本發(fā)明屬于連續(xù)軋制用焊絲領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于連續(xù)軋制機組中馬氏體不銹鋼焊接的專用焊絲。

背景技術(shù)：

連續(xù)軋制相對于傳統(tǒng)軋制而言提高了作業(yè)效率，減少了軋件對軋機的沖擊，降低了工藝設(shè)備事故和備品備件的消耗，并提高了軋件尺寸精度，因而廣泛應(yīng)用于帶鋼的生產(chǎn)中。但是，連續(xù)軋制時軋板之間的焊縫必須保持足夠的強韌性，否則容易造成軋制斷帶，影響生產(chǎn)效率和成材率，且?guī)砭薮蠼?jīng)濟損失。

馬氏體不銹鋼耐蝕性適中且價格低廉，在核工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、化工機械等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，它以fe-cr-c三元系為基礎(chǔ)，即使在靜止空氣中的冷卻速度也足以發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，在焊接中極易形成以馬氏體為主的焊縫熔合區(qū)及熱影響區(qū)組織。這種組織特征使得馬氏體不銹鋼焊縫韌性嚴(yán)重不足，無法滿足軋制要求，嚴(yán)重限制了馬氏體不銹鋼的生產(chǎn)效率。因此，如何提高馬氏體不銹鋼焊縫韌性，使其滿足連續(xù)軋制要求，是本領(lǐng)域亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于連續(xù)軋制機組中馬氏體不銹鋼焊接的專用焊絲，其通過焊絲成分的合理化設(shè)計，控制焊接熔池中ni、cr、mn元素的分布，促進(jìn)焊縫金屬中奧氏體的形成，抑制馬氏體的生長，提高焊縫韌性，滿足軋制要求，具有適用性強，使用方便等優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種用于連續(xù)軋制機組中馬氏體不銹鋼焊接的專用焊絲，該焊絲的組分及質(zhì)量百分比為：ni60～90wt.％；cr8～30wt.％；mn1～5wt.％；fe0～5wt.％；si0～0.5wt.％；c0～0.1wt.％。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述焊絲的組分及質(zhì)量百分比優(yōu)選為：ni73wt.％；cr22wt.％；mn3.5wt.％；fe1.3wt.％；si0.15wt.％；c0.05wt.％。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述焊絲用于裂紋敏感性高的馬氏體不銹鋼的連續(xù)軋制機組。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述裂紋敏感性高的馬氏體不銹鋼優(yōu)選為2cr13。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述焊絲用于易形成硬脆馬氏體組織的難焊材料的連續(xù)軋制機組。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述易形成硬脆馬氏體組織的難焊材料為高碳鋼或高硅鋼。

本發(fā)明基于焊接燒蝕原理、合金相圖和焊縫凝固結(jié)晶理論對焊絲成分進(jìn)行合理化設(shè)計，達(dá)到控制焊接熔池中ni、cr、mn元素的分布，擴大焊縫合金體系對應(yīng)的奧氏體相區(qū)，增加高溫奧氏體的穩(wěn)定性，并在隨后冷卻過程中抑制奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)殘余奧氏體的形成。殘余奧氏體在形變過程中協(xié)調(diào)應(yīng)力分布，進(jìn)而提高焊縫韌性，實現(xiàn)馬氏體不銹鋼焊縫連續(xù)軋制的目的。本發(fā)明是促進(jìn)馬氏體不銹鋼的帶鋼連續(xù)軋制生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，對減少斷帶率、提高成材率、減低生產(chǎn)成本有重要意義。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點：

1.本發(fā)明的焊絲與馬氏體不銹鋼基體成分匹配良好，可保證焊接工藝的穩(wěn)定性；焊縫韌性優(yōu)良，具有不銹鋼焊接標(biāo)準(zhǔn)的一級焊縫要求和軋制需求，本發(fā)明焊絲的使用使得帶鋼連續(xù)軋制機組生產(chǎn)中的斷帶率小于2‰。

