专利名称：：时效马氏体不锈钢气体保护焊用焊丝的制作方法
技术领域：
：本发明属于涉及一种用于i5-5ra及其他时效马氏体不锈钢气体保护焊的焊丝。
背景技术：
：15-5PH、17-4PH钢属于马氏体沉淀硬化不锈钢，这类钢的Ms点较高，Mf点也在室温以上，所以经过固溶处理后，几乎可以获得全部马氏体组织。同时由于含有在马氏体中固溶度很小的Cu、Al、Mo、Ti、Nb等强化元素，在低温回火后可以达到时效强化的效果。15-5PH和17-化H主要靠时效析出的富铜相产生沉淀硬化效果。15-5Kl可以用于制造在大气条件下工作的承力零件以及与燃料接触的在30(TC以下工作的零件，如飞机蒙皮、框架、珩条、波形板、油箱等。其最大特点是可以通过调整热处理制度(淬火温度、冷却方式、回火温度等)，得到不同的强度和韧性配合，从而可以满足不同零件的需要。这两种钢具有良好的焊接性，一般情况下不会产生焊接裂纹，焊接接头中出现的马氏体属于低碳马氏体，对冷裂纹也不敏感。在拘束度不大的情况下，一般不需要焊前预热及缓冷。时效马氏体不锈钢通常采用同质焊丝焊接，如日本Fujita等人采用同质填充丝焊接了高速客船的15-5ra钢水翼。但是由于15-5ra是在17-4ra基础上为提高塑韧性加以改进而获得的，它降低了铬当量而提高了镍当量，消除了S铁素体，因此也失去了S铁素体对降低热裂纹的有利作用。采用不填丝方法(如激光焊、电子束焊)和同质填充材料焊接15-5K1时，因焊缝中无S铁素体形成倾向容易发生热裂纹。不填丝激光焊接15-5K1和HP9-4-20钢时因形成NbC-奥氏体共晶组分而发生热裂纹[M.J.Cieslak.WeldingResearchSupplement.1987，Feb.，57s]。目前焊接15-5PH通常推荐采用17-4Kl材质焊丝[美国焊接学会编.焊接手册，第四巻，第7版，P188.北京机械工业出版社，1991]，采用这种焊丝焊接15-5K1因焊缝出现一定数量的S铁素体，对焊接热裂纹有高的抵抗力，但采用这种焊丝存在焊缝韧塑性降低以及焊缝与母材耐蚀性不匹配的缺点。采用17-4ra材质焊丝焊接15-5ra钢的焊缝马氏体组织中会形成一定数量的高Cr含量的S铁素体，该相在回火过程中进一步分解析出非常脆的富Cr相，恶化焊缝的力学性能，尤其会对焊缝的冲击韧性造成不利影响；同时由于焊缝及热影响区的组织状态与母材存在差异，抗腐蚀能力降低，尤其是抗应力腐蚀能力降低明显。
发明内容本发明的目的是提供一种用于15-5ra钢焊接的既可保持焊缝韧塑性又能提高焊缝热裂纹抗力的时效马氏体不锈钢气体保护焊的焊丝。本发明的技术解决方案是，焊丝成分的重量百分比为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，余为Fe;焊丝的制备方法是(1)采用真空感应炉冶炼焊丝钢，其工艺条件真空度O.110Pa，精炼温度15301590。C，精炼时间515分钟，浇注温度，14601550°C;(2)采用真空自耗重熔焊丝钢，其工艺条件真空度0.11.0Pa，电压2035V，电流密度150200A/cm2，熔炼速度5.010.Ocm/min;(3)将重熔后的铸锭去縮孔、车表皮后，进行开坯锻造，锻造规范为加热温度1150°C士l(TC，保温60min，逐渐增加变形量，锻成方棒；(4)将开坯锻后的方棒自由锻为棒材，自由锻造规范为113(TC士1(TC，保温2040min，保温时间随棒材横截面的减小而縮短；(5)将自由锻后的棒材热连轧细棒材，热连轧规范为加热温度90(TC95(TC，保温12h;(6)将热轧后的细棒材在拉丝设备上进行拉拔，在拉丝过程中，对细棒材进行中间退火处理，退火规范为加热温度620°C65(TC，保温12h，直至将其拉拔为目标尺寸的焊丝；(7)焊丝酸洗，首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定径，再用25%30%HN03水溶液光亮处理；上述本发明的技术原理为通过调整焊丝中的铬当量Ci^和镍当量Ni^，控制焊缝中的S铁素体数量，使其以较少量和非连续态出现于高温阶段的奥氏体多晶粒交界和晶界处，利用其对P、S等杂质的溶解和阻碍偏析液态膜的润湿降低热裂敏感性，利用常温状态下残留的s铁素体提高接头抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀能力。