[发明专利]高强度高耐蚀奥氏体不锈钢药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢用焊接材料，特别涉及一种高强度高耐蚀性不锈钢用药芯焊丝。

背景技术

以304、316为代表的奥氏体不锈钢在化学容器、低温储罐、垃圾焚烧炉、海水淡化等行业中得到了广泛应用。目前，行业以开始广泛采用新型、含N的高强度高耐蚀不锈钢以提高寿命、降低零部件厚度，从而降低建造成本，以及全生命周期成本。比如SUS304N2和SUS304N2A等新品种。

添加N元素一方面提高了强度，另一方面也替换了Ni元素达到了提高耐蚀性的目的，尤其是抗点蚀能力；在同时提高焊缝金属强度和耐蚀性能的同时，也降低了材料合金成本。N元素添加改变了不锈钢的焊接性能。一方面焊接过程中的N气体蒸发易引发焊接气孔，破坏焊接质量；另一方面，焊缝金属的N含量直接决定了铁素体含量，从而影响强度和耐蚀性能。同时兼顾上述两个技术难点，才能确保焊接接头质量和性能。

目前关于含N奥氏体不锈钢的药芯焊丝报道不多。尤其是需要同时兼顾高强度、高耐蚀型、焊渣脱离性等指标

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供同时兼顾高强度、高耐蚀型、焊渣脱离性能、成型性能优良、适应大电流320-360A焊接的药芯焊丝、且适用于含N型不锈钢的全位置焊接。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

药芯焊丝由不锈钢外皮和内部芯料卷制而成。

外皮不锈钢含碳量不高于0.025％，芯粉填充率为16-30％。

外皮或药粉所中各组分占焊丝总重量的百分比为：C≤0.025％，Si:0.1-0.5％，Mn:0.5-1.9％，Cr:18-20％，Ni:9.5-12％，Mo:0.5-3.0％，Ti:0.1-0.5％；N:0.05-0.2％，Al₂O₃:0.2-2.5％，SiO₂:2-5％，BaCO₃:0.2-2％，氟化物:0.1-2.5％，且需满足：Ⅰ ≥0；1≤Ⅱ≤2，其中：Ⅰ＝[Al₂O₃]-[BaCO₃]，Ⅱ＝[SiO₂]/{[Al₂O₃]+[BaCO₃]}。

C含量要求是基于焊接裂纹和耐蚀性的双重考虑。当碳含量超过0.03％时，奥氏体不锈钢的焊缝金属会出现结晶裂纹，含量越高，裂纹敏感性越高。此外，由于母材金属中存在N，因此会进一步增加焊接裂纹敏感性。同时，降低碳含量也有利于提高耐蚀性。为消除焊接裂纹敏感性，C含量控制在0.025％以下。通过外皮材料引入。

Si元素主要在焊缝熔池中起到脱氧作用。含量低于0.1％时，其脱氧作用不明显；当其含量超过0.5％时，会形成大量的脱氧产物，会降低焊缝金属和焊接接头的弯曲性能、塑性和韧性。因此其优选含量是0.1-0.5％。通过外皮材料添加。

Mn一方面通过增加淬透性、降低相转变点、细化微观组织来提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性；但另一方面，当其含量超过1.9％时，使得焊缝中的凝固偏析加重、造成局部区域元素和微观组织的不均匀，有些偏析区域容易生成韧性较差的奥氏体-马氏体组织，从而恶化低温韧性；优选其含量是0.5-1.9％。通过外皮材料添加。

Cr是稳定铁素体的元素，同时有助于缓解硫磷等杂质元素带来的高温裂纹敏感性。含量低于18％时，不利于耐蚀性；当含量超过20％时，会在焊缝金属的晶界处形成大量的碳化物，在降低延展性的同时、也降低了耐蚀性能。因此，需要控制其含量18-20％。

可以通过外皮材料引入，也可以通过在芯粉中添加纯金属粉、或合金粉来添加。

Ni是奥氏体不锈钢中不可缺少元素，主要用于稳定奥氏体。含量低于9.5％时对奥氏体的稳定效果不充分，影响焊缝金属的强度；当含量超过12％时，会形成完全奥氏体焊缝金属、使得焊缝金属强度明显低于母材，不利于焊缝金属强度提到母材一个等级水平。为充分发挥Mo,Mn和Ti等元素对焊缝金属的强化作用，需要控制其含量9.5-12％。

可以通过外皮材料引入，也可以通过芯粉添加。

Mo是提高强度最有效的元素之一。当其含量低于0.5％时，对焊缝金属的强化效果不明显；当其含量超出3.0％时，由于其和Cr元素均为稳定铁素体元素，从而降低Ni元素对奥氏体的稳定作用，不利于焊缝金属组织和性能控制。因此，需要控制其含量0.5-3％。

可以通过外皮材料引入，也可以通过芯粉添加。