[发明专利]一种不锈钢焊丝及其焊接工艺

说明书

技术领域

本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种焊接材料以及使用该焊接材料的焊接工艺。

背景技术

在马氏体类不锈钢以及双相不锈钢(马氏体+铁素体组织)的焊接中，目前通常选用奥氏体类焊接材料进行上述不锈钢的焊接。由于填充材料和母材成分的差异，这类焊接接头通常会由于两者带来的电极电位不同而发生腐蚀。如采用ASME(美国机械工程师协会)SFA(焊材标准)-5.9中的ER240、ER630两种型号的焊接材料，由于填充材料和母材成分体系的差异易导致的电偶腐蚀。

发明内容

本发明的目的是提供一种不锈钢焊丝及其焊接工艺，这种不锈钢焊丝在马氏体不锈钢或者马氏体加铁素体不锈钢中应用能有效抗电偶腐蚀，不但具有较高的抗拉强度，而且具有较高的冲击韧性。

本发明的技术方案：一种不锈钢焊丝，化学成分重量百分配比为：C 0～0.03％，Mn 0.4～1.2％，Si 0.5～1.0％，Cr 17～18％，Ti 0.2～0.4％，Ni 5.5～6.5％，S 0～0.015％，P 0～0.02％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

本发明还涉及使用上述不锈钢焊丝的焊接工艺，具体步骤如下：在热输入4～8KJ/cm条件下，使用熔化极气体保护焊的焊接工艺，即焊接电流为210～230A；焊接电压在24～26V，焊接速度为400～600mm/min，层间温度小于100℃。

本发明焊接材料的组织组成为低碳马氏体+少量铁素体组织。

C是金属强化元素有效元素之一，为了达到超高强度等级，一定量C元素是必不可少的，同时为了形成Ti(C、N)异质形核有效质点核心，也需要 有一定量的C含量。但是C含量不能太多，过剩的C固溶在马氏体基体中将严重降低熔敷金属的韧性。

为保证焊缝金属具有一定的抗腐蚀性能以及控制马氏体和铁素体相比例而加入一定量的Cr元素；过高或者过低都不能达到很好的强韧性匹配。

Ni是奥氏体形成元素，是改善金属的低温韧性元素之一。因此为了保证其熔敷金属具有一定的塑韧性，成分体系中需加入适当含量的Ni元素；过低的Ni元素含量对熔敷金属韧性改善不显著，过高则不但会提高焊丝的成本，也会在熔敷金属中形成残余奥氏体，不利熔敷金属韧性性能。

研究表明，细晶强化是唯一的对强度和韧性均有贡献的强化方式。为了进一步提高熔敷金属韧性，可使韧性良好的低碳马氏体组织进一步细化，为此本发明将加入一定的Ti，利用液相熔池中能稳定存在的Ti(C、N)，触发多点异质形核，从而细化熔敷金属的一次结晶组织。Ti含量过低，形成的异质形核核心太少。起不到细化晶粒的作用；由于Ti是非常活泼的元素，极易氧化，Ti含量过多，将在冶炼过程中容易形成较难去除的夹渣，影响铸坯的质量和元素的收得率。

适当的Mn也是熔敷金属具有一定强度的保证，同时Mn也具有在熔池过程中脱硫和脱氧的作用。

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。

另外，S、P含量需严格控制。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1)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。

2)本发明的焊丝材料成分体系可以广泛的应用在马氏体不锈钢和马氏体+铁素体双相不锈钢等钢种的焊接中，替代通常采用的奥氏体焊接材料，避免了原先极易发生的电偶腐蚀而降低接头的使用寿命，降低了生产使用成本。

3)本发明的焊接工艺，不用进行焊前预热与焊后热处理，可保证焊缝不会产生裂纹。

具体实施方式

本发明与现有技术的ER240、ER630两种型号的焊丝成分对比如表1所示。

表1

本发明与现有技术的ER240、ER630两种型号的焊丝成分力学性能对比如表2所示。

表2

现有技术随着焊接强度等级的提高，会给焊接带来很大的困难，通常需要进行预热和焊后热处理避免裂纹产生。

基于本发明焊丝提出一种不锈钢焊接材料的焊接工艺，即热输入在4～8KJ/cm条件下，使用熔化极气体保护焊的焊接工艺，即焊接电流为210-230A，焊接电压在24-26V，焊接速度为400-600mm/min，层间温度小于100℃。不用焊前预热与焊后热处理，可保证焊缝不会产生裂纹。