用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝及其制备方法技术方案

本发明专利技术公开了用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝及其制备方法，外皮采用低碳钢带，药芯由以下质量百分含量的组分组成：C0.03％

【技术实现步骤摘要】
用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝及其制备方法


[0001]本专利技术属于焊接材料领域，具体涉及用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝及其制备方法。

技术介绍

[0002]汽车排气系统主要由排气歧管、前管、催化剂转化器、消声器、中管和尾管等构成，近年来，伴随着欧VI标准于2013年1月1日起在欧洲的实施，我国也全面实施相应级别的排放标准，随着废气排放标准的不断提升，排气温度也在不断上升，有的高达950
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1050℃。近年来发展的439型、409型铁素体不锈钢具有成本低、线膨胀系数低、强度较高、导热性好、耐蚀性高等特点，成为排气系统的首选材料。尤其是处于高温端的岐管和前管，因为零部件直接与发动机相连接，对高温性能如高温疲劳、热疲劳、高温氧化等性能要求较高。汽车排气系统中的催化转换器承担着三元催化作用，其有效的催化作用发生环境温度超过1000℃，用于催化转换器外壳的材料和焊缝同样要求其具有良好的耐高温氧化作用。同时，因催化转换器所处位置易于与外界接触，特别是处于沿海和融雪地域使用的汽车，其催化转换器外壳还易于受到高温盐蚀作用，焊缝金属的耐高温盐蚀性能也显得尤为重要。
[0003]目前，对于汽车排气系统的焊接，特别是汽车排气系统材料中占绝大部分的439型铁素体不锈钢的焊接，焊接问题主要集中在提升接头塑性和韧性以及焊接成本控制方面，而对于像汽车排气系统的中管、消声器、尾管所处的高温环境(800℃以上)下的焊接接头抗高温氧化性研究甚少，因此尚无切实可行且与之对应的药芯焊丝。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的主要目的是提供用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝，在汽车排气系统中焊接接头在高温环境下(800℃以上)的抗高温氧化性、耐腐蚀性以及热疲劳性能提升近一倍。
[0005]本专利技术的另一目的是提供上述汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝的制备方法，工艺简单。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一方面提供用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝，包括外皮和药芯，其外皮采用低碳钢带，药芯由以下质量百分含量的组分组成：C：0.03％
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0.07％，Si：0.5％
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1.0％，Mo：0.1％
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0.5％，Cu：2.0％
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3.0％，Al：1.5％
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6.0％，Cr：16.0％
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18.0％，Mn：6.0％
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8.0％，Ni：0.5％
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1.0％，Nb：0.5％
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2.0％，Ti：0.5％
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1.0％，Ce：0.03％
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0.1％，W：0.5％
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1.5％，余量为铁粉。
[0008]作为优选，所述外皮采用的低碳钢带宽度为10
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12mm，厚度为0.4
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0.8mm。
[0009]作为优选，所述外皮采用的低碳钢带成分及其质量百分比为：C：0.01％
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0.1％，Si：0.05％
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0.2％，Mn：0.1％
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0.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，Nb：0.01％
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0.20.2％，Ti：0.005％
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0.1％，Mo：0.1％
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1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0010]作为优选，所述药芯的填充率控制在19％
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23％。
[0011]作为优选，所述药芯的组分含量满足：当W的含量为0.5％
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1.5％时，Ce的含量为0.03％
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0.1％，同时还满足W/Ce＝20：1，在此比例下焊接接头具有优异的抗高温氧化性和耐热疲劳性。
