專利名稱：一種超低碳稀土不銹鋼焊絲及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于航空航天設備制造、高速列車、壓力容器等高技術領域具有高強度、高 韌性、抗晶間腐蝕的奧氏體不銹鋼焊絲及其制造技術，特別是一種超低碳稀土不銹鋼焊絲 及其制造方法。
背景技術：
奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，應用領域廣泛。在奧氏體不銹鋼焊 接過程中，存在的主要問題是焊接接頭晶間腐蝕、應力腐蝕裂紋、焊接接頭熱裂紋和焊接接 頭的力學性能匹配。晶間腐蝕是奧氏體不銹鋼焊接接頭很危險的破壞形式，主要出現(xiàn)在焊 縫的3個部位，分別是焊縫晶間腐蝕、母材上敏化區(qū)晶間腐蝕和刀蝕。晶間腐蝕的發(fā)生與焊 縫金屬的碳含量有密切關系，碳含量越大，容易沉淀出鉻碳化物Cr23C6，晶間腐蝕傾向越大， 因此降低焊接材料的碳含量是有效防止焊縫晶間腐蝕的方法。在充分考慮焊縫金屬耐腐蝕的前提下，為了得到焊縫金屬強度和母材強度相近的 焊絲材料，需要對焊縫金屬添加必要的合金元素進行成分補償，目的在于得到焊縫處金屬 與母材成分和性能更接近的效果。通常使用的不銹鋼焊絲焊接后焊縫處金屬冷裂紋敏感性 會有所增大，在施焊工藝中需要采取預熱等補救方式，使工作時的工況條件變得惡化和復 雜。由于碳元素是產生冷裂紋敏感的元素，碳含量較高時，焊縫快速冷卻形成的孿晶馬氏體 硬度高，性能很脆，對裂紋和氫脆的敏感性很強。因此，普通碳含量的焊絲進行焊接時，很難 獲得焊縫金屬和母材性能相匹配的結果。尤其是焊接不需預熱，焊縫熔敷金屬具有高強度、 高韌性和強的耐晶間腐蝕性的焊絲材料，對低碳含量有很高的要求。目前，國內的超低碳奧氏體不銹鋼焊接材料，如，H00Cr21Nil0、H0Crl9Nil2Mo2等 焊絲含碳量實物水平為0. 03%左右，而國外名牌產品實物水平為0. 01 0. 02%。中國專 利200710025258. 7公開的一種奧氏體不銹鋼焊絲，其碳含量在0. 03%左右，其焊絲合金成 分不含稀土元素和微量元素。中國專利92102650. 1公開的一種超低碳奧氏體不銹鋼焊條， 其碳含量在0. 03%左右，焊絲合金不含稀土元素和微量元素?，F(xiàn)有不銹鋼焊絲在碳含量上 仍不能滿足焊縫熔敷金屬超低碳的需求，在保證低碳的同時提高力學性能是需要耐腐蝕焊 絲的又一突出問題。現(xiàn)有焊絲成分設計對于超低碳和具有良好合金化的焊接金屬仍不能滿 足要求。對于超低碳高合金含量的焊絲制造，一般采用冶煉、鑄造、軋制和拉拔等幾個 步驟進行。超低碳含量和高合金含量對冶煉和鑄造技術提出了更高要求。中國專利 200710025258. 7提及的焊絲采用供方提供的鑄坯經軋制和拉拔制造成品焊絲。中國專利 200810040897. 5中超低碳焊絲采用鑄錠、鍛造、軋制和連續(xù)拉拔方式生產，與通常生產方式 相同，焊絲合金元素含量與奧氏體不銹鋼相比更低。目前，一般超低碳焊絲的生產采用供方 鑄坯進行軋制或采用配料、鑄錠、鍛造、軋制和拉拔方式。尚未有超低碳高合金含量的焊絲 材料水平連鑄連軋連拔工藝進行生產。水平連鑄高合金鋼具有鑄坯質量高、流程短、安全可 靠性好和建設投資低等優(yōu)點，但水平連鑄連軋連拔生產超低碳高合金含量的焊絲材料，對原料的冶煉、中間包鋼水保護和除雜、水平連鑄鑄坯質量控制有更高要求。因為高合金含量 鋼水的水平連鑄，鑄坯容易發(fā)生成分偏析，組織疏松、裂紋等缺陷。