[发明专利]一种高强高韧高氮奥氏体不锈钢焊丝及其制备方法

说明书

一种高强高韧高氮奥氏体不锈钢焊丝及其制备方法，该焊丝的合金成分按重量百分比为：C0.1％，S0.02％，P0.03％，Si：0.1‑0.9％，Mn：5‑21％，Cr：15‑23％，Ni：0‑8％，Mo：0‑5％，N：0.2‑0.95％，Fe为余量，其他杂质0.1％；制备工艺为：感应炉冶炼外加电渣重熔→热锻→热轧→热处理→焊丝拉拔。本发明的焊丝成分配比科学合理，增加氮元素的含量，调整了锰元素含量，增加氮的固溶度，使得制备的焊丝焊接过程稳定，氢元素逸出量少，气孔缺陷少，焊接工艺性好，熔敷金属强度高，‑40℃低温下仍表现出优良的冲击韧性，适用于高氮奥氏体不锈钢的焊接，特别是对低温冲击韧性有要求的奥氏体不锈钢的焊接，也可用于堆焊作为其他钢铁材料的耐蚀层。

技术领域

本发明属于焊接材料及加工工艺技术领域，涉及一种高强高韧高氮奥氏体不锈钢焊丝及其制备方法，具体是一种专门用于高氮奥氏体不锈钢焊接的高氮奥氏体不锈钢焊丝及其制备工艺。

背景技术

高氮奥氏体不锈钢利用N元素代替昂贵的合金元素Ni作为奥氏体稳定元素以获得奥氏体组织，是一种资源节约型低成本奥氏体不锈钢。高氮奥氏体不锈钢具有高强高韧的特点，在低温(4K)时仍具有较高的强韧性匹配。此外，高氮奥氏体不锈钢由于氮元素的加入具有良好耐蚀性，特别是抗点蚀性能。因此，近年来高氮奥氏体不锈钢在航空工业、电力工业、化学及石油化学工业以及机械制造工业等领域得到了广泛的应用和关注。

高氮奥氏体不锈钢在实际制备和使用过程中涉及到大量的焊接过程。高氮奥氏体不锈钢钢焊接时主要的难点是焊缝金属中氮元素的流失和气孔缺陷问题。高氮奥氏体不锈钢焊丝中过饱和的氮在熔池中发生剧烈的冶金反应，会从熔池中向大气中逸出。当由于熔池快速凝固，氮气无法逸出时，会在焊缝中形成严重的氮气孔。氮流失和氮气孔会造成高氮奥氏体不锈钢焊缝力学性能和耐腐蚀性能下降。目前高氮奥氏体不锈钢焊接主要采用常规的奥氏体不锈钢焊丝(如ER309)和传统焊接工艺，其焊缝强度仅仅达到高氮奥氏体不锈钢母材的60％左右，焊缝缺陷出现频繁，如大量的气孔缺陷，无法满足使用要求。因此，研制高强高韧高氮奥氏体不锈钢专用焊丝具有极其重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高强高韧高氮奥氏体不锈钢焊丝，以解决现有高氮奥氏体不锈钢焊缝金属由于氮元素流失和氮气孔缺陷降低强度和韧性问题。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种高强高韧高氮奥氏体不锈钢焊丝的制备方法，制备的焊丝可以解决现有高氮奥氏体不锈钢焊缝金属由于氮元素流失和氮气孔缺陷降低强度和韧性问题。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高强高韧高氮奥氏体不锈钢焊丝，其特征在于：该焊丝的合金成分按重量百分比为：C0.1％，S0.02％，P0.03％，Si：0.1-0.9％，Mn：5-21％，Cr：15-23％，Ni：0-8％，Mo：0-5％，N：0.2-0.95％，Fe为余量，其他杂质0.1％。

优选的，所述焊丝的尺寸为Φ1.1～1.3mm。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述的高强高韧高氮奥氏体不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于：按照焊丝的合金成分配比进行配料，感应炉冶炼加电渣重熔，将高氮奥氏体不锈钢焊丝合金铸锭进行常规的锻造、轧制、多道次在线退火、酸洗和冷拉拔，最终制成直径Φ1.1～1.3mm的高氮奥氏体不锈钢焊丝。

作为优选，所述焊丝的合金成分中的氮元素是以氮化物的形式加入，其余元素以合金或纯金属形式加入。

进一步，述不锈钢焊丝合金铸锭在锻造前先在大气环境下使用感应炉冶炼外加电渣重熔处理，使得焊丝中的氮含量为大气下氮元素在奥氏体不锈钢中的平衡溶解度。