一種核i級2209雙相不銹鋼焊絲及制造方法

　　【技術領域】

　　[0001] 本發明屬于焊接材料領域，涉及一種核I級2209雙相不銹鋼氬弧焊絲及制造方 法。

　　【背景技術】

　　[0002] 隨著時間的推移，我國的核電事業將進入一個飛速發展的時代。隨著金屬制造和 不銹鋼行業的迅猛發展，對焊接工藝所用氬弧焊絲的產品技術要求也非常高。但是核電用 焊接材料普遍依靠進口，為了實現核電焊材的國產化，有必要研制能夠替代進口核電焊材 的國產核電焊材。在核電領域中，雙相不銹鋼被廣泛的用于反應堆壓力容器、堆芯、堆內構 件、控制棒驅動機構、一回路管道和冷卻劑泵、蒸汽發生器和熱交換器等設備中，且雙相不 銹鋼焊材使用量也非常巨大。雙相不銹鋼焊材的國產化能有利于國家節省成本，控制質量， 保證核電工程進度。雙相不銹鋼有以下性能特點：雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氯化 物應力腐蝕性能；含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能；具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐 蝕性能；綜合力學性能好；可焊性良好，熱裂傾向小，一般焊前不需預熱，焊后不需熱處理。 廣泛用于核電、煉油、化肥、造紙、石油、化工等耐海水耐高溫濃硝酸等熱交換器和冷淋器及 器件。

　　[0003] 目前國內核電關鍵設備制造及安裝中用到的焊接材料以進口為主。使用的焊接材 料全部被國外公司所壟斷，不僅價格昂貴，采購周期長，質量控制難，而且存在因政治原因 而被封鎖的風險，不利于我國核電事業的發展。國內核電大批量建設期間，迫切需要開展核 級焊接材料的國產化。

　　【發明內容】

　　[0004] 發明目的：本發明提供了一種核I級2209雙相不銹鋼氬弧焊絲及制造方法，使其 具有優良的焊接性能，飛濺小，脫渣性能好，提高了雙相不銹鋼焊絲的焊接工藝性能，特別 是且具有優異的抗應力腐蝕開裂和抗點蝕能力，通過調整微量的合金元素，能夠有效的控 制鐵素體和奧氏體比列。

　　[0005] 技術方案：為實現上述目的，一種核I級2209雙相不銹鋼焊絲，其成分及質量百分 配比為：(：0~0.03%，]\111〇.5~2.0%，510~0.90%，5 0~0.03%，？0~0.03%，0 21. 5 ~23. 5%，Ni 7. 5 ~9. 5%，Mo 2. 5 ~3. 5%，N 0· 08 ~0· 20%，Cu 0 ~0· 75%，余 量的Fe。

　　[0006] 作為優選，所述Cu的質量百分比為0. 10~0. 75%。

　　[0007] 作為優選，所述Si的質量百分比為0. 20~0. 90%

　　[0008] 根據上述的一種核I級2209雙相不銹鋼焊絲的制造方法，其步驟為：

　　[0009] (1)將配方中含量的純鐵與Ni、Cr、Mo很難被氧化的元素混合，然后在真空感應爐 進行熔化，熔化期真空度控制在7. 83Pa以下，然后再向爐中加入配方中含量的Si、N、Cu，全 熔后充分攪拌；

　　[0010] (2)當熔煉溫度至1580°C鋼液平靜時，停電抽至真空20~25分鐘，再送電升溫， 結膜熔清后，加入配方中含量的C進行精煉，精煉溫度保持在1580°C~1600°C，精煉時間 25~30分鐘；

　　[0011] (3)出鋼前10分鐘降溫，充分均勻攪拌后充Ar320~420Pa，加入配方中含量的 Mn，再充分攪拌后，于1580°C出鋼；

　　[0012] (4)鋼液澆注在預抽真空下進行，開始時小流，鋼液充滿鋼模模底后，適當加大流 速使鋼液在模內平穩地上升，當澆至冒口線上時，細流填充；

　　[0013] (5)澆注完15分鐘后充氣破真空，拉開爐體，45分鐘后鋼錠可脫?？绽?；

　　[0014] (6)將鋼錠裝入鍛造爐中，爐中溫度小于750°C，預熱時間45min，然后加熱溫度達 到1130°C~1140°C，加熱時間35min，保溫時間20min，從鍛造爐中取出進行鍛造，制成鋼 坯；

