专利名称：高硅超低碳不锈钢焊丝及其水平连铸连轧连拔制造方法
技术领域：
本发明属于化工行业领域具有强的耐酸性腐蚀能力的高硅超低碳奥氏体不锈钢 焊丝及其制造技术，特别是一种高硅超低碳不锈钢焊丝及其水平连铸连轧连拔制造方法。
背景技术：
奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，耐腐蚀能力强，良好的焊接性以及 具有很好的耐久性。但在役的奥氏体不锈钢焊接结构中，焊接接头出现裂纹和腐蚀破坏等 问题，影响了结构的正常使用和安全性，还造成了经济损失。在奥氏体不锈钢焊接过程中， 存在的主要问题是焊接接头晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、焊接接头热裂纹和焊接接头的力学 性能匹配。晶间腐蚀是奥氏体不锈钢焊接接头很危险的破坏形式，主要出现在焊缝的3个 部位，分别是焊缝晶间腐蚀、母材上敏化区晶间腐蚀和刀蚀。晶间腐蚀的发生与焊缝金属的 碳含量有密切关系，碳含量越大，容易沉淀出铬碳化物Cr23C6,晶间腐蚀倾向越大，因此降低 焊接材料的碳含量是有效防止焊缝晶间腐蚀的方法。高硅奥氏体不锈钢对于高温浓硫酸、浓硝酸等强酸具有良好的耐腐蚀性。硅合金 化可大大提高钢的腐蚀电位，表面生成稳定的SiO2保护膜，显著提高不锈钢的耐腐蚀性能。 硅可降低碳在不锈钢中的溶解度，大量的硅可使碳从固溶体中析出。这些游离碳将与不锈 钢中的铬结合，降低钢的耐蚀性能，促进晶间腐蚀的产生。所以，本发明的焊丝材料是超低 碳高硅奥氏体不锈钢。本发明为强化焊接材料的抗腐蚀能力，同时获得焊缝金属良好的力 学性能，在成分设计时添加了微量元素铌和稀土元素，在降低碳含量的条件下使焊缝耐晶 间腐蚀能力进一步提高，微量元素和稀土元素对焊丝材料的强度和塑性均起到提高作用。在充分考虑焊缝金属耐腐蚀前提下，为了得到焊缝金属强度和母材强度相近的焊 丝材料，需要对焊缝金属添加必要的合金元素进行成分补偿，目的在于得到焊缝处金属与 母材成分和性能更接近的效果。在对如00Crl4Nil4Si4奥氏体不锈钢焊接时，普通不锈钢 难以实现熔敷金属具有良好韧性、强度、耐腐蚀和冷裂纹敏感性低等综合性能。目前，国内的超低碳奥氏体不锈钢焊接材料，如，H00Cr21Nil0、H0Crl9Nil2Mo2等 焊丝含碳量实物水平为0. 03%左右，而国外名牌产品实物水平为0. 01 0. 02%。中国专利 200710025258. 7公开的一种奥氏体不锈钢焊丝，其碳含量在0. 03%左右，硅含量在0. 5 0. 9，其焊丝合金成分不含稀土元素和微量元素。中国专利92102650. 1公开的一种超低碳 奥氏体不锈钢焊条，其碳含量在0. 03%左右，硅含量在0. 5 0. 9，焊丝合金不含稀土元素 和微量元素。现有不锈钢焊丝在碳含量上仍不能满足焊缝熔敷金属超低碳的需求，在保证 低碳的同时提高力学性能是需要耐腐蚀焊丝的又一突出问题。现有焊丝成分设计对于超低 碳和具有良好合金化的焊接金属仍不能满足要求。对于超低碳高合金含量的合金，一般采用配料冶炼、铸造、轧制和拉拔等几个步骤 进行。本发明提出对本发明设计的焊丝材料运用水平连铸连轧连拔工艺进行制造，由于本 发明设计的焊丝材料合金种类多且含量高，采用水平连铸制造合金铸坯对技术和工艺由严 格要求，现有技术水平难以实现。应用本发明合金配料进行真空电炉冶炼获得钢水，设计一种真空吹氧炉外精炼和中间包精炼、氮气流加热净化钢水技术。钢水经水平连铸获得铸坯， 铸坯经多道次连轧和连拔，利用保护气氛退火得到本发明所述的焊丝成品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硅超低碳不锈钢焊丝及其水平连铸连轧连拔制造 方法，运用这种焊丝材料和制造工艺可以获得具有优异的抗酸性腐蚀、焊缝熔敷金属冷裂 纹敏感小、焊缝金属与母材性能接近的超低碳含微量元素与稀土的焊丝材料。实现本发明目的的技术解决方案为一种高硅超低碳不锈钢焊丝，采用Fe-Ni-Cr 合金系统，将以下化学成分的原料进行熔炼、水平连铸、连轧、连拔而成c 0. 005-0. 02， Si 4. 5-6. 5，Mn :0· 50-1. 00，P 彡 0. 02，S 彡 0. 020，Cr :16· 50-18. 50，Ni :14· 50-16. 50， Mo 彡 0. 5，N < 0. 045，Cu < 0. 40，Nb 0. 15-0. 25，RE 0. 02-0. 05，余量为 Fe 及其他不可避 免的杂质元素，上述化学成分的单位为重量百分比。一种制备高硅超低碳不锈钢焊丝的水平连铸连轧连拔方法，步骤如下(1)按照设计的焊丝成分配料，利用真空电炉熔炼，对钢水进行脱硫、脱磷和去除 有害杂质处理，使C <0.3%，出钢温度T彡1680°C，设计的焊丝成分为(wt%)C 0. 005-0. 015、Si 0. 3-1. 2、Mn 0. 45-1. 20、P 彡 0. 02、S 彡 0. 020、Cr 18. 50-19. 50,Ni 11. 50-13. 50、N :< 0. 045,Cu < 0. 40,Nb 0. 1-0. 2,RE 0. 03-0. 06，余量 为Fe及其他不可避免的杂质元素；(2)利用AOD进行炉外精炼，净化钢水，使用真空吹氧技术脱碳，达到C < 0. 