[发明专利]高硅超低碳不锈钢焊丝及其水平连铸连轧连拔制造方法

说明书

技术领域

本发明属于化工行业领域具有强的耐酸性腐蚀能力的高硅超低碳奥氏体不锈钢焊丝及其制造技术，特别是一种高硅超低碳不锈钢焊丝及其水平连铸连轧连拔制造方法。

背景技术

奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，耐腐蚀能力强，良好的焊接性以及具有很好的耐久性。但在役的奥氏体不锈钢焊接结构中，焊接接头出现裂纹和腐蚀破坏等问题，影响了结构的正常使用和安全性，还造成了经济损失。在奥氏体不锈钢焊接过程中，存在的主要问题是焊接接头晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、焊接接头热裂纹和焊接接头的力学性能匹配。晶间腐蚀是奥氏体不锈钢焊接接头很危险的破坏形式，主要出现在焊缝的3个部位，分别是焊缝晶间腐蚀、母材上敏化区晶间腐蚀和刀蚀。晶间腐蚀的发生与焊缝金属的碳含量有密切关系，碳含量越大，容易沉淀出铬碳化物Cr₂₃C₆，晶间腐蚀倾向越大，因此降低焊接材料的碳含量是有效防止焊缝晶间腐蚀的方法。

高硅奥氏体不锈钢对于高温浓硫酸、浓硝酸等强酸具有良好的耐腐蚀性。硅合金化可大大提高钢的腐蚀电位，表面生成稳定的SiO₂保护膜，显著提高不锈钢的耐腐蚀性能。硅可降低碳在不锈钢中的溶解度，大量的硅可使碳从固溶体中析出。这些游离碳将与不锈钢中的铬结合，降低钢的耐蚀性能，促进晶间腐蚀的产生。所以，本发明的焊丝材料是超低碳高硅奥氏体不锈钢。本发明为强化焊接材料的抗腐蚀能力，同时获得焊缝金属良好的力学性能，在成分设计时添加了微量元素铌和稀土元素，在降低碳含量的条件下使焊缝耐晶间腐蚀能力进一步提高，微量元素和稀土元素对焊丝材料的强度和塑性均起到提高作用。

在充分考虑焊缝金属耐腐蚀前提下，为了得到焊缝金属强度和母材强度相近的焊丝材料，需要对焊缝金属添加必要的合金元素进行成分补偿，目的在于得到焊缝处金属与母材成分和性能更接近的效果。在对如00Cr14Ni14Si4奥氏体不锈钢焊接时，普通不锈钢难以实现熔敷金属具有良好韧性、强度、耐腐蚀和冷裂纹敏感性低等综合性能。

目前，国内的超低碳奥氏体不锈钢焊接材料，如，H00Cr21Ni10、H0Cr19Ni12Mo2等焊丝含碳量实物水平为0.03％左右，而国外名牌产品实物水平为0.01～0.02％。中国专利200710025258.7公开的一种奥氏体不锈钢焊丝，其碳含量在0.03％左右，硅含量在0.5～0.9，其焊丝合金成分不含稀土元素和微量元素。中国专利92102650.1公开的一种超低碳奥氏体不锈钢焊条，其碳含量在0.03％左右，硅含量在0.5～0.9，焊丝合金不含稀土元素和微量元素。现有不锈钢焊丝在碳含量上仍不能满足焊缝熔敷金属超低碳的需求，在保证低碳的同时提高力学性能是需要耐腐蚀焊丝的又一突出问题。现有焊丝成分设计对于超低碳和具有良好合金化的焊接金属仍不能满足要求。

对于超低碳高合金含量的合金，一般采用配料冶炼、铸造、轧制和拉拔等几个步骤进行。本发明提出对本发明设计的焊丝材料运用水平连铸连轧连拔工艺进行制造，由于本发明设计的焊丝材料合金种类多且含量高，采用水平连铸制造合金铸坯对技术和工艺由严格要求，现有技术水平难以实现。应用本发明合金配料进行真空电炉冶炼获得钢水，设计一种真空吹氧炉外精炼和中间包精炼、氮气流加热净化钢水技术。钢水经水平连铸获得铸坯，铸坯经多道次连轧和连拔，利用保护气氛退火得到本发明所述的焊丝成品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硅超低碳不锈钢焊丝及其水平连铸连轧连拔制造方法，运用这种焊丝材料和制造工艺可以获得具有优异的抗酸性腐蚀、焊缝熔敷金属冷裂纹敏感小、焊缝金属与母材性能接近的超低碳含微量元素与稀土的焊丝材料。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高硅超低碳不锈钢焊丝，采用Fe-Ni-Cr合金系统，将以下化学成分的原料进行熔炼、水平连铸、连轧、连拔而成：C：0.005-0.02，Si：4.5-6.5，Mn：0.50-1.00，P≤0.02，S≤0.020，Cr：16.50-18.50，Ni：14.50-16.50，Mo≤0.5，N＜0.045，Cu＜0.40，Nb：0.15-0.25，RE：0.02-0.05，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素，上述化学成分的单位为重量百分比。

一种制备高硅超低碳不锈钢焊丝的水平连铸连轧连拔方法，步骤如下：

(1)按照设计的焊丝成分配料，利用真空电炉熔炼，对钢水进行脱硫、脱磷和去除有害杂质处理，使C＜0.3％，出钢温度T≥1680℃，设计的焊丝成分为(wt％)：