[发明专利]一种焊接用铁素体不锈钢及其生产制造方法

说明书

本发明公开了一种焊接用铁素体不锈钢及其生产制造方法，本发明通过EAF+LF+VOD三步精炼方法获得高洁净度的钢水。Nb、Ti是强碳化物形成元素，能提高钢的耐晶间腐蚀能力，生成的碳氮化物粒子不但起到强化作用，也可以在焊接过程中抑制晶粒的粗化。为了获得弥散析出的第二相组织，后续连铸过程中二冷阶段采用弱冷操作，以减轻合金元素偏析，获得尽可能均匀的组织，同时降低钢坯内应力，钢坯通过矫直段后需进行缓冷，本发明通过EAF+LF+VOD三步精炼方法获得高洁净度的铁素体不锈钢基体，配合均匀弥散析出的第二相粒子，二者的耦合作用提升了铁素体不锈钢的焊接和耐蚀性能，极大提高产品的使用周期。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种焊接用铁素体不锈钢及其生产制造方法。

背景技术

铁素体不锈钢（Ferrite Stainless Steel，简称FSS，400系）是在高温和常温下均以体心立方晶格的铁素体为基体组织的不锈钢，是不锈钢家族的重要组成部分，其化学成分特点为Cr含量11-30%，一般不含或含有极少量的Ni，有时添加有Mo、Ti和Nd等合金元素，由于精炼技术的进步，现代铁素体不锈钢具有超低S、P及（C+N）等含量的超纯净组织，进而具备更加优良的综合性能。与奥氏体不锈钢相比，具有优良的耐高温氧化和氯化物腐蚀的性能，其成本更低，线膨胀系数更小，热疲劳性能更好，具备更加优良的导电性、导热性以及耐点蚀性能等，可在多种腐蚀介质环境下替代奥氏体不锈钢，广泛应用在石油设备、汽车、采矿、铁路及化工行业等多个领域。

现有关于焊接用铁素体不锈钢的生产及工艺控制中，人们对于改善铁素体不锈钢焊接过程中产生的焊缝和热影响区塑性、韧性、疲劳和耐热耐蚀性能下降等问题，大多专注于焊接工艺的改进而罕有通过对合金元素进行调控实现母材优化进而获得性能优良焊接接头的措施。CN107130188B公开了一种通过优化不锈钢成分的方法，使其在焊接温度下存在一定比例的奥氏体，阻止铁素体晶粒的急剧长大，同时提高钢中镍、钼含量，改善材料焊接性和耐蚀性。主要通过调控母材相比例，改善了焊接性能。CN114351057A公开了一种通过添加Al替代Ti+Nd细化晶粒的措施，降低了成本（Al价格低廉），优化了工艺（减少超声振动等辅助措施），同时达到改善焊接接头性能的目的。上述发明分别专注于不锈钢焊接母材的合金相配比及成分配比从而达到改善目的。

然而事实上，焊接母材在使用过程中由于纯净度差及成分波动导致的焊接问题（如夹杂物及夹杂元素间接引起的热影响区韧性、塑性不足，焊接裂纹等问题）从根本上影响了焊接接头的性能，这是通过调控成分、相含量难以解决的问题。因此，母材的纯净度及合金元素含量的精准控制对于母材的使用性能更具现实意义。上述两种措施都基于AOD+LF或EAF+VOD二段式冶炼工艺，难以进一步提升母材的洁净度。我司为了从本质上提高铁素体不锈钢的焊接性，经过多年的实践经验总结，发现在现有焊接工艺及母材成分设计难以突破的情况下，唯有实现母材成分设计与独特冶炼技术的耦合，在获得细小弥散析出相的同时，提升不锈钢的纯净度及元素含量的精准控制，进而可有效提升母材的焊接性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种焊接用铁素体不锈钢及其生产制造方法。

铁素体不锈钢在焊接热循环后所得焊缝及热影响区（HAZ）的塑韧性较差，尤其是在焊后热处理过后焊接接头力学及耐蚀性能性能会进一步恶化。主要包括熔池附近晶粒粗化、杂质元素在晶界偏析、母材成分不均匀、母材纯净度差（夹杂）等影响因素。通过改善焊接工艺收效甚微，调整母材成分配比虽有成效，然而问题仍难以杜绝。因此，为了彻底解决这一难题，经过多年实践及研究，发现唯有实现母材成分调控与改善冶炼技术的耦合，在获得细小弥散析出相的同时，提升不锈钢的纯净度及元素含量的精准控制是唯一有效途径。通过母材成分调控获得第二相粒子弥散分布于基体中细化晶粒与独特冶炼工艺获得高纯净度基体的的耦合是本项发明的核心所在。

本发明的目的是这样实现的：

一种焊接性能优良的铁素体不锈钢的化学成分的质量百分比如下：