阅读说明：本技术 一种超低碳耐高温焊丝及其制备方法 (ultralow-carbon high-temperature-resistant welding wire and preparation method thereof ) 是由 毛兰秀 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种超低碳耐高温焊丝及其制备方法,超低碳耐高温焊丝的化学组分按照质量百分比计：C为0.01～0.04%,Cr为22.0～24.0%,Si为1.5～3.5%,Ni为12.0～14.0%,Ti为0.5～1.2%,Mn为0.1～0.4%,Zr为0.2～0.5%,Sc为0.3～0.6%,Mo为0.1～0.3%,Nb为0.3～0.5%,Mg为3.0～5.0%,Al为0.6～1.2%,P为0.03～0.07%,S为0.02～0.05%,V为0.2～0.4%,B为1.3～1.6%,余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。本发明在保证焊丝低碳的同时,能够提高焊丝的力学性能。(The invention relates to an ultra-low carbon high temperature resistant welding wire and a preparation method thereof, wherein the ultra-low carbon high temperature resistant welding wire comprises the following chemical components in percentage by mass: 0.01 to 0.04% of C, 22.0 to 24.0% of Cr, 1.5 to 3.5% of Si, 12.0 to 14.0% of Ni, 0.5 to 1.2% of Ti, 0.1 to 0.4% of Mn, 0.2 to 0.5% of Zr, 0.3 to 0.6% of Sc, 0.1 to 0.3% of Mo, 0.3 to 0.5% of Nb, 3.0 to 5.0% of Mg, 0.6 to 1.2% of Al, 0.03 to 0.07% of P, 0.02 to 0.05% of S, 0.2 to 0.4% of V, 1.3 to 1.6% of B, and the balance of Fe and other inevitable impurity elements. The invention can improve the mechanical property of the welding wire while ensuring the low carbon of the welding wire.)

一种超低碳耐高温焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊丝的技术领域，尤其是涉及一种超低碳耐高温焊丝及其制备方法。

背景技术

焊丝是作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料，在气焊和钨极气体保护电弧焊时，焊丝用作填充金属，在埋弧焊、电渣焊和其他熔化极气体保护电弧焊时，焊丝既是填充金属，也是导电电极。不锈钢因具有良好的耐腐蚀性、耐用、耐磨等性能，在众多领域得到广泛应用，不锈钢在工业应用过程中，为了满足一些大尺寸的要求，不锈钢需要进行焊接，不锈钢焊缝的晶间腐蚀是化学工业的一个重大问题。

产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂，强度几乎完全消失，这是不锈钢最危险的一种破坏形式。室温时，碳在不锈钢中的溶解度很小，约为0.02～0.03％，而一般不锈钢中的碳含量均超过此值，因此多余的碳就不断向不锈钢晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成铬的化合物，如(CrFe)₂₃C₆等，导致晶界附近含铬量减少，产生晶间腐蚀。碳含量越大，越易出现铬的化合物，因此减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的化合物，从而降低形成晶间腐蚀的倾向。

降低焊丝中的含碳量，可以有效减少焊缝中的含碳量，但焊丝中含碳量减低影响焊丝的力学性能，因此在保证焊丝低碳的同时，提高焊丝学性能是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的一是提供一种超低碳耐高温焊丝,在保证焊丝低碳的同时，能够提高焊丝的力学性能；本发明的目的二是提供一种超低碳耐高温焊丝的制备方法。

本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种超低碳耐高温焊丝，其化学组分按照质量百分比计：C为0.01～0.04％，Cr为22.0～24.0％，Si为1.5～3.5％，Ni为12.0～14.0％，Ti为0.5～1.2％，Mn为0.1～0.4％，Zr为0.2～0.5％，Sc为0.3～0.6％，Mo为0.1～0.3％，Nb为0.3～0.5％，Mg为3.0～5.0％，Al为0.6～1.2％，P为0.03～0.07％，S为0.02～0.05％，V为0.2～0.4％，B为1.3～1.6％，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。

