[发明专利]一种超高强度全奥氏体不锈钢焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊丝领域技术领域，特别是一种超高强度全奥氏体不锈钢熔化极气体保护焊工艺用焊丝。

背景技术

10CrNi5MoV钢为780MPa级高强度低合金钢，在船舶及武器装备中有大量应用，但是由于该钢合金化程度高，对焊接热循环和冷裂纹十分敏感。为保证结构的安全，预防焊接冷裂纹产生，大刚性、大拘束部位的焊接须采用全奥氏体焊材。目前10CrNi5MoV钢的配套用全奥氏体焊材为手工电焊条，该焊条经过多年改进，其工艺性有很大改善，已用于实船建造。但是该焊条存在几方面重要问题：（1）焊接效率低；（2）磁偏吹现象严重，焊接操作困难，尤其是立焊、仰焊位置操作难度大，焊工劳动强度大；（3）焊接工艺复杂，焊前须预热50～130℃。

采用熔化极气体保护焊工艺能够解决这几方面问题，而该工艺的关键是配套用奥氏体不锈钢焊丝的研制。由于焊缝金属有很高的强韧性要求，要求强度达到705MPa以上、韧性达到83J以上，检索目前不锈钢焊丝的专利，尚未查到能够满足该强韧性要求的全奥氏体焊丝。

现有奥氏体不锈钢焊丝的专利，强度较低或者韧性达不到要求、或者焊缝金属不是全奥氏体组织。如申请号为200710120683.4的“奥氏体-铁素体不锈钢气体保护焊焊丝”专利，其焊缝组织含有20％左右的铁素体，熔敷金属抗拉强度为640MPa，-40℃冲击功仅为55J左右；申请号为201110249532.5的“不锈钢焊接用超低碳奥氏体焊丝材料”专利，其熔敷金属抗拉强度为580～620MPa；申请号为201110249534.4的“一种奥氏体不锈钢用焊丝材料”专利，其熔敷金属抗拉强度为560～680MPa；申请号为200810040897.5的“一种不锈钢焊丝及其焊接工艺”专利，其熔敷金属抗拉强度为960～1020MPa，但是其-40℃冲击功仅为33J左右；申请号为200710025258.7的“车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝”专利，焊丝中采用合适的C、Si、Mn、Cr等合金元素形成一定量的针状铁素体来改善焊接韧性，其焊缝组织不是全奥氏体，并且强度较低（545MPa），不能满足高强度的要求；申请号为99117834.3的“一种低Cr高Mn奥氏体钢焊丝”的专利，该焊丝采用低Cr高Mn，并添加Mo、Ti等元素来减小和抑制焊接Cr5Mo钢时接头熔合界面两侧增C层（焊缝一侧）、贫C层（母材一侧）的产生，提高构件的使用寿命，但其强度较低，只能达到345MPa；申请号为200710100039.0的专利“一种节镍型奥氏体不锈钢焊丝”，在焊丝中加入氮后，焊丝中镍含量降低了2%，降低了焊丝成本，并且使熔敷金属的强度提高了150MPa，低温冲击韧性提高了30J以上，但该焊丝是针对高Cr含量的铁素体不锈钢开发的，其Ni_eq很低（仅为9左右），用于焊接10CrNi5MoV钢时由于母材的稀释作用焊缝中会出现马氏体组织，对焊接冷裂纹很敏感，不能满足大钢性结构的焊接要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超高强度全奥氏体不锈钢焊丝，焊接效率高，工艺性优异，抗裂性良好，解决现有焊丝存在的问题，更适用于对高强高韧性要求较高的大刚性结构焊接以及高强度高硬度难焊接钢种的焊接。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种超高强度全奥氏体不锈钢焊丝，特征在于：化学成分质量百分比组成为：C：0.05～0.11%，Si：0.50～0.90%，Mn：4.0～6.0%，Cr：16.0～19.0%，Ni：19.0～22.0%，Mo：5.0～6.5%，N：0.25～0.35%，V：0.15～0.30%，S≤0.010，P≤0.015%，其余为Fe。

本发明针对780MPa级10CrNi5MoV钢成分及气体保护焊工艺特点，对全奥氏体气体保护焊丝进行成分设计，在限制C含量情况下，主要采用N、Mo、V等元素进行强化；参照带有马氏体边界修正的WRC-1992相组分图，控制Cr_eq与Ni_eq保证焊接10CrNi5MoV钢时焊缝组织能够得到全奥氏体。焊丝中各合金元素，均是在对其作用的分析的基础上，进行不同含量的设计，经过大量焊丝试制确定了焊丝的最终成分。

C是金属强化有效元素之一，为了达到超高强度等级，一定量的C元素是必不可少的，但过高的C含量不但容易使C与Cr等元素形成碳化物，形成贫铬区降低熔敷金属的腐蚀性能，而且冲击性能也受一定影响，同时过高的C含量在焊接过程中也会有热裂倾向。为保证综合性能良好，规定其下限为0.05%，上限为0.11%。