01%， 并进行中间包浇铸；(3)采用水平连铸技术，对中间包钢水进一步精炼，采用电磁驱动离心流动中间 包，净化钢水，消除气孔，并氮气流加热防氧化，利用高温快速光纤比色测温技术测定钢水 温度，铸坯出结晶器温度1320-1330°C ；(4)连续轧制，水平连铸钢坯经冷却在960°C开始进行次轧制；(5)连续拉拔，在950°C -980°C进行保护气氛退火处理，进行拉拔一退火一拉拔循 环工艺，获得成品焊丝。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)高的硅含量显著提高不锈钢的耐高温、 高浓度硝酸和硫酸腐蚀的性能；超低碳含量使熔敷金属的耐晶间腐蚀能力提高，冷裂纹倾 向减弱；镍和稀土等合金元素使熔敷金属同时具有高的抗拉强度和良好的塑韧性，显著优 于同类标准焊接材料的性能。(2)焊丝材料成分体系可以广泛应用于奥氏体不锈钢、铁素 体+奥氏体双相不锈钢等钢种的焊接中，有效解决了铁素体类不锈钢抗拉强度和延伸率低 的问题，提高了材料使用性能和寿命，有效的降低使用成本。(3)加入了微量元素铌，铌作 为不锈钢中强烈形成碳、氮化合物的稳定化元素，可有效防止钢中铬与碳结合形成铬碳化 合物而引起的铬的浓度降低导致耐晶间腐蚀性下降，同时铌在不锈钢中还有强化作用。(4) 焊丝材料与通常高强焊丝相比，由于成分设计合理，使焊缝金属的淬硬性显著降低，焊接高 强度钢时可进一步降低预热温度或采用无预热焊接。(5)采用水平连铸连轧连拔工艺和技 术制造焊丝，具有流程短，投资少，产品质量高等优点，与现有冶炼、锻造、轧制和拉拔工序 分离相比，具有明显的技术和经济优势。本发明与现有技术的E316，E317两种型号焊丝成分对比如表1所示。
表 权利要求
一种高硅超低碳不锈钢焊丝，其特征在于采用Fe Ni Cr合金系统，将以下化学成分的原料进行熔炼、水平连铸、连轧、连拔而成C0.005 0.02，Si4.5 6.5，Mn0.50 1.00，P≤0.02，S≤0.020，Cr16.50 18.50，Ni14.50 16.50，Mo≤0.5，N＜0.045，Cu＜0.40，Nb0.15 0.25，RE0.02 0.05，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素，上述化学成分的单位为重量百分比。
2.一种制备高硅超低碳不锈钢焊丝的水平连铸连轧连拔方法，其特征在于步骤如下(1)按照设计的焊丝成分配料，利用真空电炉熔炼，对钢水进行脱硫、脱磷和去除有害 杂质处理，使C < 0. 3%，出钢温度T彡1680°C，设计的焊丝成分为C 0. 005-0. 015、Si 0. 3-1. 2、Mn 0. 45-1. 20、P 彡 0. 02、S 彡 0. 020、Cr 18. 50-19. 50,Ni 11. 50-13. 50、N :< 0. 045,Cu < 0. 40,Nb 0. 1-0. 2,RE 0. 03-0. 06，余量 为Fe及其他不可避免的杂质元素，上述化学成分的单位为重量百分比(wt%)；(2)利用AOD进行炉外精炼，净化钢水，使用真空吹氧技术脱碳，达到C< 0. 01 %，并进 行中间包浇铸；(3)采用水平连铸技术，对中间包钢水进一步精炼，采用电磁驱动离心流动中间包，净 化钢水，消除气孔，并氮气流加热防氧化，利用高温快速光纤比色测温技术测定钢水温度， 铸坯出结晶器温度1320-1330°C ；(4)连续轧制，水平连铸钢坯经冷却在960°C开始进行次轧制；(5)连续拉拔，在950°C-980°C进行保护气氛退火处理，进行拉拔-退火-拉拔循环工 艺，获得成品焊丝。
3.根据权利要求1所述的超低碳稀土不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于利用AOD在 1680-1700°C进行炉外精炼，在1590-1600°C进行中间包浇铸。
4.根据权利要求1所述的超低碳稀土不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于测定的钢水 温度控制在1590-1595°C。
全文摘要
本发明公开了一种高硅超低碳不锈钢焊丝及其水平连铸连轧连拔制造方法，按照设计的焊丝成分配料，利用真空电炉熔炼，对钢水进行脱硫、脱磷和去除有害杂质处理，设计的焊丝成分为C0.005-0.015、Si0.3-1.2、Mn0.45-1.20、P≤0.02、S≤0.020、Cr18.50-19.50、Ni11.50-13.50、N＜0.045、Cu＜0.40、Nb0.1-0.2、RE0.03-0.06，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素；利用AOD进行炉外精炼，并进行中间包浇铸；采用水平连铸技术，对中间包钢水进一步精炼，铸坯出结晶器温度1320-1330℃；连续轧制，水平连铸钢坯经冷却在960℃开始进行次轧制；连续拉拔，在950℃-980℃进行保护气氛退火处理，获得成品焊丝。本发明高的硅含量显著提高不锈钢的耐高温、高浓度硝酸和硫酸腐蚀的性能。
文档编号B23K35/30GK101954547SQ20101015044
公开日2011年1月26日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者李永胜, 陈 光 申请人:无锡南理工科技发展有限公司