一种耐汽蚀不锈钢焊丝及其焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种耐汽蚀不锈钢焊丝及其焊接方法，该材料配合其焊接方法得到的熔覆金属具有高耐海水腐蚀和耐汽蚀性能，其特征在于：具有如下的成分及质量百分比：Ｃｒ１５－２０％，Ｃｏ８－１２％，Ｍｎ８－１１％，Ｎｉ１．５－４％，Ｓｉ３－５％，Ｂ０．１２－０．２２，Ｃ０．０１０－０．０２５％，稀土Ｃｅ或者Ｙ０．０２－０．１％，余量为Ｆｅ。将熔炼钢材经锻造、轧制并拉拔成所需直径的焊丝。该焊接材料在超声振动频率为１２－２５ＫＨｚ范围内的ＴＩＧ电弧作用下取得更为理想的耐汽蚀性能。本发明专利技术主要用于海水螺旋桨、水泵、叶轮叶片等具有汽蚀特性的产品的修复和制造，其熔覆金属平均耐汽蚀失重低于０．０５ｍｇ／ｈ，远远低于普通不锈钢３０４的平均耐汽蚀失重０．９１ｍｇ／ｈ，在海水环境中均具有优异的耐汽蚀性能和海水冲蚀性能，强度高、韧性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于特殊合金钢
，特指耐汽蚀亚稳态奥氏体不锈钢焊丝及其焊接 方法，适用于制作汽蚀条件下的各种构件及其修复，并有效提高构件的使用寿命。
技术介绍
汽蚀是一种复杂的水动力学现象，普遍认为汽蚀是由于液流流道中的局部低压低 于该处温度下液体的饱和蒸汽压使液体在该处汽化而引起大量微汽泡爆发性生长，微汽泡 急剧生长成大气泡后随液流至压力高处突然溃灭，对流道壁面产生高达几百个大气压的冲 击，造成壁面材料剥蚀，导致金属材料的疲劳破坏，同时伴随着化学腐蚀，更加速材料的 气蚀破坏过程；汽蚀是发生在水轮机、螺旋桨、水泵等流体设备上的腐蚀行为，材料本身耐 汽蚀性能的好坏决定了结构件的使用寿命，船舶上大量使用的叶轮以及螺旋桨目前使用 较多的是铜合金，其最大问题是耐汽蚀性能差，寿命短，需要经常更换，高速螺旋桨的累积 寿命仅200-300小时，不能满足需要，现在也有将铸铁、钛合金、不锈钢等材料应用到汽蚀 部件上，文献(陈岩.不同材料抗汽蚀性能的比较，热加工工艺，2000 (3):23-2 报道 了 HT200、QT600、ZG0Crl3Ni6Mo等多种材料的耐汽蚀性能数据，15小时总失重最多材料 HT200达到961. 4mg,最小失重量的ZG0Crl3Ni6Mo为25. 2mg,失重量依然明显过大，因此研 究新型材料以提高螺旋桨、水泵等的耐汽蚀能力，延长寿命具有重要意义，美国斯图迪公司 的R.迈农等人专利技术的专利ZL 96193879.X给出了一种抗空泡腐蚀钢，其所述的合金含有， 以重量百分比表示，10-40Cr的碳化物形成体，5-15Mn，3. 5_7Si，l. 8-4. 8Ni，0. 15-3. 5C和 B, 0-0. 3N,其余为Fe，该材料也可以制成焊丝用于焊接，但没有结合相应的焊接工艺用于 焊接。本专利技术以上述ZL 96193879. X专利技术材料为基础，根据汽蚀原理，设计一种不锈钢 焊丝，在奥氏体钢的基础上引入合适的新元素，如Co、B、Y或者Ce等，并控制Ni、Si等元素 的含量，将熔炼钢材经锻造、轧制并拉拔成所需直径的焊丝；焊接时候辅以超声振动，打乱 稀土的偏聚效应，利用该材料及采用的焊接工艺能获得奥氏体熔敷组织，该亚稳态奥氏体 组织在水流或者固体颗粒冲击时会发生马氏体转变能吸收部分能量，增强了材料在海水中 的腐蚀性能、耐空泡腐蚀性能以及在流动的含泥沙的水中的耐磨蚀性能，同时还具有耐腐 蚀、耐冲击、耐磨损和易于焊接等特点，使得该材料在人工海水环境中平均耐汽蚀失重低于 0. 05mg/h，远远低于普通不锈钢304的平均耐汽蚀失重0. 91mg/h。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。本专利技术具体技术方案为，一种耐汽蚀奥氏体不锈钢焊丝，其特征在于Cr 15-20%, Co 8-12%, Mn 8-11%, Ni 1. 5-4%, Si 3-5%, B 0. 12-0. 22%, C 0. 010-0. 025%，稀土 Ce 或者 Y 0.02-0. 1%，余量为狗，杂质的重量百分比不高于0.03%。将熔炼钢材经锻造、轧制并拉拔 成所需直径的焊丝；该焊接材料在超声振动频率为12-25KHZ辅助熔化焊条件下，抗空泡腐蚀性能达到最佳，在人工海水环境中平均耐汽蚀失重低于0. 05mg/h。添加钴(Co)的目的除了常见的提高材料回火稳定性和固溶强化外，主要用来降低 奥氏体堆垛层错能(SFE)，从而提高材料的耐汽蚀性能，其优选范围为8-12 wt %。