Ci^提高幅度应有所限制，避免出现富铬S铁素体。适当降低铬当量Creq和提高镍当量Nieq避免在马氏体组织中形成铁素体网。适当提高焊丝的含碳量，使其与碳化物形成元素在焊缝中造成奥氏体与碳化物的双相组织，提高抗热裂性能。同时利用碳含量可显著提高镍当量Ni^的作用调整焊丝的Nieq。采用真空自耗重熔提高焊丝纯净度，降低焊丝气体含量和S、P、Si含量，降低和弥散焊丝中的夹杂，以此控制焊缝凝固偏析和晶间低熔点液态膜，从而提高焊缝抗热裂纹能力。同时也有利于保持焊缝的韧塑性。本发明具有的优点和有益效果采用本发明的焊丝焊接15-5ra钢焊接性良好，能有效防止焊接热裂纹的发生；接头强度得到保持，接头强度系数达到90%以上，韧塑性得到改善，冲击韧度达到母材70%以上；接头同时具备良好的耐蚀性和抗应力腐蚀性能，接头应力腐蚀断裂韧度KISCC达到母材75%以上。具体实施例方式选取焊丝合金成分(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，余为Fe。焊丝的制备方法是(1)炉料配比根据各元素的目标含量和熔炼烧损系数，确定各原料的配比。(2)采用真空感应炉冶炼焊丝钢，其工艺条件真空度O.110Pa，精炼温度15301590。C，精炼时间515分钟，浇注温度，14601550°C。(3)采用真空自耗电弧炉重熔焊丝钢，其工艺条件真空度O.1l.OPa，电压2035V，电流密度150200A/cm2，熔炼速度5.010.Ocm/min。(3)开坯锻造将铸锭去縮孔、车表皮后，进行开坯锻造，锻造规范为加热温度1150°C±10°C，保温60min，逐渐增加变形量，锻成方棒。(4)自由锻造将开坯锻造后的方棒自由锻为棒材，自由锻造规范为113(TC士1(TC，保温2040min，保温时间随棒材横截面的减小而相应縮短。(5)热轧将自由锻后的棒材热连轧细棒材，热连轧规范为加热温度90(TC95(TC，保温12h。(6)拉拔焊丝将热轧后的细棒材在拉丝设备上进行拉拔，在拉丝过程中，对细棒材进行中间退火处理，退火规范为加热温度620°C65(TC，保温12h。直至将其拉拔为目标尺寸的焊丝。(7)焊丝酸洗首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定径，再用25%30%HN03水溶液光亮处理。实施例分别制备5个焊丝，焊丝组成分别采用表1中的组份。表1焊丝成分(wt.%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>(1)炉料配比根据各元素的目标含量和熔炼烧损系数，确定各原料的配比。(2)采用真空感应炉冶炼焊丝钢。其工艺条件真空度O.110Pa，精炼温度15301590。C，精炼时间515分钟，浇注温度，14601550°C。(3)采用真空自耗电弧炉重熔焊丝钢。其工艺条件真空度O.1l.OPa，电压2035V，电流密度150200A/cm2，熔炼速度5.010.Ocm/min。(3)开坯锻造将铸锭去縮孔、车表皮后，进行开坯锻造，锻造规范为加热温度1150°C士1(TC，保温60min，逐渐增加变形量，锻成方棒。(4)自由锻造将开坯锻造后的方棒自由锻为棒材，自由锻造规范为113(TC士1(TC，保温2040min，保温时间随棒材横截面的减小而相应縮短。(5)热轧将自由锻后的棒材热连轧细棒材，热连轧规范为加热温度90(TC95(TC，保温12h。(6)拉拔焊丝将热轧后的细棒材在拉丝设备上进行拉拔，在拉丝过程中，对细棒材进行中间退火处理，退火规范为加热温度620°C65(TC，保温12h。