[发明专利]一种超高强度的全奥氏体不锈钢焊丝

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种不锈钢焊丝，具体涉及一种超高强度的全奥氏体不锈钢焊丝。

【背景技术】

公知的，目前焊接性较差的高硬化性钢其导热能力低、膨胀系数大使得焊接区温度梯度大，产生较大的内应力而容易发生裂纹；目前抗拉强度大于700MPa高硬化性钢用焊接材料有两类：第一类为低合金高强钢成分系，该类焊接材料焊接工艺复杂，需要焊前预热和焊后热处理，导致焊接效率低下、劳动强度增加、增加能源的消耗，虽然焊接材料成本较低，但是综合整个焊接过程性价比较低；第二类焊接材料为高合金成分系，典型焊接材料有ER307、ER307Si、ER309、ER309Mo等系列成分系，该类焊接材料熔敷金属为全奥氏体组织，具有良好的抗裂性，无需后热和焊后热处理，大大降低了劳动强度，但是该类成分系具有大量昂贵的合金元素，成本较高；该类焊接材料的另一缺点是熔敷金属力学性能较差，熔敷金属抗拉强度较低，约为600MPa左右，对于抗拉强度大于700MPa的母材，尤其焊接接头要求高强匹配或者等强匹配的焊接工艺，该类焊接材料不能满足焊接工艺的要求，另外，气体保护焊工艺的熔合比较大，若焊丝成分设计不当由于母材的稀释作用焊缝金属中会形成马氏体组织，进而影响到接头的抗裂性能。对于大刚性结构对焊缝金属有很高的强韧性要求，要求强度达到700MPa以上，0℃KV2达到100J以上。

检索目前不锈钢焊丝的专利，尚未查到能够满足该强韧性要求的全奥氏体焊丝，现有奥氏体不锈钢焊丝的专利，多数是强度较低并且焊缝金属不是全奥氏体组织，如申请号200710025258.7，公开号101100021公开了车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝，焊丝中采用合适的C、Si、Mn、Cr等合金元素形成一定量的针状铁素体来改善焊接韧性，其焊缝组织不是全奥氏体，并且强度较低(545MPa)，不能满足高强度的要求；有的不锈钢焊丝熔敷金属为双相组织，如ER2209、ER2507、ER2594等超级双相不锈钢，具有良好的综合力学性能和焊接工艺性能，但是该系列焊丝含有大量昂贵金属，成本太高，性价比较低，很难得到广泛的应用。现有的焊丝专利中，另一类较多的专利是针对特定钢种开发出的专用焊丝，如申请号200710100039.0，公开号101125397公开了一种节镍型奥氏体不锈钢焊丝，在焊丝中加入氮后，焊丝中镍含量降低了2％，降低了焊丝成本，并且使熔敷金属的强度提高了150MPa，低温冲击韧性提高了30J以上，但该焊丝是针对高Cr含量的铁素体不锈钢开发的，其Ni依然偏高，为8左右，但是由于焊丝中Mn含量偏低，用于焊接Mn13钢时由于母材的稀释作用焊缝中会出现马氏体组织，对焊接冷裂纹很敏感，不能满足硬化性结构的焊接要求。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种超高强度的全奥氏体不锈钢焊丝，通过将N、Mn作为合金元素加入代替贵重金属镍、进一步降低昂贵Ni元素含量，实现了焊接效率高、工艺性优异、抗裂性良好且成本较低的目的。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种超高强度的全奥氏体不锈钢焊丝，组成该焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.05～0.3％、Si：0.50～1.20％、Mn：10～15.0％、Cr：16.0～20.0％、Ni：3.0～7.0％、Ti：0.01～0.03％、N：0.1～0.30％、V：0.15～0.30％、S≤0.010、P≤0.020％、余量为Fe。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、C是金属强化有效元素之一，为了获得超高强度等级，一定量的C元素是必不可少的，但过高的C含量不但容易使C与Cr等元素形成碳化物，形成贫铬区降低熔敷金属的腐蚀性能，而且冲击性能也受一定影响，同时过高的C含量在焊接过程中也会有热裂倾向，除此以外较高的C也使得焊丝的拉拔困难，为保证综合性能良好，规定其下限为0.1％，上限为0.3％。含碳量较高，加入微量元素Nb、Ti，稳定化元素；

2、Si一方面有助于改善熔融钢的流动性，同时还能改善熔滴金属的湿润性，这对焊丝的工艺性有重要影响；另一方面Si也有助于与氧结合形成熔渣上浮，从而降低焊缝中氧的含量，在活性气体保护焊工艺(MAG)中Si的脱氧作用是必要的。但是Si含量较高时易形成Ni-Si低熔点相，对焊缝金属中的热裂纹有重要影响，为此通常要限制Si的含量，因此Si的含量控制在0.5～1.2％；