一种超纯铁素体不锈钢用焊丝及焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种超纯铁素体不锈钢用焊丝及焊丝盘条，其化学元素质量百分配比为：C0.005-0.015％，Mn0.5-1.0％，Si0.5-1.0％，Cr14.5-16.5％，Ti0.2-0.4％，Nb0.5-1.0％，N0.02-0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；且(Nb+Ti)/(C+N)≥11。相应地，本发明专利技术还公开了一种焊丝对超纯铁素体不锈钢进行焊接的方法，其中，焊接热输入为5-7KJ/cm。采用本发明专利技术所述的焊丝和焊接工艺获得的熔敷金属的强度高、韧性好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种超纯铁素体不锈钢用焊丝及焊丝盘条，其化学元素质量百分配比为：C0.005-0.015％，Mn0.5-1.0％，Si0.5-1.0％，Cr14.5-16.5％，Ti0.2-0.4％，Nb0.5-1.0％，N0.02-0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；且(Nb+Ti)/(C+N)≥11。相应地，本专利技术还公开了一种焊丝对超纯铁素体不锈钢进行焊接的方法，其中，焊接热输入为5-7KJ/cm。采用本专利技术所述的焊丝和焊接工艺获得的熔敷金属的强度高、韧性好。【专利说明】
本专利技术涉及一种焊丝及相应的焊接方法，尤其涉及一种不锈钢用焊丝及相应的焊接方法。
技术介绍
铁素体不锈钢作为主要的不锈钢品种被广泛地应用于汽车排气系统。铁素体不锈钢中由于不含镍而成本低，同时，其较之奥氏体不锈钢具有更好的抗点蚀性、缝隙防腐蚀性能和耐高温氧化性能。与此同时，现有的不锈钢冶炼技术可以冶炼超低碳和高纯铁素体不锈钢，使得铁素体不锈钢的成型性能大大改善，从而令其成为汽车尾气系统的首选材料。用于汽车排气系统的铁素体不锈钢在使用过程中通常采用奥氏体不锈钢的焊接材料进行零部件的连接与加工，例如，采用ASME(American Society of MechanicalEngineers:机械工程师学会)的不锈钢光焊丝和填充丝标准(SFA-5.9)中的ER308L焊丝进行焊接。ER308L焊丝属于奥氏体不锈钢体系，当母材为铁素体不锈钢时，在潮湿酸性的大气环境中将会不可避免地发生电偶腐蚀现象，从而一定程度上影响车体的使用寿命。另外，ER308L焊丝中含有贵重的金属元素Ni，这在一定程度上也提高了生产制造成本。此外，目前常用的ER430焊丝的成分体系在焊接热循环作用下，急剧长大的铁素体晶粒会严重降低焊缝的韧性，焊缝的 韧脆转变温度通常在40°C以上，从而在焊接过程中容易产生焊缝热裂，进而大幅度地增大产品的不良率。因此，希望能够获得一种能够广泛应用于铁素体不锈钢焊接中的焊接材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超纯铁素体不锈钢用焊丝，采用该超纯铁素体不锈钢用焊丝焊接后产生的焊缝具有较高的强度、良好的耐腐蚀性能、抗敏化性能以及较好的韧性，此外，其还不易产生焊缝热裂纹且不易发生异种钢电偶腐蚀现象。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种超纯铁素体不锈钢用焊丝，其化学元素质量百分配比为:C: 0.005-0.015% ；Mn: 0.5-1.0% ；S1: 0.5-1.0% ；Cr: 14.5-16.5% ；T1: 0.2-0.4% ；Nb: 0.5-1.0% ；N: 0.02-0.03% ；余量为Fe和其他不可避免的杂质；且(Nb+Ti)/(C+N)^ Il0本专利技术的技术方案中不可避免的杂质主要是指P元素和S元素，其中，控制P ≤ 0.02wt.%，并控制 S≤ 0.015wt.%。本专利技术所述的超纯铁素体不锈钢用焊丝中的各化学元素的设计原理为:C:C是金属强化元素的有效元素之一，在钢中一定添加量的C元素是必不可少的。然而，C也是会引起焊缝热裂敏感性的重要元素之一。对于本专利技术的技术方案而言，需要将C 含量控制为 0.005-0.015wt.%。Mn =Mn是熔敷金属，其能够提供一定强度的保证，同时，Mn在熔池过程中具有脱硫和脱氧的作用。基于此，本专利技术的技术方案中的Mn元素需要控制为0.5-1.0wt.%。Si =Si 一方面有助于改善熔池阶段熔池的流动性，另一方面也有助于与和氧元素结合形成夹渣物上浮，从而降低熔池中氧的含量。