[发明专利]一种高强韧性全奥氏体不锈钢焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊丝领域技术，特别是一种高强韧性全奥氏体不锈钢焊丝。 

背景技术

10CrNi3MoV钢为590MPa级高强度低合金钢，由于其具有优良的综合性能常用于大刚性、大拘束结构的建造。为保证结构的安全，预防焊接冷裂纹产生，大刚性、大拘束部位的焊接须采用全奥氏体焊材。目前10CrNi3MoV钢的配套用全奥氏体焊材为同种强度级别的手工电焊条，该焊条存在以下几方面问题：

（1）焊接效率低；

（2）焊接工艺性差，在平焊以外的焊接位置易产生夹渣气孔等缺陷，焊接质量难以保证；

（3）焊接工艺复杂，焊前须预热80～120℃。

采用气体保护焊工艺能够解决这几方面问题，而该工艺的关键是配套用奥氏体不锈钢焊丝的研制。10CrNi3MoV钢为低合金铁素体钢，用奥氏体焊材填充属于异质接头焊接，而气体保护焊工艺的熔合比较大，若焊丝成分设计不当由于母材的稀释作用焊缝金属中会形成马氏体组织，进而影响到接头的抗裂性能。另外，这种大刚性结构对焊缝金属有很高的强韧性要求，要求强度达到610MPa以上、-20℃KV₂达到83J以上。检索目前不锈钢焊丝的专利，尚未查到能够满足该强韧性要求的全奥氏体焊丝。

现有奥氏体不锈钢焊丝的专利，多数是强度较低并且焊缝金属不是全奥氏体组织。如申请号为200710025258.7的“车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝”专利，焊丝中采用合适的C、Si、Mn、Cr等合金元素形成一定量的针状铁素体来改善焊接韧性，其焊缝组织不是全奥氏体，并且强度较低（545MPa），不能满足高强度的要求；申请号为200710039751.4的“一种铁素体不锈钢焊丝盘条、焊丝及其制造方法和应用”的专利，焊丝的熔敷金属抗拉强度、屈服强度以及延伸率等性能均达到铁素体不锈钢焊接接头的强度要求，但其强度较低，只能达到490MPa，同时该焊丝不是奥氏体焊丝；申请号为99117834.3的“一种低Cr高Mn奥氏体钢焊丝”的专利，该焊丝采用低Cr高Mn，并添加Mo、Ti等元素来减小和抑制焊接Cr5Mo钢时接头熔合界面两侧增C层（焊缝一侧）、贫C层（母材一侧）的产生，提高构件的使用寿命，但其强度较低，只能达到345MPa。

现有的焊丝专利中，另一类较多的专利是针对特定钢种开发出的专用焊丝，如申请号为200710100039.0的专利“一种节镍型奥氏体不锈钢焊丝”，在焊丝中加入氮后，焊丝中镍含量降低了2%，降低了焊丝成本，并且使熔敷金属的强度提高了150MPa，低温冲击韧性提高了30J以上，但该焊丝是针对高Cr含量的铁素体不锈钢开发的，其Ni_eq很低，仅为9左右，用于焊接10CrNi3MoV钢时由于母材的稀释作用焊缝中会出现马氏体组织，对焊接冷裂纹很敏感，不能满足大钢性结构的焊接要求；专利申请号为200710023342.5的“奥氏体不锈钢用焊丝材料”专利，通过添加稀土元素开发出了针对含有稀土不锈钢焊接用的焊丝材料，该专利没有对焊丝的熔敷金属强度进行说明。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高强韧性全奥氏体不锈钢焊丝，能够具有焊接效率高，工艺性优异，抗裂性良好等特点。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种高强韧性全奥氏体不锈钢焊丝，化学成分组成为（wt％）：C：0.03～0.10%，Si：0.3～0.90%，Mn：2.0～4.5%，Cr:13.0～16.0%，Ni：21～25%，Mo：3.5～5.5%，N：0.10～0.30%，S≤0.010，P≤0.015%，H≤5ppm，其余为Fe。

本发明针对10CrNi3MoV钢成分及气体保护焊工艺特点，对全奥氏体气体保护焊丝进行成分设计，通过限制C含量来改善韧性，采用N、Mo等元素进行强化以弥补低C引起的强度损失；采用较高的Ni、Mn等扩大γ相区元素含量以保证焊接10CrNi3MoV钢时焊缝组织能够得到全奥氏体，同时配合适当的Cr、Mo等缩小γ相区元素含量以控制焊缝中Creq与Nieq比值，防止Creq/Nieq值过小，降低焊缝金属热裂纹敏感性。另外，焊丝中对H的含量做了限制以提高焊接接头的抗冷裂性能。

焊丝中合适的C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、N等合金元素，均是在对各元素作用的分析的基础上，进行元素含量的设计，经过大量焊丝试制确定了焊丝的最终成分。