CN111168275B

CN111168275B - 一种奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝

Info

Publication number: CN111168275B
Application number: CN202010179716.8A
Authority: CN
Inventors: 周峙宏; 吴俊锋
Original assignee: KUNSHAN GINTUNE WELDING CO Ltd
Current assignee: KUNSHAN GINTUNE WELDING CO Ltd
Priority date: 2020-03-14
Filing date: 2020-03-14
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2040-03-14
Also published as: CN111168275A

Abstract

本发明提供一种奥氏体系不锈钢埋弧焊丝，按重量百分比来计，所述奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝含有C：0.025％以下、Si：0.30％以下、Mn：1.0～2.5％、P：0.025％以下、S：0.015％以下、Cr：18～23％、Ni：8～12％、Mo：0.01～1.0％、Cu：0.75％以下、O：0.035％以下、N：0.05～0.30％及REM：0.005～0.025％，其余部分为Fe及无法避免的杂质。使用本发明埋弧焊丝来焊接后所得到的焊缝金属在经过热处理之后，依然具有着良好的极低温冲击韧性及抗裂性能。

Description

一种奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝。

背景技术

在以304等为代表的奥氏体系不锈钢中，由于其具有优秀的耐腐蚀性、抗拉强度及韧性，因此其被广泛的用于化学品储罐、化学品储罐车及建筑结构中。奥氏体系不锈钢由于其组织结构，具有着良好的极低温韧性，加上含有适当的铁素体数，因此其也具有着良好的抗裂性能。

但这种奥氏体系不锈钢在经过500～800℃的热处理温度之后，其铁素体会转变为σ铁素体而导致极低温韧性降低。为了提高焊缝金属的韧性，一般是将过去为了防止高温裂纹而设定的7～10左右的铁素体量降低至3～5左右来提高冲击韧性，这种低铁素体化的技术是唯一一种确保极低温下的韧性的技术。然而，焊缝金属的低铁素体化反而提高了焊接部位的高温裂纹敏感性，同时还有强度降低等问题。因此，如何使焊接材料在保持低铁素体化的同时，还能确保抗裂性能优异成为本领域的研究重点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种奥氏体系不锈钢用的埋弧焊丝，其焊缝金属在400～600℃的热处理之后，仍有着优异的极低温冲击韧性及抗裂性能。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝，按重量百分比来计，含有C：0.025％以下、Si：0.30％以下、Mn：1.0～2.5％、P：0.025％以下、S：0.025％以下、Cr：18～23％、Ni：8～12％、Mo：0.01～1.0％、Cu：0.75％以下、O：0.035％以下、N：0.05～0.30％及REM：0.005～0.025％，其余部分为Fe及无法避免的杂质。

优选的，所述奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝含有C：0.020％以下、Si：0.20％以下、Mn：1.5～2.2％、P：0.018％以下、S：0.012％以下、Cr：18.5～22％、Ni：8.5～11.5％、Mo：0.2～0.8％、Cu：0.55％以下、O：0.035％以下、N：0.05～0.20％及REM：0.007～0.015％，其余部分为Fe及无法避免的杂质。

优选的，所述奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝含有C＜0.015％、Si＜0.15％、Mn：1.6～2.0％、P＜0.012％、S＜0.008％、Cr：19～21％、Ni：9.5～11％、Mo：0.3～0.6％、Cu＜0.35％、O＜0.035％、N：0.06～0.15％及REM：0.010～0.013％，其余部分为Fe及无法避免的杂质。

本发明的奥氏体系不锈钢埋弧焊丝的FN在4以下。

通过使用上述的奥氏体系不锈钢埋弧焊丝来进行焊接后，将所得到的焊缝金属在575℃的温度下保温1～5小时，依然可以得到极低温冲击韧性及抗裂性能的焊缝金属。

C是强力的奥氏体相元素，还能够确保焊缝金属的强度。然而，其含量过多的话，经过400～600℃的热处理之后，会导致碳化铬(M₂₃C₆)的析出，从而降低了耐腐蚀性及低温韧性。因此，在本发明中，C的含量应控制在0.025％以下。C含量较为优选的范围是在0.020％以下，更好的范围是在0.015％以下。

Si是铁素体相元素，能够增加抗氧化性并进行脱氧。然而，其含量过多的话会增加铁素体相，在经过热处理之后，会导致冲击韧性降低。在本发明的埋弧焊丝中，焊缝金属的保护主要是由焊剂为主，为了避免从焊剂中过度过多的Si至焊缝中，焊丝的Si量应控制在0.30％以下。Si含量较为优选的范围是在0.20％以下，更好的范围是在0.15％以下。

