料的性能。

表1本发明的不锈钢焊丝与现有技术的成分对比，质量％

同表1中其他三种材料相比，本发明在元素及成分控制上具有显著的不同。

表2本发明与已有标准(GB/T983-1995)所列力学性能的对比

	抗拉强度，MPa	延伸率，％	冲击功，J
				CN101412160A	≥590	35	(20℃)110，118，122
YT-304H	≥650	35	-
				ERNiCrMo-3	740(典型值)	30	(-196℃)40
本发明	≥680	26	(20℃)80，90，92

表3高温时的拉伸性能(MPa)

上述四种焊丝由于采用的冶金原理不同，因此合金元素匹配以及作用不尽相同。与其余三种焊丝相比，本发明材料主要通过增加Mn、Cu等元素以及元素之间的匹配能达到或者超过类似产品的性能指标，例如抗拉强度和高温力学性能如表2和3所示。另外，通过降低Ni元素的含量和严格控制S、P从而提高了焊丝抗热裂能力，达到优良的工艺性能。

本发明的焊丝可以广泛的应用在高温耐热奥氏体不锈钢的焊接中，在常温和高温下有着优异的性能。

本发明的焊接材料，不但在常温下具有较高的抗拉强度和冲击韧性，而且在650℃仍然具有较高的力学性能。本焊接材料可以广泛的应用在奥氏体类不锈钢的焊接中，特别是应用在超超临界锅炉中的超级奥氏体不锈钢S30432(American Society for Testing and Materials牌号，简称ASTM)的焊接。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的特点和效果进行举例说明，但这些实施例对本发明的范围不构成任何限制。

按照本发明提出的成分范围，制造的实施例的奥氏体不锈钢焊丝成分见表4，焊丝制备按照以下工艺条件制备。

钢锭在真空加热炉中加热到1200-1250℃保温2小时，炉冷到1050-1100℃取出锻造成直径为48mm的圆棒，再加热到700-800℃后拉制成盘条，然后在真空加热炉中加热到1200-1250℃，保温2小时进行固溶处理，最后盘条在700-1050℃的氢退温度下拉拔成焊丝，焊丝的直径为2.4mm。

表4实例焊丝成分

试验例1：焊丝的力学性能

采用TIG方法，在焊接热输入在6-15kJ/cm条件下，具体为焊接电流为100-120A，焊接电压在11-13V，焊接速度为80-100mm/min，层间温度小于100℃，得到的熔敷金属力学性能见表5。

表5熔敷金属的力学性能

试验例2：焊接接头性能

采用试验例1中的焊接工艺和三种焊丝对S30432板进行焊接，得到的焊接接头性能如表6。

表6焊接接头性能

从以上试验结果可见，本发明焊接材料中的熔敷金属不但具有超高的抗拉强度，而且其仍具有优良的塑韧性，显著优于同类标准焊接材料的性能。本发明的焊接材料，不但在常温下具有较高的抗拉强度和冲击韧性，而且在650℃仍然具有较高的力学性能。本发明的不锈钢焊丝可以应用于奥氏体不锈钢焊接的惰性气体保护焊中，特别是应用在超超临界锅炉中的超级奥氏体不锈钢S30432中。适合应用的行业包括：锅炉、水利发电、石油、化工、造船等领域。

Claims

1.一种奥氏体不锈钢焊丝，其化学成分的质量百分比为：C：0.10％以下，Mn：3-4％，Si：0.1-0.4％，Cr：17-20％，Cu：2.5-4.0％，Ni：15-17％，Mo：0.5-1.0％，Nb：0.5-1.0％，N：0.15-0.25％，S：0.010％以下，P：0.01％以下，余者为Fe，以及其他不可避免的杂质元素；

所述焊丝通过包含如下步骤的方法制造：

真空炉冶炼→锻造→盘条→固溶热处理→多次拉拔和氢退→光亮处理→裁剪包装；其中，钢锭在真空加热炉中加热到1200～1250℃保温1.5-3小时，炉冷到1050-1100℃取出锻造成圆棒，再加热到700-800℃后拉制成盘条，然后在真空加热炉中加热到1200-1250℃保温1.5-3小时，进行固溶处理，最后盘条在700-1050℃的氢退温度下拉拔成焊丝。

2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢焊丝，其特征在于，C：0.08-0.10％，Cr：17-19％，Cu：2.5-3.5％，Ni：15-17％，Si：0.25-0.35％，Nb：0.55-0.9％，Mo：0.6-0.9％，N：0.15-0.20％。

3.如权利要求1-2任一所述的奥氏体不锈钢焊丝在S30432不锈钢焊接中的应用，使用TIG焊接工艺，热输入为6-15kJ/cm。

4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，焊接电流为100-120A，焊接电压在11-13V，焊接速度为80-100mm/min，层间温度小于100℃。