專利名稱：：時效馬氏體不銹鋼氣體保護焊用焊絲的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于涉及一種用于i5-5ra及其他時效馬氏體不銹鋼氣體保護焊的焊絲。
背景技術：
：15-5PH、17-4PH鋼屬于馬氏體沉淀硬化不銹鋼，這類鋼的Ms點較高，Mf點也在室溫以上，所以經(jīng)過固溶處理后，幾乎可以獲得全部馬氏體組織。同時由于含有在馬氏體中固溶度很小的Cu、Al、Mo、Ti、Nb等強化元素，在低溫回火后可以達到時效強化的效果。15-5PH和17-化H主要靠時效析出的富銅相產(chǎn)生沉淀硬化效果。15-5Kl可以用于制造在大氣條件下工作的承力零件以及與燃料接觸的在30(TC以下工作的零件，如飛機蒙皮、框架、珩條、波形板、油箱等。其最大特點是可以通過調整熱處理制度(淬火溫度、冷卻方式、回火溫度等)，得到不同的強度和韌性配合，從而可以滿足不同零件的需要。這兩種鋼具有良好的焊接性，一般情況下不會產(chǎn)生焊接裂紋，焊接接頭中出現(xiàn)的馬氏體屬于低碳馬氏體，對冷裂紋也不敏感。在拘束度不大的情況下，一般不需要焊前預熱及緩冷。時效馬氏體不銹鋼通常采用同質焊絲焊接，如日本Fujita等人采用同質填充絲焊接了高速客船的15-5ra鋼水翼。但是由于15-5ra是在17-4ra基礎上為提高塑韌性加以改進而獲得的，它降低了鉻當量而提高了鎳當量，消除了S鐵素體，因此也失去了S鐵素體對降低熱裂紋的有利作用。采用不填絲方法(如激光焊、電子束焊)和同質填充材料焊接15-5K1時，因焊縫中無S鐵素體形成傾向容易發(fā)生熱裂紋。不填絲激光焊接15-5K1和HP9-4-20鋼時因形成NbC-奧氏體共晶組分而發(fā)生熱裂紋[M.J.Cieslak.WeldingResearchSupplement.1987，F(xiàn)eb.，57s]。目前焊接15-5PH通常推薦采用17-4Kl材質焊絲[美國焊接學會編.焊接手冊，第四巻，第7版，P188.北京機械工業(yè)出版社，1991]，采用這種焊絲焊接15-5K1因焊縫出現(xiàn)一定數(shù)量的S鐵素體，對焊接熱裂紋有高的抵抗力，但采用這種焊絲存在焊縫韌塑性降低以及焊縫與母材耐蝕性不匹配的缺點。采用17-4ra材質焊絲焊接15-5ra鋼的焊縫馬氏體組織中會形成一定數(shù)量的高Cr含量的S鐵素體，該相在回火過程中進一步分解析出非常脆的富Cr相，惡化焊縫的力學性能，尤其會對焊縫的沖擊韌性造成不利影響；同時由于焊縫及熱影響區(qū)的組織狀態(tài)與母材存在差異，抗腐蝕能力降低，尤其是抗應力腐蝕能力降低明顯。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于15-5ra鋼焊接的既可保持焊縫韌塑性又能提高焊縫熱裂紋抗力的時效馬氏體不銹鋼氣體保護焊的焊絲。本發(fā)明的技術解決方案是，焊絲成分的重量百分比為CO.01-0.09，Si0.2-0.6，Mn0.2-1.0，P《0.025，S《0.025，Cr14-17，Ni4.2-5.8，Cu3.0_4.0，Nb0.1_0.5，Mo《0.75，余為Fe;焊絲的制備方法是(1)采用真空感應爐冶煉焊絲鋼，其工藝條件真空度O.110Pa，精煉溫度15301590。C，精煉時間515分鐘，澆注溫度，14601550°C;(2)采用真空自耗重熔焊絲鋼，其工藝條件真空度0.11.0Pa，電壓2035V，電流密度150200A/cm2，熔煉速度5.010.Ocm/min;(3)將重熔后的鑄錠去縮孔、車表皮后，進行開坯鍛造，鍛造規(guī)范為加熱溫度1150°C士l(TC，保溫60min，逐漸增加變形量，鍛成方棒；(4)將開坯鍛后的方棒自由鍛為棒材，自由鍛造規(guī)范為113(TC士1(TC，保溫2040min，保溫時間隨棒材橫截面的減小而縮短；(5)將自由鍛后的棒材熱連軋細棒材，熱連軋規(guī)范為加熱溫度90(TC95(TC，保溫12h;(6)將熱軋后的細棒材在拉絲設備上進行拉拔，在拉絲過程中，對細棒材進行中間退火處理，退火規(guī)范為加熱溫度620°C65(TC，保溫12h，直至將其拉拔為目標尺寸的焊絲；(7)焊絲酸洗，首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定徑，再用25%30%HN03水溶液光亮處理；上述本發(fā)明的技術原理為通過調整焊絲中的鉻當量Ci^和鎳當量Ni^，控制焊縫中的S鐵素體數(shù)量，使其以較少量和非連續(xù)態(tài)出現(xiàn)于高溫階段的奧氏體多晶粒交界和晶界處，利用其對P、S等雜質的溶解和阻礙偏析液態(tài)膜的潤濕降低熱裂敏感性，利用常溫狀態(tài)下殘留的s鐵素體提高接頭抗晶間腐蝕和抗應力腐蝕能力。