專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于實(shí)芯焊絲技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)馬氏體不鎊鋼(Supremartensitic Stainless Steel)是上世紀(jì)90年代研發(fā)的一種低成本不銹鋼，主要替代奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼，用于海底管線。該類(lèi)鋼相對(duì)于奧氏體和雙相不銹鋼，由于含鉻、鎳等合金元素較少，其成本大大降低。同時(shí)，由于其屈服強(qiáng)度可達(dá)到625 760MPa、抗拉強(qiáng)度可達(dá)到830 900 MPa和延伸率可達(dá)到18 32%，故相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的馬氏體不銹鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能。該類(lèi)鋼的碳含量為O. 02 wt%以下，可形成低碳馬氏體，具有較好的韌性和塑性；焊接后，焊態(tài)下熱影響區(qū)的硬度值大約為300HV，不易產(chǎn)生氫致裂紋，可在焊態(tài)下使用，具有極佳的焊接性。因此，超級(jí)馬氏體不銹鋼因其低成本、性能優(yōu)良和可焊性好，不僅使用于海底管線中替代奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼，且廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)中油、汽輸送管線，特別是需要預(yù)先分離和處理的、含有較高CO2和H2S和油、汽介質(zhì)的管線，其優(yōu)勢(shì)更加明顯。目前，超級(jí)馬氏體不銹鋼多采用雙相不銹鋼焊絲進(jìn)行焊接。一種為2209雙相不銹鋼焊絲，該焊絲可形成韌性及塑性與母材相匹配的焊縫金屬，但是焊縫金屬的強(qiáng)度低于母材；一種為Cr含量為25%的高強(qiáng)雙相不銹鋼焊絲ZeixmlOO，該焊絲可以形成與母材相近的抗拉強(qiáng)度，但該焊絲焊接完成的焊接接頭需要長(zhǎng)時(shí)間的焊后熱處理，否則容易在焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)晶內(nèi)腐蝕。另外，使用雙相不銹鋼焊絲成本較高。到目前為止，還沒(méi)有可與超級(jí)馬氏體鋼不銹鋼相匹配的焊絲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種焊接接頭力學(xué)性能能與超級(jí)馬氏體不銹鋼相匹配，且能滿足對(duì)所焊接鋼管的高強(qiáng)度和耐腐蝕性技術(shù)要求的超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C為(O. 02wt%, Mn 為 O. 40 2· 00wt%, Si 為 O. 10 0· 30wt%, Cr 為 10. 00 13· 00wt%, Ni 為I. 00 6· 00wt%, Mo 為 0 2· 50wt%, Cu 為 O. 20 0· 50wt%, Ti 為彡 O. 30wt%, N 彡 O. 05wt%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該實(shí)芯焊絲的制備工藝為先按照上述化學(xué)組分進(jìn)行冶煉，澆注成方坯，再軋制成Φ5. 5^07. 5mm盤(pán)條，軋制后進(jìn)行正火+高溫回火熱處理，然后進(jìn)行拉拔，拉拔過(guò)程中進(jìn)行Γ3次退火熱處理，最后拉拔成Φ1. 2mm的焊絲。所述正火+高溫回火熱處理是先在102(Tl05(rC溫度下正火，保溫31小時(shí)；然后在76(T780°C溫度下高溫回火，保溫I. 5^2小時(shí)。所述退火熱處理是在63(T680°C條件下保溫I. 5 3小時(shí)。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明含有低于O. 02wt%的碳含量，以保持同母材相當(dāng)?shù)奶己浚缚p凝固形成低碳馬氏體，使其具有較好的抵抗氫致腐蝕裂紋開(kāi)裂的性能；Cr元素主要起到提高耐腐蝕性能的作用，同時(shí)也可提高強(qiáng)度；適當(dāng)提高Ni含量，可擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，有助于提高材料的淬硬性；添加Mo元素以彌補(bǔ)因碳含量減少而引起強(qiáng)度的降低，同時(shí)可提高抗腐蝕性；添加微量元素Ti主要用以形成TiC來(lái)穩(wěn)定碳元素，避免生成鉻的碳化物，降低耐腐蝕性；同時(shí)TiC也可細(xì)化晶粒。