2.本發(fā)明的焊絲不僅可用于裂紋敏感性高的馬氏體不銹鋼的連續(xù)軋制機組，還可用于高碳鋼、高硅鋼等易形成硬脆馬氏體組織的難焊材料的連續(xù)軋制機組。

3.本發(fā)明的焊絲可用于激光焊接、激光-電弧復(fù)合焊接和電弧焊接等各種需要填充焊材的焊接工藝；本發(fā)明的焊絲配方還可以用于焊條、焊料、合金粉末等填充材料的制備。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

焊絲成分是改善焊縫組織和力學(xué)性能的有效手段，通過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)可以借助添加焊材的合金化作用擴大焊縫合金體系對應(yīng)的奧氏體相區(qū)，抑制馬氏體轉(zhuǎn)變，使焊縫在室溫時仍保留大量奧氏體組織，從而改善馬氏體不銹鋼焊縫韌性，實現(xiàn)其連續(xù)軋制。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出一種用于連續(xù)軋制機組中馬氏體不銹鋼焊接的專用焊絲，本發(fā)明配置焊絲時通過加入cr使其與fe-cr-c系馬氏體不銹鋼母材在成分上保持一定兼容性；通過加入奧氏體形成元素ni與mn在最大限度上促進(jìn)奧氏體的形成；同時在進(jìn)行焊絲合金元素配比時充分考慮其與母材成分和焊縫韌性的匹配。

具體的，本發(fā)明提供的一種用于連續(xù)軋制機組中馬氏體不銹鋼焊接的專用焊絲，采用該焊絲，配合適當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù)，能夠獲得韌性優(yōu)良的馬氏體不銹鋼焊縫，實現(xiàn)其連續(xù)軋制機組中的應(yīng)用，其中，該焊絲的組分及質(zhì)量百分比為ni60～90wt.％；cr8～30wt.％；mn1～5wt.％；fe0～5wt.％；si0～0.5wt.％；c0～0.1wt.％，該焊絲可用于采用激光焊接、激光-電弧復(fù)合焊接、電弧焊接等需要填充焊材的焊接工藝的連續(xù)軋制機組中。優(yōu)選的焊絲組分及質(zhì)量百分比為：ni73wt.％；cr22wt.％；mn3.5wt.％；fe1.3wt.％；si0.15wt.％；c0.05wt.％，該組分焊絲能夠用于裂紋敏感性高的馬氏體不銹鋼的連續(xù)軋制機組，也可用于易形成硬脆馬氏體組織的高碳鋼、高硅鋼等難焊材料的連續(xù)軋制機組，并且該組分的焊絲使得焊縫韌性優(yōu)良，可實現(xiàn)馬氏體不銹鋼焊縫的連續(xù)有效軋制。

其中，ni是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體、擴大奧氏體相區(qū)的元素。發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，采用常規(guī)奧氏體不銹鋼焊絲或雙相不銹鋼焊絲后形成少量殘余奧氏體，焊縫韌性雖然有所提高，但其在軋制過程中仍然容易發(fā)生斷裂。結(jié)合上述發(fā)現(xiàn)，并考慮到ni元素能夠有效阻止馬氏體轉(zhuǎn)變，使焊縫中存在奧氏體或殘余奧氏體，提高焊縫韌性，本申請發(fā)明人通過不斷的研究，獲得ni元素含量為60～90wt.％的焊絲，在該含量下焊縫韌性提高顯著，且其軋制性能明顯提高。

cr元素是fe-cr-c系馬氏體不銹鋼主要合金元素之一，是不銹鋼保持耐蝕性的基本元素。為了焊絲成分和母材的兼容性，發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，cr元素含量在8～30wt.％之間時，焊絲與母材具有良好熔合，焊接過程穩(wěn)定。

mn是比較弱的奧氏體形成元素，但具有強烈穩(wěn)定奧氏體的作用。然而，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)其含量低于1wt.％時殘余奧氏體含量提高不顯著，而當(dāng)其含量高于5wt.％時容易促進(jìn)σ相析出而降低焊縫韌性。因此，配制焊絲時mn含量選取1～5wt.％。

fe是fe-cr-c系馬氏體不銹鋼最主要合金元素。在保證焊縫韌性的軋制性能的基礎(chǔ)上，焊絲中fe元素的加入可進(jìn)一步加強焊絲和母材的熔合，提高焊接過程穩(wěn)定性。

si和c是焊絲配制時的雜質(zhì)元素，應(yīng)盡量控制在比較低的水平。

下面通過幾個實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，但本發(fā)明并不僅限于所述實施例的內(nèi)容。