[0012]作为优选，Cr、W以金属的形式加入，Mn以电解锰的形式加入，Ti以钛铁的形式加入，C以石墨的形式加入，Ce以氧化铈粉末的形式加入。
[0013]作为优选，所述药芯的组分粒径为80
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200目。
[0014]作为优选，所述药芯的组分含量满足：杂质元素S和P的含量均小于0.03％。
[0015]作为优选，所述药芯的组分含量满足：Ti/Nb＝1：2。
[0016]作为优选，所述低碳钢带的组分含量满足：Ti/Nb＝1：2。
[0017]作为优选，所述药芯的组分含量满足：Cu/Al＝1：2。
[0018]本专利技术中用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝通过焊接后，在900℃的空气环境下其氧化率降低近90％，其焊缝金属具有优异的抗高温氧化性，并且焊接工艺和力学性能优异。基材和焊缝的结合强度满足高温环境下的动静载荷应用要求，还可以实现多层多道堆焊以满足不同的焊缝厚度，多层焊时控制层间温度低于100℃，以减少焊接接头的脆化。该耐高温氧化439Ti药芯焊丝的设计思路是：在药芯中，极少量的C元素可以提高焊缝的强度，Si、Mn在焊缝中起到脱氧作用和弥补Cr含量低时的抗氧化性，Mo提高焊缝金属的强度、硬度和耐腐蚀性，Cu提高焊缝金属抗腐蚀性并改善焊缝金属塑性，Al提高焊缝金属在室温和高温环境下的抗氧化性，Cr提高焊缝耐腐蚀性，Ni提高焊缝韧性，Nb、Ti提高焊缝耐晶间腐蚀性能，W、Ce协调加入细化晶粒，提高焊缝的抗高温氧化性、耐腐蚀性和韧性，其中各成分作用如下：
[0019]C：可与其他合金元素反应形成碳化物，对焊缝金属起到固溶强化作用。
[0020]Si：有稳弧作用，当含量小于1％时还具有脱氧作用及弥补Cr含量低时的抗氧化性。
[0021]Mn：在基体和外层氧化皮之间形成一层MnCr2O4提高焊缝的抗循环氧化性能，抑制异常氧化，增强焊缝的氧化层强度并防止氧化层剥离。
[0022]Mo：增加焊缝表面钝化膜的稳定性，提高汽车在高温盐蚀环境中对氯化物应力腐蚀的抵抗能力。
[0023]Cu：抑制焊缝阳极溶解发生，提高焊缝防腐蚀能力。
[0024]Al：使焊缝在高温下具有优异抗氧化性。
[0025]Cr：有助于焊缝形成稳定氧化膜，降低焊缝晶间腐蚀敏感性。
[0026]Ni：提高焊缝塑性和韧性，并增强焊缝在腐蚀介质中的耐腐蚀性能。
[0027]Nb：与焊缝多余C元素结合，形成稳定化合物NbC，防止焊缝贫铬区的形成，提高焊缝耐晶间腐蚀性能。
[0028]Ti：与焊缝多余N元素结合，形成稳定化合物TiN，防止焊缝贫铬区的形成，提高焊缝耐晶间腐蚀性能。
[0029]W：具有强的细晶强化效果，能长时间有效的提高焊缝在高温下的耐热性、高温强度和抗氧化性。
[0030]Ce：促进焊缝热影响区柱状晶向等轴晶的转变，细化晶粒，降低焊缝贫铬区的敏化作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝，其特征在于，包括外皮和药芯；所述外皮采用低碳钢带；所述药芯由以下质量百分含量的组分组成：C：0.03％
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0.07％，Si：0.5％
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1.0％，Mo：0.1％
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0.5％，Cu：2.0％
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3.0％，Al：1.5％
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6.0％，Cr：16.0％
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18.0％，Mn：6.0％
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8.0％，Ni：0.5％
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1.0％，Nb：0.5％
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2.0％，Ti：0.5％
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1.0％，Ce：0.03％
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0.1％，W：0.5％
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1.5％，余量为铁粉。2.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝，其特征在于，所述外皮采用的低碳钢带宽度为10
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12mm，厚度为0.4
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0.8mm，所述低碳钢带的成分及其质量百分比为：C：0.01％
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0.1％，Si：0.05％
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0.2％，Mn：0.1％
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0.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.005％，Nb：0.01％
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0.20.2％，Ti：0.005％
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0.1％，Mo：0.1％
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1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的填充率控制在19％
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23％。4.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化439Ti药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周新春，张天理，李伟峰，蔡小栋，姜磊，刘正，许雅君，
申请(专利权)人：江苏铂宝焊材有限公司，
类型：发明
国别省市：