本發(fā)明以超低的碳含量、中等的鉻元素含量、以及適量的鎳元素和微量的鈦元素的化學(xué)成分制成超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲，相對(duì)于奧氏體不銹鋼焊絲或雙相不銹鋼焊絲,大大降低了生產(chǎn)成本,具有低成本的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明所制備的實(shí)芯焊絲用于焊接超級(jí)馬氏體不銹鋼，焊縫金屬形成低碳馬氏體+少量鐵素體+TiC的顯微組織，馬氏體組織保證了較高的強(qiáng)度，低碳馬氏體具備了較好的塑性。焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到845 863MPa，延伸率達(dá)到18 28% ;_30°C時(shí)焊縫金屬的沖擊功AkvS 187 210J ;無(wú)氫致腐蝕裂紋產(chǎn)生，具有較強(qiáng)的抵抗腐蝕的性能；實(shí)現(xiàn)了與超級(jí)馬氏體不銹鋼力學(xué)性能及耐腐蝕性能的匹配。因此，本發(fā)明合金元素含量相對(duì)較少，成本低；所制備的實(shí)芯焊絲能與超級(jí)馬氏體不銹鋼相匹配，且能滿足對(duì)所焊接鋼管的高強(qiáng)度和耐腐蝕性技術(shù)要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對(duì)本其保護(hù)范圍的限制 實(shí)施例I
一種超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲及其制備方法。該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C為(O. 02wt%, Mn 為 I. 20 2· 00wt%, Si 為 O. 10 0· 30wt%, Cr 為 12. 00 13· 00wt%, Ni 為I. 00 1· 80wt%, Cu 為 O. 40 0· 50wt%, Ti 為彡 O. 30wt%, N 彡 O. 05wt%，余量為 Fe 和不可避免
的雜質(zhì)。該實(shí)芯焊絲的制備工藝為該實(shí)芯焊絲的制備工藝為先按照上述化學(xué)組分進(jìn)行冶煉，澆注成方坯，再軋制成Φ5. 5^07. 5mm盤(pán)條，軋制后進(jìn)行正火+高溫回火熱處理，然后進(jìn)行拉拔，拉拔過(guò)程中進(jìn)行廣3次退火熱處理，最后拉拔成Φ1. 2mm的焊絲。本實(shí)施例所述正火+高溫回火熱處理是先在102(Tl050°C溫度下正火，保溫3 4小時(shí)；然后在76(T780°C溫度下高溫回火，保溫I. 5^2小時(shí)。本實(shí)施例所述退火熱處理是在63(T680°C條件下保溫I. 5^3小時(shí)。本實(shí)施例所制備的實(shí)芯焊絲，采用氣保護(hù)焊焊接方法，保護(hù)氣體為100%Ar，焊接12. 3mm厚的超級(jí)馬氏體不銹鋼管線鋼板。該超級(jí)馬氏體不銹鋼管線鋼板的化學(xué)組分是C 為 O.005 O. 009wt%, Si 為 O.20 0· 35wt%, Mn 為 O.30 0· 55wt%, Mo 為 2.20 2· 80wt%,Ni 為 5. 80 6· 40wt%, Cr 為 12. 00 12· 50wt%, Ti 為 O. 006 O. 008wt%, N 為 O. 005wt%, S 為
O.0007wt%, P為0.018wt%。該超級(jí)馬氏體不銹鋼管線鋼板的力學(xué)性能是抗拉強(qiáng)度為870MPa，屈服強(qiáng)度為560MPa，伸長(zhǎng)率A=30% ;硬度值為282 (HVlO) ;_30°C時(shí)沖擊功Akv=210J。試板坡口型式為V型，單側(cè)坡口角度為45°。焊接電流為28(Γ320Α，電弧電壓為32 34V。焊后進(jìn)行焊接接頭力學(xué)性能及腐蝕性能分析焊接接頭抗拉強(qiáng)度為845MPa，屈服強(qiáng)度為580MPa，拉伸試驗(yàn)斷于母材，伸長(zhǎng)率A=28%;焊接熱影響區(qū)最大硬度值為305 (HVlO) ；-30 °C時(shí)焊縫金屬?zèng)_擊功Akv (-30 V ) =210J、-30 °C時(shí)熱影響區(qū)粗晶區(qū)沖擊功Akv(-30°C )=224J;焊接接頭的耐氫致腐蝕裂紋測(cè)試，分別在陰極保護(hù)(CathodicProtection)和淡酸性腐蝕介質(zhì)(H2S)的情況下進(jìn)行，經(jīng)4點(diǎn)面彎和背彎試驗(yàn)后，無(wú)氫致腐蝕裂紋產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用本實(shí)施例所制備的超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲，經(jīng)氣保護(hù)焊接后，其焊接接頭力學(xué)性能完全滿足超級(jí)馬氏體不銹鋼的技術(shù)要求。實(shí)施例2
