[发明专利]一种焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢及其焊接方法

说明书

本发明涉及一种具有优良的焊接性的铁素体不锈钢，属于金属加工焊接材料和工艺领域。一种焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢，焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢的化学成分的质量百分比如下：C：＜0.009，Si：0.40‑0.48，Mn：0.20‑0.40，P：＜0.03，S：＜0.001，Cr：11.19‑11.49，Ti：0.20‑0.25，Al：0.51‑0.89，N：0.0045‑0.006，其余为铁和不可避免的杂质。一种焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢的焊接方法，步骤一：冶炼、铸造；步骤二：热轧；步骤三：冷轧；步骤四：退火酸洗及钝化；步骤五：焊接工艺。本发明进一步扩展低铬铁素体不锈钢的应用领域具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种具有优良的焊接性的铁素体不锈钢，具体特征为通过添加铝元素并控制S、O、N等元素含量，使焊接接头具有优良的力学性能和耐蚀性能， 属于金属加工焊接材料和工艺领域。

背景技术

铁素体不锈钢是指组织为铁素体相的一类不锈钢，是不锈钢的重要组成部分，其化学成分特点为铬含量11.5-30%，不含镍或含有少量的镍，同时添加有钛、铌和钼等合金元素，现代铁素体不锈钢具有超低C+N和S、P等含量，综合性能更加优良。与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢具有良好的导电性，导热性，热胀系数低，优良的耐点蚀性能，抗热疲劳性等，成本低廉，因此近年来在许多领域得到了越来越广泛的应用。 409L型不锈钢由于上述特点，主要应用于汽车排气系统不锈钢焊管中，因此，焊接加工不可避免，常用的焊接方法为TIG、激光和高频感应焊接等，由于管壁厚度一般小于1.5mm，焊接工艺采用不填充焊丝的母材自熔化焊，焊接接头性能在很大程度上取决于母材的成分和焊接工艺。

铁素体不锈钢是一种单相组织不锈钢，晶粒在焊接热循环后极易发生粗化，且无法通过热处理或机械处理的方法细化，晶粒粗化会导致力学性能和耐蚀性能的下降，影响焊件后续的加工性。多年来，焊接工作和研究人员采用多种方法试图抑制铁素体不锈钢在焊接过程中的晶粒粗化程度，包括降低焊接热输入，采用能量密度集中的热源如等离子弧、激光及复合热源，以及采用在焊接时超声波振动和焊后快冷等工艺和方法，都没有获得满意的细化晶粒的效果。

为了从本质上提高409L型不锈钢的焊接性，经过多年的实践，只有通过深入研究不锈钢中的微量元素对焊接性能的影响，不断优化母材化学成分，并对焊接工艺进行适当的调整，才是最有效且实用的途径。因此，本发明旨在通过添加适当的合金元素，以实现在采用常规焊接方法的前提下，获得晶粒较小的焊接接头，且等轴晶比例提高，同时具有较高的力学性能和耐蚀性能，使409L型不锈钢的使用性能提高。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供一种焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢及其焊接方法。

众所周知，单相组织的铁素体不锈钢在焊接热循环后获得的焊缝及热影响区（HAZ）的晶粒严重粗化，从而恶化了焊接接头的力学性能及耐蚀性能，通过控制焊接热输入的方法也不能改善这种趋势。因此，为了从根本上解决这一难题，经过多年的研究及实践，寻找从材料内在的特点来细化晶粒提高性能是唯一的有效途径。而材料的成分对于组织和性能起着关键的作用。通过添加铌和钛元素形成第二相粒子弥散分布于基体中细化晶粒提高性能已得到广泛的应用，但是细化晶粒的效果有限且成本增加较高。通过添加铝这一廉价元素以实现细化晶粒提高性能是本项发明的核心所在。

本发明的目的是这样实现的：一种焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢，焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢的化学成分的质量百分比如下：C：＜0.009，Si：0.40-0.48，Mn：0.20- 0.40，P：＜0.03，S：＜0.001，Cr：11.19-11.49，Ti：0.20-0.25，Al：0.51-0.89，N：0.0045-0.006，其余为铁和不可避免的杂质。

一种焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢的焊接方法，步骤一：冶炼、铸造：按权利要求1中的化学成分冶炼，采用二步法冶炼，并连铸成板坯，连铸轻压下率为3%—8%，中间包浇注温度为1530℃－1560℃；