Mn是奥氏体相元素，有着脱氧、减少低熔点物质的偏析并改善抗裂性能的效果。Mn含量较低的话，会在奥氏体晶界处产生低熔点物质的偏析，导致抗裂性能变差。另一方面，Mn含量较高的话，会生成碳化物及氮化物，从而导致韧性降低。因此，在本发明中，Mn的含量应控制在1.0～2.5％。Mn含量较为优选的范围是在1.5～2.2％，更好的范围是在1.6～2.0％。

P和S在本发明中是属于一种低熔点的杂质，其含量过多的话会产生低熔点的物质偏析，从而导致抗裂性及韧性变差。因此，在本发明中，P的含量应控制在0.025％以下、S的含量应控制在0.015％以下。P含量较为优选的范围是在0.018％以下，更好的范围是在0.012％以下。S含量较为优选的范围是在0.012％以下，更好的范围是在0.008％以下。

Cr是铁素体相元素，有着提高焊缝金属的强度的效果。Cr含量较低的话，会导致强度降低。另一方面，Cr含量较高的话，由焊接时的多重热循环所造成的脆化倾向会变得显著。此外，在本发明中，目标是将焊缝金属的铁素体数控制在3以下，因此Cr含量较高的话，会导致铁素体数增加并导致热处理之后的韧性降低。因此，在本发明中，Cr的含量应控制在18～23％。Cr含量较为优选的范围是在18.5～22.0％，更好的范围是在19.0～21.0％。

Ni是奥氏体相元素，有着调整铁素体量及改善韧性的效果。Ni含量较低的话，会因为奥氏体的结晶量减少而导致铁素体量增加，从而降低了热处理之后的极低温韧性。另一方面，Ni含量较高的话，会因为奥氏体的结晶量增加而导致强度降低。此外，Ni是一种高价位的元素，添加过多的话还会导致成本增加。因此，在本发明中，Ni的含量应控制在8～12％。Ni含量较为优选的范围是在8.5～11.5％、更好的范围是在9.5～11％。

Mo是铁素体相元素，有着在奥氏体相中固溶并改善强度的效果。Mo含量较低的话，会无法得到固溶强化的效果。另一方面，Mo含量较高的话，其在铁素体相中会析出非常硬且脆的σ相，在高温中保持一段时间后，韧性会变差。因此，在本发明中，Mo的含量应控制在0.01～1.0％。Mo含量较为优选的范围是在0.2～0.8％，更好的范围是在0.3～0.6％。

Cu是奥氏体相元素，但其含量过多的话，会析出含有Cu的金属间化合物并导致韧性变差。因此，在本发明中，Cu的含量应控制在0.75％以下。Cu含量较为优选的范围是在0.55％以下，更好的范围是在0.35％以下。

O在本发明中是属于杂质，其含量过多的话会导致强度和韧性降低。因此，在本发明中，O含量应控制在0.035％以下。

N是奥氏体相元素，其能够在奥氏体相中固溶，有着提高强度的效果。N含量较低时，固溶在奥氏体相的量变少，从而导致强度降低。另一方面，N含量过多时，在焊接时会产生无法良好固溶的N，从而产生残渣及气孔等缺陷。此外，N含量较低的话，在本发明中会无法达到FN＜3的要求。因此，在本发明中，N含量应控制在0.05～0.30％。N含量较为优选的范围是0.05～0.20％，更好的范围是0.06～0.15％。

稀土类元素(REM)能够使微细析出物稳定，还能够和低熔点物质结合并使其分散，从而提高了冲击性能。然而，含量过高的话，稀土类元素会和氧结合并降低焊缝金属的纯洁性。因此，稀土类元素的含量应控制在0.005～0.025％。REM较为优选的范围是0.007～0.015％、更好的是在0.010～0.013％。

FN指的是铁素体数，铁素体对P、S等杂质的溶解度较大，从而能够有效防止杂质元素的偏析，能够有效预防焊接热裂纹及脆化。但FN含量过多时，会导致强度增加而韧性降低。因此，在本发明中，考虑到焊缝金属经过热处理之后要到达优异的极低温冲击韧性，故将FN控制在4以下。

本发明的奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝，其焊缝金属在400～600℃热处理之后有着优异的极低温冲击韧性及抗裂性能。