一種超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲及其制備方法。該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C為(O. 02wt%, Mn 為 O. 60 1· 20wt%, Si 為 O. 10 0· 30wt%, Cr 為 11. 00 12· 00wt%, Ni 為
I.80 4· 80wt%, Mo 為 O. θΓ . 02wt%, Cu 為 O. 40 0· 50wt%, Ti 為彡 O. 30wt%, N 彡 O. 05wt%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例的制備工藝、所制備的焊絲焊接工藝和所焊接的鋼板同實(shí)施例I。焊后進(jìn)行焊接接頭力學(xué)性能及腐蝕性能分析焊接接頭抗拉強(qiáng)度為863MPa，屈服強(qiáng)度為568MPa，拉伸試驗(yàn)斷于母材，伸長(zhǎng)率A=18%;焊接熱影響區(qū)最大硬度值為317 (HVlO) ；-30 °C時(shí)焊縫金屬?zèng)_擊功Akv (-30 V ) =187J、-30 °C時(shí)熱影響區(qū)粗晶區(qū)沖擊功Akv(-30°C )=198J;焊接接頭的耐氫致腐蝕裂紋測(cè)試，分別在陰極保護(hù)(CathodicProtection)和淡酸性腐蝕介質(zhì)(H2S)的情況下進(jìn)行，經(jīng)4點(diǎn)面彎和背彎試驗(yàn)后，無(wú)氫致腐蝕裂紋產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用本實(shí)施例所制備的超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲，經(jīng)氣保護(hù)焊接后，其焊接接頭力學(xué)性能完全滿足超級(jí)馬氏體不銹鋼的技術(shù)要求。實(shí)施例3
一種超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲及其制備方法。該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C為(0.02wt%, Mn 為 0.40 0· 60wt%，Si 為 0.10 0·30wt%，Cr 為 10.00 11. 00wt%，Ni 為
4.80 6· 00wt%, Mo 為 I. 02 2. 50wt%, Cu 為 0. 20 0· 40wt%, Ti 為彡 0. 30wt%, N 彡 0. 05wt%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例的制備工藝、所制備的焊絲焊接工藝和所焊接的鋼板同實(shí)施例I。焊后進(jìn)行焊接接頭力學(xué)性能及腐蝕性能分析焊接接頭抗拉強(qiáng)度為852MPa，屈服強(qiáng)度為562MPa，拉伸試驗(yàn)斷于母材，伸長(zhǎng)率A=22%;焊接熱影響區(qū)最大硬度值為302 (HV10) ;-30°C時(shí)焊縫金屬?zèng)_擊功Akv (-30 V ) =193J、-30 °C時(shí)熱影響區(qū)粗晶區(qū)沖擊功Akv(-30°C )=195J;焊接接頭的耐氫致腐蝕裂紋測(cè)試，分別在陰極保護(hù)(CathodicProtection)和淡酸性腐蝕介質(zhì)(H2S)的情況下進(jìn)行，經(jīng)4點(diǎn)面彎和背彎試驗(yàn)后，無(wú)氫致腐蝕裂紋產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用本實(shí)施例所制備的超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲，經(jīng)氣保護(hù)焊接后，其焊接接頭力學(xué)性能完全滿足超級(jí)馬氏體不銹鋼的技術(shù)要求。本具體實(shí)施方式
含有低于0. 02wt%的碳含量，以保持同母材相當(dāng)?shù)奶己浚缚p凝固形成低碳馬氏體，使其具有較好的抵抗氫致裂紋開(kāi)裂的性能；Cr元素主要起到提高耐腐蝕性能的作用，同時(shí)也可提高強(qiáng)度；適當(dāng)提高Ni含量，可擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，有助于提高材 料的淬硬性；添加Mo元素以彌補(bǔ)因碳含量減少而引起強(qiáng)度的降低，同時(shí)可提高抗腐蝕性；添加微量元素Ti主要用以形成TiC來(lái)穩(wěn)定碳元素，避免生成鉻的碳化物，降低耐腐蝕性；同時(shí)TiC也可細(xì)化晶粒。本具體實(shí)施方式
