[发明专利]一种高强韧低温不锈钢焊丝及其焊后热处理方法

说明书

一种高强韧低温不锈钢焊丝及其焊后热处理方法，属于材料设计及材料热处理领域。该焊丝化学成分重量百分数为：C:0.01‑0.03,％Cr:12‑13％,Ni:8‑10％,Co:1‑4％,Si:0.5‑1.5％,Mo:1.5‑2.5％,Mn：0.2‑0.8％，Al：0.01‑0.1％，Zr:0.01‑0.03％,B:0.001‑0.004％余量为铁及不可避免杂质，可用于同种或异种高强韧低温不锈钢的焊接。该焊丝采用真空感应工艺进行熔炼及制丝。优点在于调整了硅元素及钴元素含量，精确控制了焊缝内δ铁素体含量，在避免焊接热裂纹的产生的同时，通过焊后的冷处理及时效处理得到具有高强度高低温韧性的焊缝组织。

技术领域

本发明属于材料设计及材料热处理领域，具体涉及一种高强韧低温不锈钢焊丝及其焊后热处理方法。

背景技术

超低温度用高强度马氏体不锈钢焊接是最难的制造工艺之一，化学成分接近于基体的焊丝焊接形成粗大的枝晶组织而降低韧性，俄罗斯学者A.G.Bratukhin(1997)公布的S-659(03Cr12Ni9Mo2Si)焊丝，可以焊接VNS-5(13Cr15Ni4Mo3N)，VNS-41(03Cr12Ni8Mo2Si2Nb)等马氏体和马氏体/奥氏体高强度不锈钢，其焊缝存在5-8％的δ铁素体，虽然δ铁素体细化凝固组织抑制焊缝凝固热裂纹，但δ铁素体的冷脆效应严重恶化超低温冲击韧性。另一方面，焊后不热处理焊缝接头系数较低，仅有约900MPa，而母材时效强度一般可达1200MPa～1600MPa。为降低焊缝δ铁素体以便改善材料强度和超低温冲击韧性，但同时保证少量δ铁素体以防止焊接过程热裂纹的产生，本发明提出了通过降低Si含量改变δ铁素体含量，同时添加1-2％Co降低焊缝凝固温度区间以便细化凝固组织，该成分设计理论上可保证即使焊缝不存在凝固δ铁素体也不发生焊缝凝固热裂纹。

对于一般金属材料通常仅需要进行焊后高温回火以消除残余应力、改善组织性能。对于低温用高强钢，对焊缝处较高的强度要求需要通过以马氏体为基体同时具有较为弥散的析出相得以保证；对焊缝处较高的低温韧性要求则需要确保马氏体基体内部有一定量的残余奥氏体用以改善组织韧性。基于以上背景，本发明提出了针对所设计焊丝材料的焊后强韧化工艺技术。

发明内容

本发明提供一种可用于同种或异种高强韧低温不锈钢的焊接的焊丝及其焊后热处理方法。该焊丝采用真空感应工艺进行熔炼及制丝。优点在于调整了硅元素及钴元素含量，精确控制了焊缝内δ铁素体含量，在避免焊接热裂纹的产生的同时，通过焊后的冷处理及时效处理得到具有高强度高低温韧性的焊缝组织。

本发明高强韧低温不锈钢焊丝化学成分为(wt.％)C:0.01-0.03,％Cr:12-13％,Ni:8-10％,Co:1-4％,Si:0.5-1.5％,Mo:1.5-2.5％,Mn：0.2-0.8％，Al：0.01-0.1％，Zr:0.01-0.03％,B:0.001-0.004％余量为铁及不可避免杂质；可采用真空感应工艺、真空感应/真空自耗重熔工艺、真空感应/真空电渣重熔工艺进行熔炼，熔炼后进行铸造，铸造后经轧制及拔丝制成d＝0.2-3mm成品焊丝；在同种或异种低温不锈钢焊接后，需经过冷处理及时效热处理，热处理工艺步骤及控制的技术参数如下：

(1)需经过-50℃～-196℃保温1～3小时的冷处理；经过-50℃～-196℃保温1～3小时可有效保证前热处理工序所剩余的残余奥氏体进一步转变。通过热力学筛选得到低温稳定性较高的少量残余奥氏体。

(2)需经过400℃～550℃时效处理1～8小时。通过400℃～550℃时效处理1～8小时的合理调控，可满足奥氏体进一步生长的需要，保证最终奥氏体体积分数为15％～30％。同时，得到弥散分布的纳米析出。