Ci^提高幅度應有所限制，避免出現(xiàn)富鉻S鐵素體。適當降低鉻當量Creq和提高鎳當量Nieq避免在馬氏體組織中形成鐵素體網(wǎng)。適當提高焊絲的含碳量，使其與碳化物形成元素在焊縫中造成奧氏體與碳化物的雙相組織，提高抗熱裂性能。同時利用碳含量可顯著提高鎳當量Ni^的作用調整焊絲的Nieq。采用真空自耗重熔提高焊絲純凈度，降低焊絲氣體含量和S、P、Si含量，降低和彌散焊絲中的夾雜，以此控制焊縫凝固偏析和晶間低熔點液態(tài)膜，從而提高焊縫抗熱裂紋能力。同時也有利于保持焊縫的韌塑性。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果采用本發(fā)明的焊絲焊接15-5ra鋼焊接性良好，能有效防止焊接熱裂紋的發(fā)生；接頭強度得到保持，接頭強度系數(shù)達到90%以上，韌塑性得到改善，沖擊韌度達到母材70%以上；接頭同時具備良好的耐蝕性和抗應力腐蝕性能，接頭應力腐蝕斷裂韌度KISCC達到母材75%以上。具體實施例方式選取焊絲合金成分(wt%):C0.01-0.09，Si0.2-0.6，Mn0.2-1.0，P《0.025，S《0.025，Cr14-17，Ni4.2-5.8，Cu3.0-4.0，Nb0.1-0.5，Mo《0.75，余為Fe。焊絲的制備方法是(1)爐料配比根據(jù)各元素的目標含量和熔煉燒損系數(shù)，確定各原料的配比。(2)采用真空感應爐冶煉焊絲鋼，其工藝條件真空度O.110Pa，精煉溫度15301590。C，精煉時間515分鐘，澆注溫度，14601550°C。(3)采用真空自耗電弧爐重熔焊絲鋼，其工藝條件真空度O.1l.OPa，電壓2035V，電流密度150200A/cm2，熔煉速度5.010.Ocm/min。(3)開坯鍛造將鑄錠去縮孔、車表皮后，進行開坯鍛造，鍛造規(guī)范為加熱溫度1150°C±10°C，保溫60min，逐漸增加變形量，鍛成方棒。(4)自由鍛造將開坯鍛造后的方棒自由鍛為棒材，自由鍛造規(guī)范為113(TC士1(TC，保溫2040min，保溫時間隨棒材橫截面的減小而相應縮短。(5)熱軋將自由鍛后的棒材熱連軋細棒材，熱連軋規(guī)范為加熱溫度90(TC95(TC，保溫12h。(6)拉拔焊絲將熱軋后的細棒材在拉絲設備上進行拉拔，在拉絲過程中，對細棒材進行中間退火處理，退火規(guī)范為加熱溫度620°C65(TC，保溫12h。直至將其拉拔為目標尺寸的焊絲。(7)焊絲酸洗首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定徑，再用25%30%HN03水溶液光亮處理。實施例分別制備5個焊絲，焊絲組成分別采用表1中的組份。表1焊絲成分(wt.%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>(1)爐料配比根據(jù)各元素的目標含量和熔煉燒損系數(shù)，確定各原料的配比。(2)采用真空感應爐冶煉焊絲鋼。其工藝條件真空度O.110Pa，精煉溫度15301590。C，精煉時間515分鐘，澆注溫度，14601550°C。(3)采用真空自耗電弧爐重熔焊絲鋼。其工藝條件真空度O.1l.OPa，電壓2035V，電流密度150200A/cm2，熔煉速度5.010.Ocm/min。(3)開坯鍛造將鑄錠去縮孔、車表皮后，進行開坯鍛造，鍛造規(guī)范為加熱溫度1150°C士1(TC，保溫60min，逐漸增加變形量，鍛成方棒。(4)自由鍛造將開坯鍛造后的方棒自由鍛為棒材，自由鍛造規(guī)范為113(TC士1(TC，保溫2040min，保溫時間隨棒材橫截面的減小而相應縮短。(5)熱軋將自由鍛后的棒材熱連軋細棒材，熱連軋規(guī)范為加熱溫度90(TC95(TC，保溫12h。(6)拉拔焊絲將熱軋后的細棒材在拉絲設備上進行拉拔，在拉絲過程中，對細棒材進行中間退火處理，退火規(guī)范為加熱溫度620°C65(TC，保溫12h。直至將其拉拔為小1.6焊絲，(7)焊絲酸洗首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定徑，再用25%30%HN03水溶液光亮處理。