[发明专利]一种节镍型不锈钢粉芯丝材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种节镍型不锈钢粉芯丝材及其制备方法。该节镍型不锈钢粉芯丝材由不锈钢外皮和填充在外皮内的混合粉末组成，填充率20～30％，混合粉末按质量百分比由以下组分组成：金属铬25～35％，氮化铬4～12％，金属锰0～10％，锰铁0～3％，钼铁10～20％，硅铁0～3％，碳酸盐1～3％，萤石0～2％，其余为铁。所述不锈钢粉芯丝材可用于焊接和增材制造，填充粉末以金属粉末为主，并添加少量的稳弧剂；在焊接和增材过程中均表现出良好的电弧稳定性，且成形质量优异，同时沉积金属形成奥氏体+铁素体的双相组织，具有较高的抗拉强度和耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于焊接材料及增材制造技术领域，具体涉及一种节镍型不锈钢粉芯丝材及制备方法。

背景技术

不锈钢通常以镍、铬作为主要合金元素，具备了优异的抗腐蚀性、韧塑性、冷加工性和无磁性等特点，在工业设备、建筑、交通和医疗等领域应用广泛。但我国的镍资源较为匮乏，不锈钢消费的增长需求远远大于镍资源供给的增长幅度，国内的镍资源供给无法满足不锈钢产业的增长需求。

氮是一种强奥氏体元素，能够扩大奥氏体相区，同时可以提高不锈钢的力学性能；锰是一种弱奥氏体元素，提高不锈钢中奥氏体的稳定性。近年来，通过以氮、锰代镍的方式研发出了新型的节镍不锈钢和其对应的节镍不锈钢丝材，利用氮、锰元素强奥氏体化的特点保证了不锈钢中奥氏体组织的成形和稳定，弥补了节镍带来的副作用。然而由于氮在不锈钢中的溶解度有限，含氮不锈钢丝材中过高的氮含量在焊接时极易导致氮气孔的产生，同时析出的有害相还会对其组织和性能产生恶劣影响，如氮化铬的析出会对沉积金属的耐腐蚀性能产生不利影响；而不锈钢焊材中过高的锰含量会引起奥氏体晶粒尺寸的增大，降低沉积金属的强度，同时恶化其耐腐蚀性能。

药芯丝材由钢带外皮包裹各类矿物粉末或金属粉末混合物制备而成，与实心丝材相比，药芯丝材具备熔敷速度更快、飞溅更小、成形性能更优等优势。传统的药芯丝材中含有一定量的矿物粉末，在焊接或增材制造过程中会产生一定量的熔渣，在连续的焊接或增材制造过程中，熔渣有利于沉积金属组织的细化，但会导致组织内部缺陷和氧化夹杂物的增多，对沉积金属的性能产生不利影响。与传统的药芯丝材相比，粉芯中的金属粉末含量高达80％～90％，因此具备更高的熔覆效率，且不会或产生极少量的熔渣，可用于连续性的焊接或增材制造。

公开号CN104858572A的专利公开了一种高铬铁素体不锈钢金属芯药芯焊丝，其粉芯中的金属粉末含量高达96％～99％，此丝材焊接时电弧稳定，飞溅极少，无须清渣，适用于连续焊接。

公开号CN110560681A的专利公开了一种金属型粉芯丝材、制备方法及应用，该金属型粉芯的的原料组成及重量百分比为：金属镍粉：16～18％，钼铁粉：5.5～7.5％，钒铁粉：1～3％，钛铁粉：0.6～1.0％，微碳铬铁粉：7.5～8.0％，雾化硅铁粉：3～4％，金属锰粉：9～12％，硼铁粉：10.5～14.8％，氟化钠盐：0.5～1.0％，金属钨粉：2.5～3.6％，其余为还原铁粉；此粉芯丝材可用于电弧增材制造中，且以此制备的金属构件具有较好的耐海水腐蚀性及良好的力学性能。

公开号CN113369496A的专利公开了电弧增材用双相不锈钢丝材和双相不锈钢构件，该丝材的金属粉芯包括质量分数为55％～90％的铬粉和质量分数0％～5.5％的镍粉，其他组分为余量粉末。此丝材可用于电弧增材制造双相不锈钢构件，具有良好强度和耐腐蚀性能。

综合来看，粉芯丝材因其熔渣较少，适用于连续的焊接或增材制造，而目前已公布的发明中，相关粉芯丝材中的镍含量较高。因此，研发新型的节镍型不锈钢粉芯丝材对于降低不锈钢丝材成本，通过以氮、锰代镍改善不锈钢粉芯丝材的焊接或增材制造工艺性能，提高其沉积金属的组织和性能具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于节约镍资源、降低成本，并通过粉末成分设计改善传统药芯丝材不利于连续焊接或增材制造的问题，提供一种新的节镍型不锈钢粉芯丝材及其制备方法。此粉芯丝材具有良好的工艺性能，可用于连续焊接或增材制造，且所制备的沉积金属具有良好的组织和性能。