在保證產品質量的前提 下，應用短流程、水平連鑄連軋連拔制造超低碳高合金含量奧氏體不銹鋼焊絲，現(xiàn)有技術水 平難以實現(xiàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種超低碳稀土不銹鋼焊絲及其制造方法，運用這種焊絲 材料和制造工藝可以獲得具有優(yōu)異的抗晶間腐蝕、焊縫熔敷金屬冷裂紋敏感小、焊縫金屬 與母材性能接近的超低碳含微量元素與稀土的焊絲材料。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為一種超低碳稀土不銹鋼焊絲，采用Fe-Ni-Cr合金系統(tǒng)，將以下化學成分的原料進 行熔煉、水平連鑄、連軋、連拔而成C 0. 005-0. 015%,Si 0. 3-1. 2%,Mn 0. 45-1. 20%,P 彡 0. 02%,S 彡 0. 020%, Cr 18. 50-19. 50%, Ni 11. 50-13. 50、N :< 0. 045%, Cu < 0. 40%, Nb 0. 1-0. 2%, RE 0. 03-0. 06%，余量為Fe及其他不可避免的雜質元素，化學成分的單位為wt%。一種制備上述的超低碳稀土不銹鋼焊絲的方法，步驟如下(1)按照設計的焊絲成分配料，利用真空電爐熔煉，對鋼水進行脫硫、脫磷和去除 有害雜質處理，使C < 0. 5%，出鋼溫度T彡1650°C，設計的焊絲成分為C 0. 005-0. 015%,Si 0. 3-1. 2%,Mn 0. 45-1. 20%,P 彡 0. 02%,S 彡 0. 020%, Cr 18. 50-19. 50%, Ni 11. 50-13. 50、N :< 0. 045%, Cu < 0. 40%, Nb 0. 1-0. 2%, RE 0. 03-0. 06%，余量為Fe及其他不可避免的雜質元素，化學成分的單位為；(2)利用A0D進行爐外精煉，凈化鋼水，使用真空吹氧技術脫碳，達到C < 0. 01%， 并進行中間包澆鑄；(3)采用水平連鑄技術，對中間包鋼水進一步精煉，采用電磁驅動離心流動中間 包，凈化鋼水，消除氣孔，并氮氣流加熱防氧化，利用高溫快速光纖比色測溫技術測定鋼水 溫度，鑄坯出結晶器溫度1300-1320°C ；(4)連軋，水平連鑄鋼坯經冷卻在950°C開始進行次軋制；(5)連拔，在930°C -1000°C進行保護氣氛退火處理，進行拉拔一退火一拉拔循環(huán) 工藝，獲得成品焊絲。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點(1)超低碳含量使熔敷金屬的耐晶間腐蝕 能力提高，冷裂紋傾向減弱；鎳和稀土等合金元素使熔敷金屬同時具有高的抗拉強度和良 好的塑韌性，顯著優(yōu)于同類標準焊接材料的性能。(2)焊絲材料成分體系可以廣泛應用于奧 氏體不銹鋼、鐵素體+奧氏體雙相不銹鋼和馬氏體+鐵素體雙相鋼等鋼種的焊接中，有效解 決了鐵素體類不銹鋼抗拉強度和延伸率低的問題，提高了材料使用性能和壽命，有效的降 低使用成本。(3)加入稀土元素起到脫氧、脫硫作用，減少并細化鋼中夾雜物，提高鋼的韌塑 性，抑制晶界偏析等。稀土具有捕氫性，能使鋼的氫致延遲斷裂性能得以改善。溶解的稀土 可改變滲碳體的組成和結構并使碳化物球化、細化和均勻分布。(4)焊絲材料與通常高強焊 絲相比，由于成分設計合理，使焊縫金屬的淬硬性顯著降低，焊接高強度鋼時可進一步降低 預熱溫度或采用無預熱焊接。(5)采用水平連鑄連軋連拔工藝和技術制造焊絲，具有流程
