一种高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝及制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝及制备方法
本专利技术涉及焊接材料领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。因此本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术中镍粉质量分数根据镍铬当量控制在12.5～20wt％。钼铁：向焊缝中过渡钼元素，能够和铬元素、氮元素共同增加耐点蚀性能。但钼元素含量过高时，易造成焊缝中产生脆性sigma相，降低力学性能和耐点蚀性能。因此，本项目中钼铁质量分数根据点蚀当量控制在0.2～3.5wt％。铜粉：向焊缝中过渡铜元素，提高耐点蚀性能和稳定奥氏体。但铜质量分数过高时，会增加焊缝的裂纹敏感性。因此，本专利技术铜粉质量分数根据镍铬当量和耐蚀性控制在0.1～2.0wt％。氮化铬：向焊缝中过度铬元素和氮元素，增加耐点蚀性能。但是氮化铬含量过高时，尤其当氮元素超过奥氏体固溶度时，容易造成焊缝产生气孔，飞溅增大。因此，本专利技术综合考虑氮的固溶度和点蚀当量，氮化铬控制在0.1～5wt％。钛酸钠和钛酸钾：调节电弧稳定性和熔池铺展性，减少飞溅。钛酸物含量过低时，熔池稳定性和熔池铺展性较差；含量过高时，熔渣堆积严重，成形性变差。因此，本专利技术中钛酸钠和钛酸钾控制在4～7wt％。氧化锆：能够改变熔渣的粘度，影响熔渣的成形覆盖和脱渣性能。当氧化锆质量分数过低时，熔渣的覆盖能力差；质量分数过高时，熔渣脱渣能力变差。因此，本专利技术中氧化锆质量分数控制在2～5wt％。四氧化三铁：增加焊接熔池的氧化性，降低氢在熔池中的溶解度，有利于降低熔敷金属扩散氢含量。四氧化三铁质量分数过低时，对扩散氢的抑制作用不明显；当含量过高时，易造成焊缝氧含量过高和引起夹渣。因此，本专利技术中四氧化三铁质量分数控制在3～4wt％。氟化物：用于焊缝去氢，同时可以提高熔渣的碱度，提高焊缝抗气孔和抗裂能力。钾长石：钾长石中的SiO2和Al2O3能增加熔渣的粘度，降低熔渣的表面张力，与焊缝具有好的亲和力，使熔渣具有良好的覆盖性能，降低飞溅的作用。此外，钾长石中的Na2O和K2O提高电弧稳定性，减少飞溅，调节熔渣粘度及熔点。钾长石质量分数过低时，无法产生上述作用；当钾长石质量分数过高时，熔渣粘度过大，脱渣难度大，而且容易造成焊缝中夹渣。因此，本专利技术钾长石质量分数选择为1～3wt％。金红石：能够改变熔渣的熔点和粘度，改善焊缝成形性，而且调节焊缝金属与熔渣之间的线膨胀系数，改善脱渣性。在本专利技术焊丝成分体系中，当金红石含量过低时，上述作用不明显；当含量过高时，会导致焊缝中氧含量过高，飞溅过大，而且容易产生气孔。因此，本专利技术中金红石质量分数控制在10～12wt％。氧化铋：作为熔池表面活性物质，能够改善脱渣性，但量过多会形成低熔点夹杂物，恶化焊缝质量。因此本专利技术中氧化铋质量分数根据金红石、钾长石、氧化锆的质量分数来匹配，控制在1～10wt％。铝粉：用于焊缝脱氧，参与熔渣形成，改善熔渣的粘度。铝粉含量过低，难以产生脱氧作用；含量过高时，使得焊丝焊接工艺性变差，夹杂倾向和裂纹敏感性增加。因此，本专利技术中铝粉控制在0.5～2.5wt％。作为优选，所述不锈钢带的质量百分比组成为C≤0.12wt％，Si≤0.75wt％，Mn≤1.00wt％，P≤0.040wt％，S≤0.03wt％，Ni≤0.6wt％，Cr：16.0～18.0wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术的不锈钢带的塑性变形能力良好，拉拔成形性良好，成品率高。作为优选，所述含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的质量百分比组成为C≤0.05wt％，Si：0.35～0.9wt％，Mo：0.05～3.5wt％，Cr：19.5～21wt％，Ni：12.5～18.0wt％，Mn：1～3.5wt％，P≤0.004wt％，S≤0.004wt％，N：0.05～0.4wt％，Cu≤1.8wt％，Fe为余量和不可避免的杂质。作为优选，所述焊丝焊接接头的抗拉强度在650MPa以上，接头的点腐蚀速率在25g/m2·h以下。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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：/n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；/n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％。/n

【技术特征摘要】
1.一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；
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％。


2.根据权利要求1所述的高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝，其特征在于：所述不锈钢带的质量百分比组成为C≤0.12wt％，Si≤0.75wt％，Mn≤1.00wt％，P≤0.040wt％，S≤0.03wt％，Ni≤0.6wt％，Cr：16.0～18.0wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。


3.根据权利要求1所述的高强耐点蚀含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝，其特征在于：所述含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的质量百分比组成为C≤0.05wt％，Si：0.35～0.9wt％，Mo：0.05～3.5wt％，Cr：19.5～21wt％，Ni：12.5～18.0wt％，Mn：1～3.5wt％，N：0.05～0.4wt％，Cu≤1.8wt％，Fe为余量和不可避免...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏关顺，明珠，甄立玲，王伟，李奎雨，魏庆忠，李金娥，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江;33