焊接時，采用自動鎢極氬弧焊工藝對厚度為S15mm的15_5^鋼進行對接。焊接規(guī)范為坡口為X形坡口，經(jīng)打底焊和正反面各3道焊焊滿坡口，電流I=180200A，焊接速度v=100140mm/min，送絲速度為0.30.5m/min，氬氣流量為1012L/min;打底焊焊接電流I=120140A，焊接速度v=120140mm/min，送絲速度為0.30.4m/miru焊后進行熱處理，規(guī)范為1040。CX40min，AC;480。CXlh，AC。接頭的室溫拉伸和沖擊性能測試結果由表2給出。5個焊絲焊接15-5ra鋼接頭強度系數(shù)均大于90%，同時具備較高的塑性和沖擊韌度。較大的試板厚度(S15mm)和在夾具中施焊造成了較大的拘束度，但在打底焊和后續(xù)焊道焊接過程中均無裂紋發(fā)生，焊后X光檢查也未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部裂紋，說明焊絲的抗裂性良好。表2采用4個焊絲焊接15-5K1鋼的接頭室溫拉伸和沖擊性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權利要求一種時效馬氏體不銹鋼氣體保護焊的焊絲，其特征在于，焊絲成分的重量百分比為C0.01-0.09，Si0.2-0.6，Mn0.2-1.0，P≤0.025，S≤0.025，Cr14-17，Ni4.2-5.8，Cu3.0-4.0，Nb0.1-0.5，Mo≤0.75，余為Fe；焊絲的制備方法是(1)采用真空感應爐冶煉焊絲鋼，其工藝條件真空度0.1～10Pa，精煉溫度1530～1590℃，精煉時間5～15分鐘，澆注溫度，1460～1550℃；(2)采用真空自耗重熔焊絲鋼，其工藝條件真空度0.1～1.0Pa，電壓20～35V，電流密度150～200A/cm2，熔煉速度5.0～10.0cm/min；(3)將重熔后的鑄錠去縮孔、車表皮后，進行開坯鍛造，鍛造規(guī)范為加熱溫度1150℃±10℃，保溫60min，逐漸增加變形量，鍛成方棒；(4)將開坯鍛后的方棒自由鍛為棒材，自由鍛造規(guī)范為1130℃±10℃，保溫20～40min，保溫時間隨棒材橫截面的減小而縮短；(5)將自由鍛后的棒材熱連軋細棒材，熱連軋規(guī)范為加熱溫度900～950℃，保溫1～2h；(6)將熱軋后的細棒材在拉絲設備上進行拉拔，在拉絲過程中，對細棒材進行中間退火處理，退火規(guī)范為加熱溫度620～650℃，保溫1～2h，直至將其拉拔為目標尺寸的焊絲；(7)焊絲酸洗，首先采用HCl+HNO3+H2SO4水溶液定徑，再用25％～30％HNO3水溶液光亮處理；2.根據(jù)權利要求l所述的時效馬氏體不銹鋼氣體保護焊的焊絲，其特征在于焊絲成分的重量百分比為:C0.05-0.09，Si0.2-0.6，MnO.2-0.8，P《0.020，S《0.020，Cr15-15.8，Ni5.0-5.8，Cu3.0-4.0，NbO.20-0.50，Mo《0.50，余為Fe。3.根據(jù)權利要求l所述的時效馬氏體不銹鋼氣體保護焊的焊絲，其特征在于焊絲成分的重量百分比為:C0.01-0.06，Si0.2-0.6，MnO.2-0.8，P《0.025，S《0.025，Cr15.3-16.0，Ni4.5-5.2，Cu3.0—4.0，NbO.15—0.30，Mo《0.50，余為Fe。全文摘要本發(fā)明涉及一種適合于時效馬氏體不銹鋼焊接用焊絲。該焊絲的化學組成成分的重量百分比為C0.01-0.09，Si0.2-0.6，Mn0.2-1.0，P≤0.025，S≤0.025，Cr14-17，Ni4.2-5.8，Cu3.0-4.0，Nb0.1-0.5，Mo≤0.75，余為Fe。本發(fā)明焊絲用于焊接15-5PH時效馬氏體不銹鋼可避免在焊縫馬氏體組織中形成鐵素體網(wǎng)，使接頭塑性和韌性得以保持，同時還具備優(yōu)良的焊接性，能有效避免焊接熱裂紋。本發(fā)明焊絲焊接15-5PH不銹鋼后經(jīng)完全熱處理，具有良好的綜合性能，適合于航空工業(yè)及其他工業(yè)領域時效馬氏體不銹鋼的氣體保護焊。文檔編號B23K35/30GK101704169SQ20091022350公開日2010年5月12日申請日期2009年11月23日優(yōu)先權日2009年11月23日發(fā)明者劉文慧,周標,張學軍,張文揚,熊華平,郭紹慶,陳云峰申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院