4短，投資少，產品質量高等優(yōu)點，與現(xiàn)有冶煉、鍛造、軋制和拉拔工序分離相比，具有明顯的 技術和經濟優(yōu)勢。本發(fā)明與現(xiàn)有技術的E316，E317兩種型號焊絲成分對比如表1所示。表 權利要求
一種超低碳稀土不銹鋼焊絲，其特征在于采用Fe Ni Cr合金系統(tǒng)，將以下化學成分的原料進行熔煉、水平連鑄、連軋、連拔而成C0.005 0.015％、Si0.3 1.2％、Mn0.45 1.20％、P≤0.02％、S≤0.020％、Cr18.50 19.50％、Ni11.50 13.50、N＜0.045％、Cu＜0.40％、Nb0.1 0.2％、RE0.03 0.06％，余量為Fe及其他不可避免的雜質元素，化學成分的單位為wt％。
2.一種制備權利要求1所述的超低碳稀土不銹鋼焊絲的方法，其特征在于步驟如下(1)按照設計的焊絲成分配料，利用真空電爐熔煉，對鋼水進行脫硫、脫磷和去除有害 雜質處理，使C < 0.5%，出鋼溫度T彡1650°C，設計的焊絲成分為C 0. 005-0. 015 Si 0. 3-1. 2 Mn 0. 45-1. 20 %, P ^ 0. 02 %, S ^ 0. 020 %, Cr 18. 50-19. 50%, Ni 11. 50-13. 50、N :< 0. 045%, Cu < 0. 40%, Nb 0. 1-0. 2%, RE 0. 03-0. 06%，余量為Fe及其他不可避免的雜質元素，化學成分的單位為；(2)利用AOD進行爐外精煉，凈化鋼水，使用真空吹氧技術脫碳，達到C< 0. 01%，并進 行中間包澆鑄；(3)采用水平連鑄技術，對中間包鋼水進一步精煉，采用電磁驅動離心流動中間包，凈 化鋼水，消除氣孔，并氮氣流加熱防氧化，利用高溫快速光纖比色測溫技術測定鋼水溫度， 鑄坯出結晶器溫度1300-1320°C ；(4)連軋，水平連鑄鋼坯經冷卻在950°C開始進行次軋制；(5)連拔，在930°C-1000°C進行保護氣氛退火處理，進行拉拔-退火-拉拔循環(huán)工藝， 獲得成品焊絲。
3.根據(jù)權利要求1所述的超低碳稀土不銹鋼焊絲的制備方法，其特征在于利用AOD在 1630-1680°C進行爐外精煉，在1580-1600°C進行中間包澆鑄。
4.根據(jù)權利要求1所述的超低碳稀土不銹鋼焊絲的制備方法，其特征在于測定的鋼水 溫度控制在1585-1590°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超低碳稀土不銹鋼焊絲及其制造方法，按照設計的焊絲成分配料，利用真空電爐熔煉，對鋼水進行脫硫、脫磷和去除有害雜質處理，使C＜0.5％，出鋼溫度T≥1650℃；利用AOD進行爐外精煉，凈化鋼水，使用真空吹氧技術脫碳，達到C＜0.01％，并進行中間包澆鑄；采用水平連鑄技術，對中間包鋼水進一步精煉，鑄坯出結晶器溫度1300-1320℃；連軋，水平連鑄鋼坯經冷卻在950℃開始進行次軋制；連拔，在930℃-1000℃進行保護氣氛退火處理，獲得成品焊絲。本發(fā)明超低碳含量使熔敷金屬的耐晶間腐蝕能力提高，冷裂紋傾向減弱；鎳和稀土等合金元素使熔敷金屬同時具有高的抗拉強度和良好的塑韌性，顯著優(yōu)于同類標準焊接材料的性能。
文檔編號B23K35/40GK101954548SQ20101015045
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權日2010年4月20日
發(fā)明者李永勝, 陳 光 申請人:無錫南理工科技發(fā)展有限公司