[发明专利]一种用于焊接双相不锈钢的药芯焊丝

说明书

技术领域

属于材料加工工程中的焊接领域，该发明主要应用于在天然气、石油管道、热交换器、压力容器、船舰、飞机、交通运输工具、军事等领域广泛应用的2205双相不锈钢的焊接。

背景技术

随着现代工业技术的发展，传统的奥氏体型不锈钢暴露出它在应力腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀方面的抗力不足，尤其是应力腐蚀引起的断裂，其危害性极大。双相不锈钢(Duplex Stainless Steels，简称DSS)综合了奥氏体不锈钢和铁素体型不锈钢两者的优点，具有良好的韧性、强度和焊接性，其中屈服强度可达普通不锈钢的2倍；其优良的耐中性氯化物应力腐蚀性能远远超过18-8型奥氏体不锈钢，并具有良好的抗孔蚀和缝隙腐蚀的能力，同时该类钢中镍含量只有18-8型奥氏体不锈钢含镍量的一半，解决了世界上工业用镍资源的不足。优良的性能和较低的成本使得双相不锈钢有着广泛的应用前景，使得焊接材料开发显得日益紧迫。

针对双相不锈钢焊接来说，接头的力学性能和耐腐蚀性能是影响其应用的关键，而接头性能很大程度上取决于接头两相组织的保证和无有害析出物。在双相不锈钢焊接中必须注意：(1)维持适当的铁素体与奥氏体两相比例；(2)防止有害相析出。一般通过选用合适的焊接材料调整焊缝金属化学成分，或选用合适的焊接方法及焊接参数控制焊接热输入来解决。针对双相不锈钢其耐腐蚀性能，建立了一个抗孔蚀当量指数PREN来评价，PREN＝w(Cr)+3.3w(Mo))+16w(N)(w代表其质量百分含量，3.3和16为其对应的系数)，其值越高，代表其抗孔蚀的能力越强，但是，如果PREN值过高，虽然改善了耐点蚀抗力，却降低了接头的机械性能和可焊性。因此将PREN值限制在：33≤PREN＝w(Cr)+3.3w(Mo)+16w(N)≤45。通对接头的两相组织通过利用w(Ni)_eq＝Ni+35C+20N+0.25Cu，w(Cr)_eq＝Cr+Mo+0.7Nb两个当量公式(w(Ni)_eq和w(Cr)_eq为当量指数，35、20、0.25和0.7为后面元素相对应的当量指数系数，用这两个当量指数可以在WRC-92组织图上估计两相组织的比例)(WRC-92组织图来自Feldstein J，Lake F.Material Design，1993(14)：345)，用熔敷金属中的成分保证两相组织的比例，从而保证接头的性能。

2205双相不锈钢(UNSS31803，22Cr-5Ni-3Mo-0.15N)为目前国内外应用最为广泛的双相不锈钢。但是，在进行双相不锈钢焊接时，使用传统的奥氏体不锈钢焊材不能满足其接头点蚀和冲击韧性的要求，为此开发专门针对2205双相不锈钢的药芯焊丝，使其接头能够具有良好的耐点蚀能力，优良的冲击韧性和合理的两相组织。

发明内容

本发明所研制的药芯焊丝，通过合理地调整药芯成分的方法，在药芯中加入Cr、Mo、Ni、Mn等成分，达到改善接头性能的目的并保证合适的两相比。本发明的特征在于，同时在提高镍的基础上，再加入与适当含量的氮化物，来过渡所需的N元素。因为N元素在通过维持必要的相平衡来提高焊接接头的耐蚀性方面的能力，是其他合金元素无法替代的，而且加入N元素，还会改善焊接接头的力学性能。同时还在药芯中加入了TiO₂、SiO₂、Al₂O₃、Bi₂O₃等来保证焊渣的覆盖和焊缝成型。

另外，通过控制发现，在焊丝中加入Al-Mg合金，其化合物在微观组

织中存在，可以改善接头的冲击性能。

本发明所提供一种用于焊接双相不锈钢药芯焊丝，将药芯粉末以17～24％填充在不锈钢带内，其特征在于，所述的药芯质量百分比成分如下：35～40％的金属铬粉，11～15％的金属钼粉，2～4％的金属镍粉，3～5％的金属锰粉，1～5％的铝镁合金，1～3％的硅铁，4～9％的石英，2～6％的长石，21～30％的金红石，0.5～4％的Al₂O₃，0～5％的锆英石，0.5～3％的Bi₂O₃，0.5～3％的氮化锰。

药芯中成分的作用如下：