[发明专利]一种高氮低镍高温药芯焊丝及制备工艺

说明书

本发明提供了一种高氮低镍高温药芯焊丝及制备工艺，所述高氮低镍高温药芯焊丝由以下元素按质量百分比组成：C：0.04wt%以下、Si：0.8wt%以下、Mn：0.5~5.0wt%、Cu：1.0wt%以下、Ni：25~33wt%、Cr：17~26wt%、Mo：3.0~6.0wt%、Nb：3.0~5.0wt%、N：0.1~0.4wt%、Ti：0.4~1.1wt%、Al：0.1~0.5wt%、Ti/Al：1.8~2.3且Ti+Al：0.5~1.5wt%、(Ti+Al)/N：1.5~4.0、V：0.04~0.12wt%、Fe：余量。本发明采用低成本的N替换部分Ni元素，制备出新型的用于316L和部分镍基高温合金焊接且其高温性能不低于镍基药芯焊丝的焊材，同时解决Ni价格高昂和稀缺的问题。本发明制备出的高氮低镍高温药芯焊丝，能够在高温（600~700℃）条件下使用，其高温力学性能、抗热裂纹性能和高温耐腐蚀性能优异。

技术领域

本发明属于材料加工工程中的焊接领域，具体地涉及一种高氮低镍高温药芯焊丝及制备工艺。

背景技术

镍基药芯焊材被用于具有优异的耐高温和耐腐蚀性的不锈钢的补焊，在各种工业领域被广泛应用。但国内镍资源匮乏，需要大量的进口来维持需求，这就导致成本提高，成为不锈钢产业发展的瓶颈。在既保证性能不变又降低成本的前提下，寻找新的元素代替镍元素是目前工业生产的主要发展方向。

N元素作为一种廉价资源，与Ni元素类似，具有扩大奥氏体相区、稳定奥氏体组织的能力，受到国内外钢铁冶金工作者的青睐，先后推出了一系列高氮钢种。与C元素相比，N固溶强化效果更加明显，并且N元素还能起到强化细晶的作用。此外，N还可以提高焊接金属的耐局部腐蚀性能，如晶间腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀等。

在专利文献1中，公开一种用于不锈钢和5％Ni钢等焊接的含氮低镍的不锈钢药芯焊丝。在专利文献2中，公开一种用于耐高温钢用的药芯焊丝，能够满足500度以上环境使用。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】由株式会社神户制钢所申请专利《不锈钢药芯焊丝》，专利号：CN106994570 B。

【专利文献2】由江苏南通瑞舶莱焊业科技有限公司申请专利《一种耐高温钢用药芯焊丝》，专利号：CN 109719426 A。

但是，专利文献1所公开的不锈钢药芯焊丝，虽然采用添加N元素，但设计思想并未将其替代作用作为重点，且该药芯焊丝是为满足极低温下冲击性能要求设计的，与本发明用于高温的药芯焊丝不同。另外，专利文献2所公开的耐高温钢用药芯焊丝，虽然能用于500度以上使用环境，但高温抗拉强度未能达到700MPa以上，且该专利药芯焊丝耐高温腐蚀性能较差，与本发明采用N替代Ni的设计思想不同，且在高温条件下达到的强度要求不同。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种高氮低镍高温药芯焊丝，其能够应用在高温条件下的316L奥氏体不锈钢及部分镍基合金焊接或修复再制造作业，与Ni基合金药芯焊丝ENiCrMo3比较，其成本更低，且能够得到高温性能、抗热裂纹性和耐蚀性优异的焊接金属。

更具体地说，在本发明目的在于，提供一种在高温(600～700℃)条件下使用的的高氮低镍高温药芯焊丝，其高温力学性能、抗热裂纹性能和高温耐腐蚀性能优异的药芯焊丝。

本发明者们反复锐意研究的结果，发现了以下的事项。

在本发明中，为了使完全奥氏体组织的焊接金属在高温的抗拉强度提高，有效添加C和N等间隙型固溶强化元素均可替代Ni。C是提高热裂纹敏感性的元素，因此C的添加量受到限制。N具有扩大和稳定奥氏体组织的元素的作用，因此在本发明中为药芯中添加N的设计。

但是，焊接过程中固N效果不理想，达到过饱和的N引起气泡发生，提高产生气孔的风险，导致高温性能显著劣化。