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技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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，本专利技术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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]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专利技术的核心所在。
[0007]本专利技术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。
[0008]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℃；步骤二：热轧：加热板坯至1200—1250℃，保温2
‑
2.5h后开轧，轧制道次压下率8
‑
12%，终轧温度800
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820℃；步骤三：冷轧：通过冷轧进一步细化钢板的晶粒，获得晶粒细小且力学性能优良的组织；步骤四：退火酸洗及钝化：退火温度为680℃－720℃，保温时间的标准为以厚度计2
‑
3min/mm，之后按照铁素体不锈钢的常规酸洗钝化工艺完成成品的生产制造；步骤五：焊接工艺：采用母材自熔化焊接工艺的钨极氩弧焊接方法，焊接电流80
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150A ，焊接速度300
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500mm/min，电弧电压由焊机参数自动调节，为11
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14V，保护气体流量10
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15L/min，相应地热输入范围控制在0.15
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0.30KJ/mm，由于铝元素含量较高，其焊接参数的特点与常规的商业化409L不锈钢品种相比，焊接电流的设定值要相应地提高10
‑
20%以保证母材的完全熔透。
[0009]进一步的讲，步骤一中二步法冶炼为EAF+VOD精炼工艺。
[0010]本专利技术的有益效果是：1、通过在原有的铁素体不锈钢中添加适量的铝这种成本低廉的合金元素，使得铁素体不锈钢在不需在焊接时施加额外的辅助措施，如超声波震动、活性焊剂等工艺手段的情况下，只需将焊接工艺参数进行适当的调整，就可获得细化晶粒的效果。
[0011]2、 通过成分优化的不锈钢的焊接接头的耐蚀性也显著提高，甚至优于铌钛双稳定的同类型不锈钢；3、 对于进一步扩展低铬铁素体不锈钢的应用领域具有重要意义。
附图说明
[0012]下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。
[0013]图1.焊缝中 AlN第二相粒子形貌图。图2.焊缝中TIN 粒子形貌图。
具体实施方式
[0014]本方法的目的：
⒈ꢀ
开发一种成本低且焊接加工性能优良的新型低铬铁素体不锈钢；
⒉ꢀ
提高铁素体不锈钢薄板的焊接加工性，在不增加其他焊接辅助工艺设施的前提下获得晶粒细小的焊接接头组织，同时具有优良的力学性能和耐蚀性能；
⒊ꢀ
在不显著增加成本的前提下，只需适当调节焊接工艺参数，就可获得性能优良的焊接接头。
[0015]本专利技术设计了一种旨在提高焊接加工性能的409L型铁素体不锈钢，主要是通过添加铝元素，并控制N、O和S等元素含量，研究了铝元素对抑制晶粒粗化的宏观效果及微观机
理，并确定了铝元素的最佳范围，对于生产制造低成本且焊接加工性能良好的409L型不锈钢具有非常重要的实用价值。
[0016]经过优化的409L不锈钢的主要成分范围如表1所示，未列出的微量元素含量均为痕量，是钢铁生产中不可避免的残留元素，认为对材料的性能不产生影响作用。
[0017]表1409L不锈钢化学成分范围（wt,%）各元素在不锈钢材料中所起的作用为：铁（Fe）：是不锈钢的基本金属元素。
[0018]铬（Cr）：是主要铁素体形成元素，铬与氧结合能生成耐腐蚀的Cr2O3钝化膜，是不锈钢保持耐蚀性的基本元素之一，铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力，409L是低铬不锈钢，为保证具有最基本的不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢，其特征在于：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
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0.48，Mn：0.20
‑ꢀ
0.40，P：＜0.03，S：＜0.001，Cr：11.19
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11.49，Ti：0.20
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0.25，Al：0.51
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0.89，N：0.0045
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0.006，其余为铁和不可避免的杂质。2.一种焊接性能优良的低铬含铝铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：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℃；步骤二：热轧：加热板坯至1200—1250℃，保温2
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2.5h后开轧，轧制道次压下率8
‑
12%，终轧温度800
‑
820℃；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张心保，赵振铎，范光伟，柳阳，王文忠，
申请(专利权)人：山西太钢不锈钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：