以超低的碳含量、中等的鉻元素含量、以及適量鎳元素和微量鈦元素的化學(xué)成分制成超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲，相對(duì)于奧氏體不銹鋼焊絲或雙相不銹鋼焊絲，具有低成本的優(yōu)勢(shì)。本具體實(shí)施方式
所制備的超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲，焊縫金屬形成低碳馬氏體+少量鐵素體+TiC的顯微 組織，馬氏體組織保證具有較高的強(qiáng)度，低碳馬氏體具備了較好的塑性?？估瓘?qiáng)度達(dá)到845 863MPa，延伸率達(dá)到18 28% ;-30°C時(shí)沖擊功Akv=187 210J ；在陰極保護(hù)和淡酸性腐蝕介質(zhì)(H2S)的情況下進(jìn)行焊接接頭的耐氫致腐蝕裂紋測(cè)試，4點(diǎn)面彎和背彎試驗(yàn)后無(wú)氫致腐蝕裂紋產(chǎn)生，該焊縫金屬具有較強(qiáng)的抵抗腐蝕的性能，實(shí)現(xiàn)了與超級(jí)馬氏體不銹鋼力學(xué)性能及耐腐蝕性能的匹配。因此，本具體實(shí)施方式
合金元素含量相對(duì)較少，成本低；所制備的實(shí)芯焊絲能與超級(jí)馬氏體不銹鋼相匹配，且能滿足對(duì)所焊接鋼管的高強(qiáng)度和耐腐蝕性技術(shù)要求。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲的制備方法，其特征在于該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C 為≤ O. 02wt%,Mn 為 O. 40 2· 00wt%, Si 為 O. 10 0· 30wt%, Cr 為 10. 00 13· 00wt%, Ni 為I. 00 6· 00wt%, Mo 為 0 2· 50wt%, Cu 為 O. 20 0· 50wt%, Ti 為彡≤O. 30wt%, N O. 05wt%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 該實(shí)芯焊絲的制備工藝為先按照上述化學(xué)組分進(jìn)行冶煉，澆注成方坯，再軋制成Φ5. 5^07. 5mm盤(pán)條，軋制后進(jìn)行正火+高溫回火熱處理，然后進(jìn)行拉拔，拉拔過(guò)程中進(jìn)行Γ3次退火熱處理，最后拉拔成Φ1. 2mm的焊絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲的制備方法，其特征在于所述正火+高溫回火熱處理是先在102(Tl050°C溫度下正火，保溫3 4小時(shí)；然后在76(T780°C溫度下高溫回火，保溫I. 5^2小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲的制備方法，其特征在于所述退火熱處理是在63(T680°C條件下保溫I. 5^3小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求f3項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲的制備方法所制備的超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超級(jí)馬氏體不銹鋼用實(shí)芯焊絲及其制備方法。其技術(shù)方案是該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C≤0.02wt%，Mn為0.40~2.00wt%，Si為0.10~0.30wt%，Cr為10.00~13.00wt%，Ni為1.00~6.00wt%，Mo為0~2.50wt%，Cu為0.20~0.50wt%，Ti為≤0.30wt%，N≤0.05wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；該實(shí)芯焊絲的制備工藝為先按照上述化學(xué)組分進(jìn)行冶煉，澆注成方坯，再軋制成Φ5.5~Φ7.5mm盤(pán)條，軋制后進(jìn)行正火+高溫回火熱處理，然后進(jìn)行拉拔，拉拔過(guò)程中進(jìn)行1~3次退火熱處理，最后拉拔成Φ1.2mm的焊絲。本發(fā)明的合金元素含量相對(duì)較少，成本低；所制備的實(shí)芯焊絲能與超級(jí)馬氏體不銹鋼相匹配，且能滿足對(duì)所焊接鋼管的高強(qiáng)度和耐腐蝕性技術(shù)要求。
文檔編號(hào)B23K35/30GK102615450SQ20121011111
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者吳開(kāi)明, 張心保, 王紅鴻, 黃剛 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)