附图说明

图1所示的是测试焊材力学性能的熔敷试板坡口形式示意图。

图2所示的是测试焊材抗裂性能的坡口形式示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

一种奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝，按重量百分比来计，所述奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝含有C：0.025％以下、Si：0.30％以下、Mn：1.0～2.5％、P：0.025％以下、S：0.015％以下、Cr：18～23％、Ni：8～12％、Mo：0.01～1.0％、Cu：0.75％以下、O：0.035％以下、N：0.05～0.30％及REM：0.005～0.025％，其余部分为Fe及无法避免的杂质。

实施例

本发明实施例中所用的奥氏体系不锈钢埋弧焊丝，具体成分及含量见表4所不。

关于熔敷金属的力学测试，使用304的不锈钢钢板来作为母材，依照GB/T25774.11.6项的标准来制成如图1所示的坡口形式(板厚厚度t₁＝20mm、试板宽度a₁＝200mm、背垫板厚度u＝6mm、根部间隙b₁＝20mm、坡口角度单边β₁＝25°)。使用成分组成如表4所示、规格为Φ3.2mm的焊丝及成分组成如表3所示的焊剂，根据表1所示的焊接条件来进行埋弧焊接。

关于焊缝金属的抗裂性能，是用304的不锈钢钢板来作为母材，制成如图2所示的坡口形式(板厚厚度t2＝40mm、根部间隙b₂＝0～1mm、坡口角度单边β₂＝30°)。使用成分组成如表4所示、规格为Φ3.2mm的焊丝及成分组成如表3所示的焊剂，根据表2所示的焊接条件来进行埋弧焊接。

将焊接后所得到的焊缝金属，先分别依照GB/T 1954的标准来测量铁素体测试之后，再放在575℃的温度下保温1～5个小时。热处理之后，依照GB/T 25774.1所规定的进行取样，依照GB/T 2652来进行拉伸试验，依照GB/T 2650来进行-196℃冲击试验，依照GB/T2563来进行弯曲试验。上述的结果汇总在表5中。

关于抗拉强度的评定，抗拉强度在550MPa以上的话评定为○，在550MPa以下的话则评定为×。

关于-196℃冲击的评定，是每个焊缝金属测试1组5片，去掉最大及最小值后，单值在50J以上且平均值在53J以上的话评定为○，单值不满足50J或是平均值没超过53J的话则评定为×。

关于弯曲试验的评定，4片弯曲试片都没产生裂纹的话评定为○，有一片弯曲试片产生裂纹的话则评定为×。

关于综合评定，抗拉强度、-196℃冲击及弯曲试验都在本发明要求范围内的话评定为○，其中有一项不符合的话则评定为×。

表1

表2

表3

表4及表5中的焊丝X-1～X-5是本发明的实施例，焊丝X-6～X-10是比较例。从表4及表5可见，本发明的实施例焊丝X-1～X-5的化学成分都满足本发明的要求，其搭配成分如表3所示的焊剂来进行焊接后所得到的熔敷金属在经过热处理之后，也依然具有优异的抗拉强度、低温冲击及抗裂性能。

在比较例的焊丝X-6及X-8中，虽然这些焊丝的化学成分组成都满足本发明的范围，但由于其焊丝的FN值超过了3，因此其热处理之后的冲击值无法满足要求。

在比较例的焊丝X-7中，由于其Si含量及FN值超过了本发明的范围，因此其热处理之后的冲击值无法满足要求。

在比较例的焊丝X-9中，由于其Si含量、Mo含量及FN值超过了本发明的范围，导致强度变得过高，因此其热处理之后的冲击值无法满足要求。

在比较例的焊丝X-10中，由于其P含量较高且不含REM，导致其热处理之后的弯曲试验出现裂纹而无法满足本发明的要求。

如同以上所述的，在本发明中，由于适当的规定了焊丝中所含的成分及比例搭配，因此可以得到在热处理之后依然具有着高韧性及抗裂性能的焊缝金属。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，而这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝，其特征在于，按重量百分比来计，所述奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝含有C：0.013％、Si：0.243％、Mn：1.84％、P：0.0101％、S：0.0034％、Cr：20.1％、Ni：10.94％、Mo：0.32％、Cu：0.012％、O：0.015％、N：0.13％及REM：0.014％，其余部分为Fe及无法避免的杂质。

2.如权利要求1所述的奥氏体系不锈钢用埋弧焊丝，其特征在于，所述奥氏体系不锈钢埋弧焊丝的熔敷金属的FN在1.5以下。