　　[0015] (7)鋼坯裝入鍛造爐中，溫度小于700°C，預熱時間25min，然后加熱溫度達到 1125°C，加熱時間30min，保溫時間lOmin，取出鋼坯，進行熱軋開坯得到鑄錠；

　　[0016] (8)鑄錠經過表面清理后，先鍛造成方還，將方坯軋制成Φ8. Omm盤條后，盤條采 用機械方法剝去熱軋盤條表層附著的氧化皮，并使殘存的氧化鐵皮組織疏松，Φ8. Omm坯料 加熱4h到600~650°C，保溫2. 5h，緩冷2h出爐，加熱保溫期間充入氮氣；

　　[0017] (9)退火處理后的坯料經過酸洗之后冷拔加工至Φ5. 0_，再次酸洗之后進一步 冷拔加工至Φ 4. Omm ;

　　[0018] (10)再次按照步驟（8)中退火和酸洗之后進一步冷拔加工至Φ2. 4mm，再次按照 步驟（8)中退火和酸洗之后進一步冷拔加工至Φ 2mm;

　　[0019] (11)將拉制合格的焊絲通過雙相不銹鋼氬弧焊絲拋光機進行拋光；

　　[0020] (12)將該拋光后的核I級2209雙相不銹鋼氬弧焊絲通過不銹鋼氬弧焊絲切割機 進行切絲，得到本產品。

　　[0021] 作為優選，所述步驟（8)中加熱保溫期間充氮壓力要大于0· 07Mpa。

　　[0022] 作為優選，所述步驟（8)中在690~450°C之間冷卻時應控制冷卻速度為2~4°C / min〇

　　[0023] 具體對本發明的理化分析如下：

　　[0024] C用作提高焊絲和熔敷金屬的強度。當外皮中C的含量增加時，焊接時的飛濺量也 增加。當含量超過〇.〇3wt%時，焊接時的飛濺量增多。因此，外皮中C的含量，相對于金屬 外皮的總重量，限制為0. 03wt %以下。

　　[0025] Mn是去氧元素和奧氏體穩定化元素，其用于調整焊接金屬的微細結構。當Mn含量 低于0. 5wt %時，不能充分蕕得其效果。當Mn含量超過2. Owt %時，無法在耐點蝕性和強度 方面獲得良好的效果。因此，Mn含量設在焊絲總重量的0. 5~2. Owt%范圍內。。

　　[0026] Si是熔渣生成和焊接金屬的強化元素。鐵素體利用Si增加堅硬度、彈性系數和 張力，減少伸長度和沖擊值。當Si含量低于0.20wt%時，得不到適當的強度。因此難以獲 得到預期效果。當Si含量超過0.90%時，韌性減少的效果大于強度增加的效果。因此，Si 含量設在焊絲總質量的〇. 20~0. 90% wt%范圍內。

　　[0027] S :在雙相不銹鋼中，硫是主要的有害雜質，它對焊縫的熱塑性、耐蝕性均會產生不 利的影響，因此，一般硫的含量應限制在〇. 03%以下；對于尚強、尚初可控相變的鋼，應將 硫含量限制在更低的水平。

　　[0028] P :是雙相不銹鋼中的有害雜質，一般規定鋼中磷的含量要控制在0.03%以下。

　　[0029] Cr是焊接金屬中的鐵素體穩定化元素，其用于改善耐點蝕性、耐晶間腐蝕性和抗 裂性。當Cr含量低于21. 5wt%時，不能充分地獲得這種效果。當Cr含量超過23. 5wt%時， σ相被析出和溴化，由此降低了韌性及伸長度。因此，Cr的含量設在焊絲總重量的21. 5~ 23. 5wt%范圍內。

