[发明专利]一种高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝及制备方法

说明书

本发明公开了一种高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带组成，其特征在于：所述药芯粉由合金组分和渣系组分组成，所述合金组分中各物质占药芯粉的质量百分比为，电解锰：1.5～3wt％，硅铁：0.5～1wt％，铬粉：20～22wt％，镍粉：12.5～20wt％，钼铁：0.2～3.5wt％，铜粉：0.1～2.0wt％，氮化铬：0.1～5wt％，铁粉和不可避免的杂质为余量。本发明采用多元复合渣系耦合保护的设计方案，在不影响焊接性和增加焊接工艺难度的同时抑制含氮奥氏体不锈钢焊接过程中氮元素逸出。

技术领域

本发明涉及焊接材料领域，尤其涉及一种高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝及制备方法。

背景技术

含氮奥氏体不锈钢是一种利用氮元素代替昂贵镍元素作为奥氏体稳定元素的资源节约型低成本奥氏体不锈钢。含氮奥氏体不锈钢具有优良的强韧性和耐腐蚀性能，近年来被广泛应用于航空工业、建筑行业、石油化工和海洋工程等领域。

含氮奥氏体不锈钢在实际应用过程中涉及大量的焊接过程。含氮奥氏体不锈钢焊接时往往面临焊缝金属中氮元素的逸出和气孔缺陷问题：在焊接过程中焊丝中过饱和的氮元素在熔池中发生冶金反应，会向大气中逸出；由于熔池快速凝固，部分氮气无法逸出，在焊缝中形成氮气孔。焊缝中氮元素的逸出和气孔缺陷会严重降低焊接接头的强度和耐点蚀性能。目前含氮奥氏体不锈钢焊接专用焊丝缺乏，往往采用常规的奥氏体不锈钢焊丝来替代，例如商用ER308L奥氏体不锈钢焊丝(不含氮)，焊缝强度仅为母材的70-80％，焊接气孔缺陷敏感性高，耐点蚀性能显著降低，难以发挥含氮奥氏体不锈钢的优势。此外，含氮奥氏体不锈钢加工硬化率高，焊丝拉拔难度大，降低焊丝成品率和质量。因此，研制高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢专用焊丝具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种在焊接时有利于氮气逸出从而提升焊接接头的强度和耐点蚀性能的高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带组成，其特征在于：

所述药芯粉由合金组分和渣系组分组成，所述合金组分中各物质占药芯粉的质量百分比为，电解锰：1～3wt％，硅铁：0.5～1wt％，铬粉：20～22wt％，镍粉：12.5～20wt％，钼铁：0.2～3.5wt％，铜粉：0.1～2.0wt％，氮化铬：0.1～5wt％，铁粉和不可避免的杂质为余量；

所述渣系组分中各物质占药芯粉的质量百分比为，钛酸钠和钛酸钾：4～7wt％，氧化锆：2～5wt％，四氧化三铁：3～4wt％，氟化物：5～9wt％，钾长石：1～3wt％，金红石：10～12wt％，氧化铋：1～10wt％以及铝粉：0.5～2.5wt％。

电解锰：奥氏体化元素，能够增加氮元素的固溶度，但锰元素含量过高会影响焊缝的成形性，降低点蚀性能。因此本发明锰元素质量分数控制在1.5～3wt％。

硅铁：主要用于脱氧，含量过高时已造成夹杂。因此，本发明硅铁质量分数控制在0.5～1wt％。

铬粉：产生钝化膜，增加耐蚀性能，但含量过高时需要更高的镍含量来保证为单相奥氏体，会增加成本。因此，本发明综合考虑耐蚀性和焊接烧损，铬粉质量分数控制在20～22wt％。

镍粉：镍为奥氏体化元素，与铬元素质量进行配合保证焊缝组织为单相奥氏体。焊缝中由于合金元素容易产生偏析，造成枝晶间产生高温铁素体，尤其是对于含氮奥氏体不锈钢焊丝，焊接过程中氮元素的逸出会使得焊缝金属镍铬当量失配，导致铁素体的产生。而镍元素的奥氏体化作用稳定，能够有效稳定焊缝存在偏析时的奥氏体组织。但是镍含量过高时，会增加焊丝成本，而且容易引起热裂现象。因此，本发明中镍粉质量分数根据镍铬当量控制在12.5～20wt％。