通过采用上述技术方案，超低碳含量，可以减少和避免在焊缝处形成铬的化合物，从而减少不锈钢发生晶间腐蚀，提高不锈钢的强度，延长其使用时长。加入Si，合金的熔点降低，线性膨胀系数小，因此不易产生结晶裂纹，熔化后具有良好的可焊性能和铸造性能。另外，Si作为脱氧元素，可以防止铁与氧化合，并可在加热炉中还原FeO。Ti、Zr、Sc、V以及B，有利于改善焊缝性能，细化裂缝金属的晶粒、降低焊接时生成焊接裂纹的倾向，能够提高焊缝的延性及韧性。加入少量的Ti能够使得合金钢在凝固过程中从熔体中析出初生TiAl₃相，在晶格结构以及尺寸上该粒子与α(Al)基体非常接近，是Al原子在其上堆积的良好衬底，能够为α(Al)基体非均质形核提供核心，从而细化焊缝晶粒组织。加入Sc，初生Al₃Sc颗粒的细晶强化以及次生Al₃Sc质点的弥散析出强化和抑制再结晶所产生的亚结构强化，从而提高合金的强度。Sc成本高，为了降低Sc的含量，加入Zr形成弥散的Al₃(Sc.Zr)粒子，Zr在合金中和Sc一起对合金产生了强烈的的细晶强化、亚结构强化、弥散强化及共格强化等强化作用。

Mn起到微合金化、强韧化作用，而且还能够提高合金钢的抗应力腐蚀性能，Mn的加入可使Mg相沉淀均匀，从而降低了合金钢的腐蚀敏感性，特别是抗应力腐蚀开裂的能力得到明显提高，从而提高焊缝的力学性能。Mo在合金钢中能够提高钢的强度、硬度，细化晶粒，防止回火脆性和过热倾向，能够提高合金钢的塑性，减少产生裂纹的倾向，提高冲击韧性。

加入Mg以后，Mg、Si原子在基体的晶面上聚集，形成溶质原子富集区，随着时效温度提高和时间的延长，Mg、Si原子进一步富集并趋向有序化，迅速长大成针状或棒状，Mg和Si会形成β(Mg₂Si)强化相，提高焊丝的抗拉强度，同时加入Mg还能够使得制备的焊丝表面光洁。焊丝制备过程中合金的变形阻力随着Mg含量增加而增大，Mg含量高，不利于焊丝的成型加工，因此Mg为3.0～5.0％。

本发明的进一步设置为：所述超低碳耐高温焊丝的化学组分按照质量百分比计：C为0.02％，Cr为23.5％，Si为2.5％，Ni为13.2％，Ti为0.8％，Mn为0.28％，Zr为0.35％，Sc为0.45％，Mo为0.22％，Nb为0.41％，Mg为4.3％，Al为0.9％，P为0.05％，S为0.04％，V为0.33％，B为1.45％，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。

本发明的进一步设置为：所述超低碳耐高温焊丝的化学组分按照质量百分比计：C为0.03％，Cr为22.8％，Si为2.8％，Ni为13.6％，Ti为0.6％，Mn为0.35％，Zr为0.41％，Sc为0.52％，Mo为0.22％，Nb为0.41％，Mg为4.3％，Al为0.9％，P为0.05％，S为0.04％，V为0.33％，B为1.45％，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。

本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种超低碳耐高温焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、配料熔炼：按照配比量，称取各组分，然后加入到加热炉中进行熔炼；

步骤2、精炼：加热炉内的各组分全部熔化后，加入精炼剂搅拌均匀,精炼剂占合金液总质量的0.3～0.5％；

步骤3、铸造：精炼后，静置10～30min，除去合金液表面熔渣，铸造成铸锭：

步骤4、线胚制备：铸锭加热，再热挤压成线胚；

步骤5、拉拔：通过拔丝机拉伸步骤4制得的线胚，然后中间退火，再继续拉伸线胚至一定规格；

步骤6、焊丝表面处理：对焊丝表面进行酸洗、抛光、钝化处理，得到成品焊丝。

通过采用上述技术方案，原料熔化后，对合金液进行精炼，精炼的目的能够除去合金中的夹杂物，尽量清除或降低氧化物夹杂和气体，提高金属的净化程度。精炼后的合金液经过铸造和拉拔形成一定规格的焊丝，拉拔过程中线胚会产生加工硬化，导致塑性降低，容易出现胚线拉断的现象，因此在拉拔过程需要经过中间退火，恢复线胚的塑性，退火过程，线胚内部的位错密度降低，残余应力得到部分释放，线胚得到软化，使得拉拔能够继续进行，降低拉断线胚的可能。经过拉拔后的焊丝，表面会有润滑油等油污杂质，焊接过程中容易在不锈钢表面形成一层黑灰，酸洗的目的是除去焊丝表面的油污。抛光能够降低焊丝表面的粗糙度，在焊丝表面形成均匀致密的钝化膜，提高焊丝的耐腐蚀能力，另外抛光后的焊丝，可以使得焊丝送丝过程稳定，从而保证焊接过程的稳定。