因此，本专利技术所述的超纯铁素体不锈钢用焊丝中的Si含量设定在0.5-1.0wt.%范围之间。Cr =Cr是不锈钢焊接材料中重要的添加元素之一，其是令焊缝具有腐蚀性能的保证。同时，适量添加的Cr元素与不锈钢钢种中的合金成分相匹配，能够有利于避免过度的成分差异而造成焊接接头的电偶腐蚀，因此，本专利技术所述的超纯铁素体不锈钢用焊丝中的Cr含量需要控制为14.5-16.5wt.%。Ti和Nb:细晶强化是唯一的对强度和韧性均有贡献的强化方式。为了了进一步提高焊丝的熔敷金属的韧性，可以通过进一步细化韧性较差的粗大铁素体晶粒来达到强化韧性的目的，为此，需要添加一定含量的Nb、Ti。由于C、N和Nb、Ti具有极强的结合力，且TiN复合颗粒能稳定地存在于1535°C的液态钢水中，为体心立方的铁素体形核提供核心，从而最终起到细化组织晶粒的作用。NbC复合颗粒会在1100°C温度时析出，以达到强化焊缝金属强度的作用。当Ti含量过低时，形成的异质形核核心太少，不能起到细化晶粒的作用；当!1含量过高时，由于Ti是非常活泼的元素，其极易发生氧化，将在冶炼过程中容易形成较难去除的夹渣，从而影响铸坯的表面质量和金属元素的收得率。同时，Nb含量也不宜过高，由于轧制过程中Nb元素的加入会显著增加轧制温度的升高速度，从而容易使得焊缝产生热裂，进而导致焊缝断裂的情况发生。基于上述原因，本专利技术的技术方案将超纯铁素体不锈钢用焊丝中的Ti控制为0.2-0.4wt.%，且将Nb控制为0.5-1.0wt.%。N:N元素的主要作用是与T1、Nb等金属元素形成氮化物颗粒。但是，在本技术方案中N也是一种间隙型奥氏体元素，过多的加入N，在高温液态奥氏体转变过程中，将在一次枝晶铁素体境界上形成马氏体，不利于焊缝金属的韧性。综合上述原理，本技术方案将N含量控制为0.02-0.03wt%。在本专利技术的超纯铁素体不锈钢用焊丝中的各项化学元素需要满足上述限定范围的前提下，Nb、T、C和N之间还需要满足公式:Nb+Ti)/(C+N)≥11。这是因为在焊接过程中，与C、N结合产生的焊缝金属敏化也是本专利技术设计考虑重要因素之一。专利技术人通过大量实验发现，当(Nb+Ti)/(C+N) <11时，焊缝的敏化现象就会发生，从而导致焊缝抗腐蚀性能降低而失效；而当(Nb+Ti)/(C+N)≥11，急速冷却的焊缝金属由于大量的Nb、Ti元素供给，便可以稳固C与N元素，使焊缝金属具备了良好的抗敏化性。 本专利技术的技术方案根据钢中合金元素的作用和机理对合金元素进行选择，并优化了各化学元素的质量百分配比。本专利技术采用的元素以及元素之间的匹配能达到类似产品的性能指标。较之于ER308L焊丝，本专利技术所述的超纯铁素体不锈钢用焊丝中Cr和Ni的含量降低，这不仅使得焊丝的腐蚀电位下降，使得焊接接头发生异种钢电偶腐蚀的倾向大大降低；还降低了焊丝的制造成本，使其具有良好的性价比。由此，由专利技术的超纯铁素体不锈钢用焊丝所获得焊接接头完全能够满足零部件连接使用性能以及加工性能的要求，尤其适合汽车制造领域的零部件的连接与加工。相应地，本专利技术还提供了一种用于超纯铁素体不锈钢的焊丝盘条，该焊丝盘条的各化学元素质量百分配比为:C0.005-0.015 %, Mn0.5-1.0 %，S1.5-1.0 %，Cr 14.5-16.5%, T1.2-0.4%, Nb0.5-1.0%, N0.02-0.03%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂质；且(Nb+Ti)/(C+N)≤ 11。本专利技术还提供了上述焊丝对超纯铁素体不锈钢进行焊接的方法，其中，焊接热输入为 5_7kJ/cm。由于本专利技术合计体系属于不锈钢体系，因此高温液态熔池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超纯铁素体不锈钢用焊丝，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：C0.005‑0.015％，Mn0.5‑1.0％，Si0.5‑1.0％，Cr14.5‑16.5％，Ti0.2‑0.4％，Nb0.5‑1.0％，N0.02‑0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；且(Nb+Ti)/(C+N)≥11。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝森，朱双春，毕洪运，许轲，吴巍，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31