硼(B)的加入能增加晶界扩散能，提高持久强度，同时用来提高材料的热加工性 能，但B含量太高会导致抗腐蚀性和焊接性变差，故而其含量优选为0.12-0.22 wt %。添加稀土元素一般用来细化钢铁材料的晶粒，从而提高材料强度；但在实际熔炼 中，稀土 Y或者Ce加入后会形成很大的富钇块，出现偏聚现象，这样，不仅起不到应有的有 益作用，反而会割裂基体的连续性，降低材料的强韧性，因此材料制备中需要严格控制精 炼温度和时间，采用电磁搅拌等方法降低偏聚程度，实际生产中由于钢铁冶炼体积一般达 到几吨至几十吨，电磁搅拌等方法并不能保证钇的充分溶解和均勻化，不可避免的出现偏 聚现象，本专利技术充分结合焊接熔池是个小冶金的特点，电弧焊条件下其熔池体积仅有30立 方厘米，重量不超过100克(单丝埋弧焊)，因此将超声振动引入该材料的焊接中，在焊接过 程中可以充分搅拌熔池金属，使得稀土元素及其化合物均勻分布于焊缝中，达到提高熔敷 金属力学性能和抗空泡腐蚀性能的目的，也大大降低了对制造焊丝所用钢锭的熔炼要求。 本专利技术中稀土 Y或者Ce优选范围为0. 02-0. 1 wt %。上述的奥氏体不锈钢焊接材料，在保证耐腐蚀性能、耐冲击性能和耐磨损性能提 高的基础上能大大提高它的耐汽蚀性能，其结构为亚稳态奥氏体，该结构在冲击力作用下 容易发生马氏体相变，一是使硬度强度提高，二是相变引起体积增大，表面产生压应力层， 阻止裂纹的扩散和发展，此外，本专利技术所提供的这种组织的钢焊接过程无马氏体相变，故无 冷裂可能。本专利技术中除上述Co、B、Y或Ce外，其它材料化学成分范围的确定依据及原因如下 碳(C)在奥氏体中溶解度有限，有限的溶解度意味着碳化铬析出的危险，同时为了保证良好 的焊接性能，因此碳的含量不能超过0. 025wt%。铬(Cr)铬是铁素体稳定化元素，能提高大多数类型腐蚀的耐受能力，要求Cr含量 保持尽可能高以改善抗腐蚀性能，但是，铬含量过高易引起金属间化合物的析出危险，要求 其含量在15-20wt%。镍(Ni)是奥氏体形成元素，可以改善金属在还原介质中的耐蚀性和耐汽蚀性能以 及在流动的含泥沙的水中的耐磨蚀性能，材料中镍含量应在1. 5^4. 之间。锰(Mn)是比较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈的稳定奥氏体的作用，同时是有 效的脱氧和脱硫剂，锰还可以提高材料强度，含量要求控制在8-llwt%。硅(Si)在生产中主要的脱氧元素，在生产和焊接过程中也会增加金属流动性，但 过高的硅含量会使材料产生脆性，因此硅的含量优选为3、wt%。硫、磷都是钢中的有害杂质。应尽量将S、P含量控制在0.03 wt%以下。根据本专利技术的材料由于其高合金成分而具有优良的力学性能，具有良好的可加工 性能，尤其是热加工性能，如其可焊接性；由此非常适用于生产例如棒材、管材如焊管和无 缝管、板材、带材、线材焊材以及结构零件典型的如螺旋桨、水泵叶轮等。附图说明图1 1#材料微观组织；4图2 1#材料汽蚀试验中不同时间段的表面形貌；图2中，(a)汽蚀0. 5h时的表面形貌；(b)汽蚀2. 5h时的表面形貌；(c)汽蚀证时的 表面形貌；(d)汽蚀7. B时的表面形貌；(e)汽蚀IOh时的表面形貌；(f)汽蚀时的 表面形貌；图3汽蚀试验中累积失重量的变化图4为焊接方法示意图，1为TIG焊接电源，2为焊枪，3为添加焊丝，4是焊接母材，5为 超声电源，6为变幅杆，7为电弧。具体实施例方式实施例1 在中频电炉中冶炼本专利技术耐汽蚀奥氏体不锈钢并轧制拉拔成直径为1. 6mm的焊丝(标 记为 1# 材料)成分为:Cr 18%, Ni 1. 7%, Mn 8. 6%, Si 3. 4%, B 0. 16% C 0. 018%, Ce 0. 02%, 杂质S和P为0. 02%，余本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐汽蚀不锈钢焊丝，其特征在于：所述成份按重量百分比计算：Ｃｒ　１５－２０％，Ｃｏ　８－１２％，　Ｍｎ　８－１１％，Ｎｉ　１．５－４％，Ｓｉ　３－５％，Ｂ　０．１２－０．２２％，Ｃ　０．０１０－０．０２５％，稀土Ｃｅ或者Ｙ　０．０２－０．１％，　余量为Ｆｅ，杂质的重量百分比不高于０．０３％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈希章，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[]