本发明的进一步设置为：所述步骤1中熔炼温度为1850～1950℃。

通过采用上述技术方案，温度在1850～1950℃能够保证加入的各组分均能够熔化，形成均匀的合金液。

本发明的进一步设置为：所述步骤2中精炼温度为1600～1700℃。

通过采用上述技术方案，1600～1700℃条件下，精炼效果好。

本发明的进一步设置为：所述步骤6中酸洗溶液为质量分数为15～20％的硫酸溶液，酸洗温度为30～50℃，酸洗时间为2～5min。

通过采用上述技术方案，酸洗温度高有利于提高酸洗效果，但是酸洗温度过高容易导致酸雾形成，影响操作环境，给操作人员的身体带来一定的危害。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.超低碳含量，可以减少和避免在焊缝处形成铬的化合物，从而减少不锈钢发生晶间腐蚀，提高不锈钢的强度，延长其使用时长。加入Si，合金的熔点降低，线性膨胀系数小，因此不易产生结晶裂纹，熔化后具有良好的可焊性能和铸造性能。另外，Si作为脱氧元素，可以防止铁与氧化合，并可在加热炉中还原FeO。Ti、Zr、Sc、V以及B，有利于改善焊缝性能，细化裂缝金属的晶粒、降低焊接时生成焊接裂纹的倾向，能够提高焊缝的延性及韧性。加入少量的Ti能够使得合金钢在凝固过程中从熔体中析出初生TiAl3相，在晶格结构以及尺寸上该粒子与α(Al)基体非常接近，是Al原子在其上堆积的良好衬底，能够为α(Al)基体非均质形核提供核心，从而细化焊缝晶粒组织。

2.Mn起到微合金化、强韧化作用，而且还能够提高合金钢的抗应力腐蚀性能，Mn的加入可使Mg相沉淀均匀，从而降低了合金钢的腐蚀敏感性，特别是抗应力腐蚀开裂的能力得到明显提高，从而提高焊缝的力学性能。Mo在合金钢中能够提高钢的强度、硬度，细化晶粒，防止回火脆性和过热倾向，能够提高合金钢的塑性，减少产生裂纹的倾向，提高冲击韧性；

3.加入Sc，初生Al₃Sc颗粒的细晶强化以及次生Al₃Sc质点的弥散析出强化和抑制再结晶所产生的亚结构强化，从而提高合金的强度。Sc成本高，为了降低Sc的含量，加入Zr形成弥散的Al₃(Sc.Zr)粒子，Zr在合金中和Sc一起对合金产生了强烈的的细晶强化、亚结构强化、弥散强化及共格强化等强化作用；

4.加入Mg以后，Mg、Si原子在基体的晶面上聚集，形成溶质原子富集区，随着时效温度提高和时间的延长，Mg、Si原子进一步富集并趋向有序化，迅速长大成针状或棒状，Mg和Si会形成β(Mg₂Si)强化相，提高焊丝的抗拉强度，同时加入Mg还能够使得制备的焊丝表面光洁。焊丝制备过程中合金的变形阻力随着Mg含量增加而增大，Mg含量高，不利于焊丝的成型加工，因此Mg为3.0～5.0％。

附图说明

图1是本发明超低碳耐高温焊丝的制备方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种超低碳耐高温焊丝的化学组分按照质量百分比计：C为0.02％，Cr为23.5％，Si为2.5％，Ni为13.2％，Ti为0.8％，Mn为0.28％，Zr为0.35％，Sc为0.45％，Mo为0.22％，Nb为0.41％，Mg为4.3％，Al为0.9％，P为0.05％，S为0.04％，V为0.33％，B为1.45％，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。

该超低碳耐高温焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、配料熔炼：按照配比量，称取各组分，然后加入到加热炉中进行熔炼，熔炼温度为1850℃；

步骤2、精炼：加热炉内的各组分全部熔化后，加入精炼剂搅拌均匀,精炼剂占合金液总质量的0.3％，精炼温度为1600℃；

步骤3、铸造：精炼后，静置10min，除去合金液表面熔渣，铸造成铸锭：

步骤4、线胚制备：铸锭加热，再热挤压成线胚；

步骤5、拉拔：通过拔丝机拉伸步骤4制得的线胚，然后中间退火，再继续拉伸线胚至至直径为2～3mm；

步骤6、焊丝表面处理：对焊丝表面进行酸洗、抛光、钝化处理，得到成品焊丝，酸洗溶液为质量分数为15％的硫酸溶液，酸洗温度为30℃，酸洗时间为5min。

实施例2

一种超低碳耐高温焊丝的化学组分按照质量百分比计：C为0.03％，Cr为22.8％，Si为2.8％，Ni为13.6％，Ti为0.6％，Mn为0.35％，Zr为0.41％，Sc为0.52％，Mo为0.22％，Nb为0.41％，Mg为4.3％，Al为0.9％，P为0.05％，S为0.04％，V为0.33％，B为1.45％，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。

