[发明专利]一种超低碳稀土不锈钢焊丝及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天设备制造、高速列车、压力容器等高技术领域具有高强度、高韧性、抗晶间腐蚀的奥氏体不锈钢焊丝及其制造技术，特别是一种超低碳稀土不锈钢焊丝及其制造方法。

背景技术

奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，应用领域广泛。在奥氏体不锈钢焊接过程中，存在的主要问题是焊接接头晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、焊接接头热裂纹和焊接接头的力学性能匹配。晶间腐蚀是奥氏体不锈钢焊接接头很危险的破坏形式，主要出现在焊缝的3个部位，分别是焊缝晶间腐蚀、母材上敏化区晶间腐蚀和刀蚀。晶间腐蚀的发生与焊缝金属的碳含量有密切关系，碳含量越大，容易沉淀出铬碳化物Cr₂₃C₆，晶间腐蚀倾向越大，因此降低焊接材料的碳含量是有效防止焊缝晶间腐蚀的方法。

在充分考虑焊缝金属耐腐蚀的前提下，为了得到焊缝金属强度和母材强度相近的焊丝材料，需要对焊缝金属添加必要的合金元素进行成分补偿，目的在于得到焊缝处金属与母材成分和性能更接近的效果。通常使用的不锈钢焊丝焊接后焊缝处金属冷裂纹敏感性会有所增大，在施焊工艺中需要采取预热等补救方式，使工作时的工况条件变得恶化和复杂。由于碳元素是产生冷裂纹敏感的元素，碳含量较高时，焊缝快速冷却形成的孪晶马氏体硬度高，性能很脆，对裂纹和氢脆的敏感性很强。因此，普通碳含量的焊丝进行焊接时，很难获得焊缝金属和母材性能相匹配的结果。尤其是焊接不需预热，焊缝熔敷金属具有高强度、高韧性和强的耐晶间腐蚀性的焊丝材料，对低碳含量有很高的要求。

目前，国内的超低碳奥氏体不锈钢焊接材料，如，H00Cr21Ni10、H0Cr19Ni12Mo2等焊丝含碳量实物水平为0.03％左右，而国外名牌产品实物水平为0.01～0.02％。中国专利200710025258.7公开的一种奥氏体不锈钢焊丝，其碳含量在0.03％左右，其焊丝合金成分不含稀土元素和微量元素。中国专利92102650.1公开的一种超低碳奥氏体不锈钢焊条，其碳含量在0.03％左右，焊丝合金不含稀土元素和微量元素。现有不锈钢焊丝在碳含量上仍不能满足焊缝熔敷金属超低碳的需求，在保证低碳的同时提高力学性能是需要耐腐蚀焊丝的又一突出问题。现有焊丝成分设计对于超低碳和具有良好合金化的焊接金属仍不能满足要求。

对于超低碳高合金含量的焊丝制造，一般采用冶炼、铸造、轧制和拉拔等几个步骤进行。超低碳含量和高合金含量对冶炼和铸造技术提出了更高要求。中国专利200710025258.7提及的焊丝采用供方提供的铸坯经轧制和拉拔制造成品焊丝。中国专利200810040897.5中超低碳焊丝采用铸锭、锻造、轧制和连续拉拔方式生产，与通常生产方式相同，焊丝合金元素含量与奥氏体不锈钢相比更低。目前，一般超低碳焊丝的生产采用供方铸坯进行轧制或采用配料、铸锭、锻造、轧制和拉拔方式。尚未有超低碳高合金含量的焊丝材料水平连铸连轧连拔工艺进行生产。水平连铸高合金钢具有铸坯质量高、流程短、安全可靠性好和建设投资低等优点，但水平连铸连轧连拔生产超低碳高合金含量的焊丝材料，对原料的冶炼、中间包钢水保护和除杂、水平连铸铸坯质量控制有更高要求。因为高合金含量钢水的水平连铸，铸坯容易发生成分偏析，组织疏松、裂纹等缺陷。在保证产品质量的前提下，应用短流程、水平连铸连轧连拔制造超低碳高合金含量奥氏体不锈钢焊丝，现有技术水平难以实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低碳稀土不锈钢焊丝及其制造方法，运用这种焊丝材料和制造工艺可以获得具有优异的抗晶间腐蚀、焊缝熔敷金属冷裂纹敏感小、焊缝金属与母材性能接近的超低碳含微量元素与稀土的焊丝材料。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种超低碳稀土不锈钢焊丝，采用Fe-Ni-Cr合金系统，将以下化学成分的原料进行熔炼、水平连铸、连轧、连拔而成：

C：0.005-0.015％、Si：0.3-1.2％、Mn：0.45-1.20％、P：≤0.02％、S：≤0.020％、Cr：18.50-19.50％、Ni：11.50-13.50、N：＜0.045％、Cu：＜0.40％、Nb：0.1-0.2％、RE：0.03-0.06％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素，化学成分的单位为wt％。

一种制备上述的超低碳稀土不锈钢焊丝的方法，步骤如下：

(1)按照设计的焊丝成分配料，利用真空电炉熔炼，对钢水进行脱硫、脱磷和去除有害杂质处理，使C＜0.5％，出钢温度T≥1650℃，设计的焊丝成分为：