實施例1：

本實施例所采用的焊絲為現(xiàn)有的常規(guī)er316l奧氏體不銹鋼焊絲。

待焊材料為2cr13馬氏體不銹鋼板，厚度為4.0mm，材料成分為：c0.19.wt.％；cr13.29.wt.％；si0.55.wt.％；mn0.35.wt.％；fe85.62.wt.％。

所采用的焊接工藝為激光-電弧復(fù)合焊接。焊接工藝參數(shù)為：激光功率4.0kw，電弧電流86a，電弧電壓18.0v，激光焦距215mm，離焦量-2mm，焊接速度2.5m/min，光絲間距3mm，焊絲干伸長11.0mm，焊槍傾角為50度。焊接過程穩(wěn)定，可以獲得無裂紋、無氣孔等缺陷的優(yōu)質(zhì)焊縫，但焊縫殘余奧氏體含量少，杯突測試中沿著焊縫發(fā)生斷裂，經(jīng)40wt.％壓下量冷軋后焊縫出現(xiàn)明顯貫穿性裂紋。

實施例2：

本實施例所采用的焊絲成分為：ni73wt.％；cr22wt.％；mn3.5wt.％；fe1.3wt.％；si0.15wt.％；c0.05wt.％。

待焊材料與實施例1一致。

所采用的焊接工藝為激光-電弧復(fù)合焊接。焊接工藝參數(shù)為：激光功率4.0kw，電弧電流86a，電弧電壓18.0v，激光焦距215mm，離焦量-2mm，焊接速度2.5m/min，光絲間距3mm，焊絲干伸長11.0mm，焊槍傾角為50度。焊接過程穩(wěn)定，可以獲得無裂紋、無氣孔等缺陷的優(yōu)質(zhì)焊縫，能夠在焊縫內(nèi)部形成足夠韌性的奧氏體組織，使其在杯突測試中垂直于焊縫發(fā)生斷裂(沿母材斷裂)，且通過壓下量為60wt.％的軋制。

實施例3：

本實施例所采用的焊絲成分為：ni60wt.％；cr30wt.％；mn5wt.％；fe4.8wt.％；si0.15wt.％；c0.05wt.％。

待焊材料與實施例1一致。

所采用的焊接工藝為光纖激光填絲焊接。工藝參數(shù)為激光功率5.0kw，激光焦距215mm，離焦量-2mm(激光焦點在試樣表面以下)，焊接速度2.5m/min，光絲間距(激光光斑和焊絲尖端在試樣表面的距離)-2mm，送絲傾角為30度。焊接過程穩(wěn)定，可以獲得無裂紋、無氣孔等缺陷的優(yōu)質(zhì)焊縫，能夠在焊縫內(nèi)部形成足夠韌性的奧氏體組織，使其在杯突測試中垂直于焊縫發(fā)生斷裂(沿母材斷裂)，且通過壓下量為50wt.％的軋制。

實施例4：

本實施例所采用的焊絲成分為：ni90wt.％；cr8wt.％；mn1wt.％；fe0.8wt.％；si0.15wt.％；c0.05wt.％。

待焊材料與實施例1一致。

所采用的焊接工藝為電弧焊接。焊接工藝參數(shù)為：電弧電流144a，電弧電壓21.0v，焊接速度0.8m/min，焊絲干伸長11mm，焊槍傾角為85度。焊接過程穩(wěn)定，可以獲得無裂紋、無氣孔等缺陷的優(yōu)質(zhì)焊縫，能夠在焊縫內(nèi)部形成足夠韌性的奧氏體組織，使其在杯突測試中垂直于焊縫發(fā)生斷裂(沿母材斷裂)，且通過壓下量為45wt.％的軋制。