　　[0030] Ni是焊接金屬中的奧氏體穩定化元素，其用

　　于避免在焊接金屬部分中形成鐵素體 相，并提高焊接金屬的韌性，以及提高耐點蝕性、耐晶間腐蝕性和抗裂性。當Ni含量低于 7. 5wt%時，不能充分地獲得其效果。當Ni含量超過9. 5wt%時，奧氏體的百分比變得過多， 由此在降低強度的同時，韌性的增加效果也接近其極限，也就是說其效果變得不明顯。因此 將Ni含量設在焊絲總重量的7. 5~9. 5wt %范圍內。

　　[0031] Mo用于改善焊接金屬的耐點蝕性以及其在高強度和高溫下的抗回火性。當Mo含 量低于2. 5wt%時，不能充分地蕕得其效果。同時，當Mo含量超過3. 5wt%時，σ相被析出 和溴化，由此降低了韌性。因此，將Mo含量設在焊絲總重量的2. 5~3. 5wt%范圍內。

　　[0032] N是固溶體強化元素，其用于提高焊接金屬的強度，以及改善耐點蝕性。當N含量 低于0. 08wt%時，不能充分獲得到其效果。當N含量超過0. 20wt%時，容易出現例如氣孔 等焊接缺陷，并降低韌性使沖擊值減少。而且，N含量超過0. 20wt%可導致生成焊接氣孔和 時效硬化。因此N含量設在焊絲總重量的0. 08~0. 20wt %范圍內。

　　[0033] Cu用于提高耐點蝕性，特別是提高耐酸腐蝕性。在低pH的環境中，例如含有H2SO4 或者硅化氫的環境，Cu可提高耐腐蝕性。然而，當Cu含量低于0.1 wt %時，不能充分地獲得 其效果。另一方面，當Cu含量超過0. 75wt%時，抗張強度和屈服點增加，且韌性、伸長度和 表面收縮率的比例減少。因此，Cu含量設在焊絲總重量的0. 1~0. 75wt %范圍內。

　　[0034] 有益效果：本發明相對于現有技術而言，具備如下優點：對合金系中各合金元素 進行合理搭配，可使焊絲具有較好的工藝性能及機械性能，飛濺小，脫渣性能好，且具有優 異的抗應力腐蝕開裂和抗點蝕能力通過合金體系的設計，保證焊縫金屬得到穩定的相比 例。

　　【具體實施方式】：

　　[0035] 下面結合實施例對本發明作更進一步的說明。

　　[0036] 一種核I級2209雙相不銹鋼焊絲，其成份包括：0~0. 03% C，0. 5~2. 0% Mn， 0· 20 ~0· 90% Si，0 ~0· 03% S，0 ~0· 03% Ρ，21· 5 ~23. 5% Cr，7. 5 ~9. 5% Ni，2. 5 ~ 3. 5% Μο,0· 08 ~0· 20% N，0. 10 ~0· 75% Cu，余量的 Fe。

　　[0037] 下面通過實施例1~5來進一步說明。

　　[0038] 表1為焊絲的組分分布（重量百分比％ )

　　[0039]

　　【主權項】

　　1. 一種核I級2209雙相不銹鋼焊絲，其特征在于：其成分及質量百分配比為：CO~ 0.03%，Mn0.5 ~2.0%，Si0 ~0.90%，S0 ~0.03%，P0 ~0.03%，Cr21.5 ~23.5%，Ni7. 5 ~9. 5%，Mo2. 5 ~3. 5%，N0? 08 ~0? 20%，Cu0 ~0? 75%，余量的Fe。