该超低碳耐高温焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、配料熔炼：按照配比量，称取各组分，然后加入到加热炉中进行熔炼；

步骤2、精炼：加热炉内的各组分全部熔化后，加入精炼剂搅拌均匀,精炼剂占合金液总质量的0.4％；

步骤3、铸造：精炼后，静置30min，除去合金液表面熔渣，铸造成铸锭：

步骤4、线胚制备：铸锭加热，再热挤压成线胚；

步骤5、拉拔：通过拔丝机拉伸步骤4制得的线胚，然后中间退火，再继续拉伸线胚至直径为2～3mm；

步骤6、焊丝表面处理：对焊丝表面进行酸洗、抛光、钝化处理，得到成品焊丝，酸洗溶液为质量分数为15％的硫酸溶液，酸洗温度为40℃，酸洗时间为3min。

实施例3

一种超低碳耐高温焊丝的化学组分按照质量百分比计：C为0.01％，Cr为22.0％，Si为3.5％，Ni为12.0％，Ti为1.2％，Mn为0.1％，Zr为0.5％，Sc为0.6％，Mo为0.1％，Nb为0.5％，Mg为3.0％，Al为1.2％，P为0.07％，S为0.05％，V为0.4％，B为1.6％，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。

该超低碳耐高温焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、配料熔炼：按照配比量，称取各组分，然后加入到加热炉中进行熔炼；

步骤2、精炼：加热炉内的各组分全部熔化后，加入精炼剂搅拌均匀,精炼剂占合金液总质量的0.5％；

步骤3、铸造：精炼后，静置20min，除去合金液表面熔渣，铸造成铸锭：

步骤4、线胚制备：铸锭加热，再热挤压成线胚；

步骤5、拉拔：通过拔丝机拉伸步骤4制得的线胚，然后中间退火，再继续拉伸线胚至至直径为2～3mm；

步骤6、焊丝表面处理：对焊丝表面进行酸洗、抛光、钝化处理，得到成品焊丝，酸洗溶液为质量分数为20％的硫酸溶液，酸洗温度为50℃，酸洗时间为2min。

实施例4

一种超低碳耐高温焊丝的化学组分按照质量百分比计：C为0.04％，Cr为24.0％，Si为1.5％，Ni为14.0％，Ti为0.5％，Mn为0.4％，Zr为0.2％，Sc为0.3％，Mo为0.3％，Nb为0.3％，Mg为5.0％，Al为0.6％，P为0.03％，S为0.02％，V为0.2％，B为1.3％，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。

该超低碳耐高温焊丝的制备方法，同实施例2。

对比例1

一种超低碳耐高温焊丝，与实施例2的区别在于，C为0.05％，其它同实施例2。

该超低碳耐高温焊丝的制备方法，同实施例2。

对比例2

一种超低碳耐高温焊丝，与实施例2的区别在于,不包括Ti,其它同实施例2。

该超低碳耐高温焊丝的制备方法，同实施例2。

对比例3

一种超低碳耐高温焊丝，与实施例2的区别在于,不包括Sc,其它同实施例2。

该超低碳耐高温焊丝的制备方法，同实施例2。

对比例4

一种超低碳耐高温焊丝，与实施例2的区别在于,不包括Zr，其它同实施例2。

该超低碳耐高温焊丝的制备方法，同实施例2。

对比例5

一种超低碳耐高温焊丝，与实施例2的区别在于,不包括Ti、Sc、Zr、V以及B,其它同实施例2。

该超低碳耐高温焊丝的制备方法，同实施例2。

实施例1～实施例4，对比例1～对比例5制备的超低碳耐高温焊丝，进行拉伸性能测试：采用GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》进行焊丝的拉伸试验。

表1焊丝拉伸性能测试结果

实施例1～实施例4制备的超低碳耐高温焊丝，拉伸性能均优于对比例制备的焊丝。

焊接实验：选取尺寸规格相同的不锈钢板，除去不锈钢表面的油污，清理范围为焊缝50mm内，然后用金属毛刷清理，刷到不锈钢表面露出金属光泽，保持不锈钢表面清洁并尽快焊接，然后对焊接接头进行室温拉伸试验。

表2焊接头拉伸性能测试结果

实施例1～实施例4制备的超低碳耐高温焊丝，焊接实验中，焊接接头的拉伸性能均优于对比例制备的焊丝。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并非对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。