實施例5：

本實施例所采用的焊絲成分為：ni85wt.％；cr10wt.％；mn3.5wt.％；fe1.3wt.％；si0.15wt.％；c0.05wt.％。

待焊材料為3cr13馬氏體不銹鋼板，厚度為4.0mm，材料成分為：c0.30wt.％；cr13.15wt.％；si0.55wt.％；mn0.55wt.％；fe85.50wt.％。

所采用的焊接工藝為激光-電弧復(fù)合焊接。焊接工藝參數(shù)為：激光功率4.0kw，電弧電流86a，電弧電壓18.0v，激光焦距215mm，離焦量-2mm，焊接速度2.5m/min，光絲間距3mm，焊絲干伸長11.0mm，焊槍傾角為50度。焊接過程穩(wěn)定，可以獲得無裂紋、無氣孔等缺陷的優(yōu)質(zhì)焊縫，能夠在焊縫內(nèi)部形成足夠韌性的奧氏體組織，使其在杯突測試中垂直于焊縫發(fā)生斷裂(沿母材斷裂)，且通過壓下量為50wt.％的軋制。

實施例6：

本實施例所采用的焊絲成分為：ni85wt.％；cr10wt.％；mn4.4wt.％；fe0wt.％；si0.5wt.％；c0.1wt.％。

待焊材料為t8高碳鋼，厚度為4.5mm，材料成分為：c0.80wt.％；cr0.15wt.％；ni0.10wt.％；cu0.15wt.％；fe98.80wt.％。

所采用的焊接工藝為光纖激光填絲焊接。工藝參數(shù)為激光功率5.0kw，激光焦距215mm，離焦量-2mm(激光焦點在試樣表面以下)，焊接速度2.0m/min，光絲間距(激光光斑和焊絲尖端在試樣表面的距離)-2mm，送絲傾角為30度。焊接過程穩(wěn)定，可以獲得無裂紋、無氣孔等缺陷的優(yōu)質(zhì)焊縫，能夠在焊縫內(nèi)部形成足夠韌性的奧氏體組織，使其在杯突測試中垂直于焊縫發(fā)生斷裂(沿母材斷裂)，且通過壓下量為40wt.％的軋制。

實施例7：

本實施例所采用的焊絲成分為：ni70wt.％；cr24wt.％；mn1wt.％；fe5wt.％；si0wt.％；c0wt.％。

待焊材料為高硅鋼，厚度為4.0mm，材料成分為：si3.5wt.％；cr1.7wt.％；mn0.25wt.％；al0.16wt.％；c0.008wt.％；fe94.382wt.％。

所采用的焊接工藝為電弧焊接。焊接工藝參數(shù)為：電弧電流144a，電弧電壓21.0v，焊接速度0.8m/min，焊絲干伸長11mm，焊槍傾角為85度。焊接過程穩(wěn)定，可以獲得無裂紋、無氣孔等缺陷的優(yōu)質(zhì)焊縫，能夠在焊縫內(nèi)部形成足夠韌性的奧氏體組織，使其在杯突測試中垂直于焊縫發(fā)生斷裂(沿母材斷裂)，且通過壓下量為40wt.％的軋制。

以上實施例均可以獲得無裂紋及氣孔等冶金缺陷的優(yōu)質(zhì)焊縫，且在杯突測試中垂直于焊縫發(fā)生斷裂(沿母材斷裂)，通過壓下量至少為40wt.％的軋制。

本發(fā)明通過焊絲成分的合理化設(shè)計，可以控制焊接熔池中ni、cr、mn元素的分布，促進(jìn)焊縫金屬中奧氏體的形成，抑制馬氏體的生長，增加馬氏體大角度取向差比例，最終提高焊縫韌性，滿足軋制要求。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)馬氏體不銹鋼的連續(xù)軋制，對降低馬氏體不銹鋼生產(chǎn)成本，促進(jìn)馬氏體不銹鋼連續(xù)軋制產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。