　　2. 根據權利要求1所述的核I級2209雙相不銹鋼焊絲，其特征在于：所述Cu的質量 百分比為〇? 10~0.75%。

　　3. 根據權利要求2所述的核I級2209雙相不銹鋼焊絲，其特征在于：所述Si的質量 百分比為0.20~0.90%。

　　4. 根據權利要求3所述的一種核I級2209雙相不銹鋼焊絲的制造方法，其特征在于， 其步驟為： (1) 將配方中含量的純鐵與Ni、Cr、Mo很難被氧化的元素混合，然后在真空感應爐進行 熔化，熔化期真空度控制在7. 83Pa以下，然后再向爐中加入配方中含量的Si、N、Cu，全熔后 充分攪拌； (2) 當熔煉溫度至1580°C鋼液平靜時，停電抽至真空20~25分鐘，再送電升溫，結膜 熔清后，加入配方中含量的C進行精煉，精煉溫度保持在1580°C~1600°C，精煉時間25~ 30分鐘； (3) 出鋼前10分鐘降溫，充分均勻攪拌后充Ar320~420Pa，加入配方中含量的Mn，再 充分攪拌后，于1580°C出鋼； (4) 鋼液澆注在預抽真空下進行，開始時小流，鋼液充滿鋼模模底后，適當加大流速使 鋼液在模內平穩地上升，當澆至冒口線上時，細流填充； (5) 澆注完15分鐘后充氣破真空，拉開爐體，45分鐘后鋼錠可脫?？绽洌? (6) 將鋼錠裝入鍛造爐中，爐中溫度小于750°C，預熱時間45min，然后加熱溫度達到 1130°C~1140°C，加熱時間35min，保溫時間20min，從鍛造爐中取出進行鍛造，制成鋼坯； (7) 鋼坯裝入鍛造爐中，溫度小于700°C，預熱時間25min，然后加熱溫度達到1125°C， 加熱時間30min，保溫時間lOmin，取出鋼還，進行熱乳開還得到鑄錠； (8) 鑄錠經過表面清理后，先鍛造成方坯，將方坯軋制成? 8.Omm盤條后，盤條采用機 械方法剝去熱軋盤條表層附著的氧化皮，并使殘存的氧化鐵皮組織疏松，? 8.Omm坯料加熱 4h到600~650°C，保溫2. 5h，緩冷2h出爐，加熱保溫期間充入氮氣； (9) 退火處理后的坯料經過酸洗之后冷拔加工至?5.0mm，再次酸洗之后進一步冷拔 加工至①4.Omm; (10) 再次按照步驟（8)中退火和酸洗之后進一步冷拔加工至?2.4mm，再次按照步驟 (8)中退火和酸洗之后進一步冷拔加工至?2mm。 (11) 將拉制合格的焊絲通過雙相不銹鋼氬弧焊絲拋光機進行拋光； (12) 將該拋光后的核I級2209雙相不銹鋼氬弧焊絲通過不銹鋼氬弧焊絲切割機進行 切絲，得到本產品。

　　5. 根據權利要求4所述的一種核I級2209雙相不銹鋼焊絲的制造方法，其特征在于： 所述步驟（8)中加熱保溫期間充氮壓力要大于0.07Mpa。

　　6. 根據權利要求5所述的一種核I級2209雙相不銹鋼焊絲的制造方法，其特征在于： 所述步驟（8)中在690~450°C之間冷卻時應控制冷卻速度為2~4°C/min。

　　【專利摘要】本發明公開了核I級2209雙相不銹鋼氬弧焊絲及其制造方法，其成分及質量百分配比為：C 0～0.03％，Mn 0.5～2.0％，Si 0～0.90％，S 0～0.03％，P 0～0.03％，Cr 21.5～23.5％，Ni 7.5～9.5％，Mo 2.5～3.5％，N 0.08～0.20％，Cu 0～0.75％，余量的Fe。本發明的核I級2209雙相不銹鋼氬弧焊絲對合金系中各合金元素進行合理搭配，可使焊絲具有較好的工藝性能及機械性能，飛濺小，脫渣性能好，且具有優異的抗應力腐蝕開裂和抗點蝕能力，通過合金體系的設計，保證焊縫金屬得到穩定的相比例；本發明的雙相不銹鋼氬弧焊絲的制造方法，制成的焊絲強度高、塑性好。

　　【IPC分類】B23K35-30, B23K35-40

　　【公開號】CN104759784

　　【申請號】CN201510156110

　　【發明人】許祥平, 王錫嶺, 楊駿, 楊家旺, 夏春智, 鄒家生

　　【申請人】江蘇科技大學

　　【公開日】2015年7月8日

　　【申請日】2015年4月2日