[发明专利]一种253MA耐热不锈钢药芯焊丝及其制备方法

说明书

一种253MA耐热不锈钢药芯焊丝及其制备方法，属于焊丝技术领域，用于253MA(S30815)不锈钢或同级别不锈钢的焊接。采用常用304不锈钢带或304L不锈钢带作为包覆层，粉芯中各合金成分的质量百分比为：天然金红石15－20％，石英5－8％，锆英砂3－7％，高温氧化铝2－6％，氟化钠2－4％，镁砂2－4％，铁砂2－4％，氧化铋0.5－1％，金属铬粉17－25％，金属镍粉8－15％，低碳锰铁2－4％，混合稀土5－10％，微碳铬铁6－12％，混合氮化物粉6－10％，钼铁0－2％，余量为还原铁粉，为0或其它的百分含量用于补足100％。本发明焊丝所焊焊接接头具有优良的力学性能、耐高温性能及抗裂性能。

技术领域

发明属于材料加工工程领域，主要用于S30815耐热不锈钢的焊接及同级别钢材的焊接。

背景技术

S30815不锈钢也称为253MA不锈钢(下面统称为S30815不锈钢)，是20世纪80年代中后期发展出来的新型奥氏体耐热不锈钢，欧洲Avesta Sheffield AB公司最早注册了这种钢材的商标名称。世界上较早完成开发并且批量生产253MA耐热不锈钢的厂家还有Sandvik集团公司、美国Rolled Alloys(RA)公司等。我国的太原钢铁股份有限公司自2006年以来，也可以生产这种不锈钢材。2001年，ASME规范将253MA耐热不锈钢按美国UNS统一合金编号为S30815。

S30815不锈钢是在304型(18Cr-9Ni)奥氏体不锈钢的基础上，通过添加铈等稀土金属元素，并加入氮元素微合金化而成的一种新型耐热不锈钢。由于在钢中加入稀土元素和氮元素，S30815不锈钢中的组织为纯奥氏体组织，并且S30815钢中加入了较高含量的硅元素，提高了该钢种的使用温度。S30815钢使用温度高达830～1100℃，具有良好的抗氧化性，良好的抗高温腐蚀性能，良好的高温机械强度。在电炉、烧结设备、浇铸设备、锅炉和压力容器中有着广泛的应用。

Avesta公司最早开发出了S30815钢材焊接的专用焊条，其牌号命名为253MA电焊条。由于国内外均没有253MA焊条的相关标准，一些国内外生产厂家针对S30815钢材焊接开发的电焊条沿用了Avesta公司的名称，国内有的生产厂家将253MA焊条也称为A102SiN焊条。目前国内外标准中均没有S30815钢材焊接对应的焊材标准。例如，GB/T 29713-2013《不锈钢焊丝和焊带》中尚未列出308SiN(或253MA)的实心焊丝。GB/T 17853-2018《不锈钢药芯焊丝》中尚未列出308SiN(或253MA)的药芯焊丝。在实际应用中，目前S30815钢材焊接用的焊接材料主要是253MA电焊条，未见有253MA药芯焊丝的报导及文献。

253MA焊条在焊接S30815不锈钢的过程中，存在的问题主要有，首先是稀土元素含量不足的问题。目前无论是Avesta公司生产的253MA焊条还是其它公司生产的253MA焊条，由于焊条自身特性的限制，其熔敷金属中稀土元素的含量均不足0.01％，一些国内和国外厂家生产的253MA焊条，在熔敷金属中则不含稀土元素。与253MA耐热不锈钢相比，由于253MA焊条熔敷金属中稀土元素的不足，其焊接接头高温力学性能，尤其是高温抗氧化性能、高温蠕变强度、高温抗拉强度明显低于母材对应的性能。焊接结构件在运行过程中，裂纹等缺陷率先从焊缝中产生，最终导致结构件失效。其次，由于253MA焊条熔敷金属中硅含量和铬含量较高时，如果未能严格控制铬当量与镍当量的比值，熔敷金属的组织将成为奥氏体+铁素体的双相组织，使得其焊接接头在高温条件下的力学性能较差，导致被焊件使用寿命大大降低。第三，为了防止焊接接头出现裂纹，目前主流生产厂家生产的253MA焊条熔敷金属组织为奥氏体组织和少量的铁素体组织，铁素体组织的含量范围限定在3－10％之间。这些少量存在的铁素体组织同样会在高温时恶化焊接接头的高温力学性能和抗氧化性能。第四，受焊条自身的局限性，采用253MA焊条时，存在着不能连续焊接，劳动强度大，焊接效率低、浪费严重等问题。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明研制了一种253MA耐热不锈钢药芯焊丝，也可以称之为308SiN药芯焊丝。