直至将其拉拔为小1.6焊丝，(7)焊丝酸洗首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定径，再用25%30%HN03水溶液光亮处理。焊接时，采用自动钨极氩弧焊工艺对厚度为S15mm的15_5^钢进行对接。焊接规范为坡口为X形坡口，经打底焊和正反面各3道焊焊满坡口，电流I=180200A，焊接速度v=100140mm/min，送丝速度为0.30.5m/min，氩气流量为1012L/min;打底焊焊接电流I=120140A，焊接速度v=120140mm/min，送丝速度为0.30.4m/miru焊后进行热处理，规范为1040。CX40min，AC;480。CXlh，AC。接头的室温拉伸和冲击性能测试结果由表2给出。5个焊丝焊接15-5ra钢接头强度系数均大于90%，同时具备较高的塑性和冲击韧度。较大的试板厚度(S15mm)和在夹具中施焊造成了较大的拘束度，但在打底焊和后续焊道焊接过程中均无裂纹发生，焊后X光检查也未发现内部裂纹，说明焊丝的抗裂性良好。表2采用4个焊丝焊接15-5K1钢的接头室温拉伸和冲击性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求一种时效马氏体不锈钢气体保护焊的焊丝，其特征在于，焊丝成分的重量百分比为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，余为Fe；焊丝的制备方法是(1)采用真空感应炉冶炼焊丝钢，其工艺条件真空度0.1～10Pa，精炼温度1530～1590℃，精炼时间5～15分钟，浇注温度，1460～1550℃；(2)采用真空自耗重熔焊丝钢，其工艺条件真空度0.1～1.0Pa，电压20～35V，电流密度150～200A/cm2，熔炼速度5.0～10.0cm/min；(3)将重熔后的铸锭去缩孔、车表皮后，进行开坯锻造，锻造规范为加热温度1150℃±10℃，保温60min，逐渐增加变形量，锻成方棒；(4)将开坯锻后的方棒自由锻为棒材，自由锻造规范为1130℃±10℃，保温20～40min，保温时间随棒材横截面的减小而缩短；(5)将自由锻后的棒材热连轧细棒材，热连轧规范为加热温度900～950℃，保温1～2h；(6)将热轧后的细棒材在拉丝设备上进行拉拔，在拉丝过程中，对细棒材进行中间退火处理，退火规范为加热温度620～650℃，保温1～2h，直至将其拉拔为目标尺寸的焊丝；(7)焊丝酸洗，首先采用HCl+HNO3+H2SO4水溶液定径，再用25％～30％HNO3水溶液光亮处理；2.根据权利要求l所述的时效马氏体不锈钢气体保护焊的焊丝，其特征在于焊丝成分的重量百分比为: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，余为Fe。3.根据权利要求l所述的时效马氏体不锈钢气体保护焊的焊丝，其特征在于焊丝成分的重量百分比为: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，余为Fe。全文摘要本发明涉及一种适合于时效马氏体不锈钢焊接用焊丝。该焊丝的化学组成成分的重量百分比为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，余为Fe。本发明焊丝用于焊接15-5PH时效马氏体不锈钢可避免在焊缝马氏体组织中形成铁素体网，使接头塑性和韧性得以保持，同时还具备优良的焊接性，能有效避免焊接热裂纹。本发明焊丝焊接15-5PH不锈钢后经完全热处理，具有良好的综合性能，适合于航空工业及其他工业领域时效马氏体不锈钢的气体保护焊。文档编号B23K35/30GK101704169SQ20091022350公开日2010年5月12日申请日期2009年11月23日优先权日2009年11月23日发明者刘文慧,周标,张学军,张文扬,熊华平,郭绍庆,陈云峰申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院