[發明專利]一種耐汽蝕不銹鋼焊絲及其焊接方法

無效

• 申請號: 201010586565.4
• 申請日: 2010-12-14
• 公開（公告）號: CN102069318A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 陳希章
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K9/16;B23K9/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于特殊合金鋼技術領域，特指耐汽蝕亞穩態奧氏體不銹鋼焊絲及其焊接方法，適用于制作汽蝕條件下的各種構件及其修復，并有效提高構件的使用壽命。

背景技術

汽蝕是一種復雜的水動力學現象，普遍認為汽蝕是由于液流流道中的局部低壓低于該處溫度下液體的飽和蒸汽壓使液體在該處汽化而引起大量微汽泡爆發性生長，微汽泡急劇生長成大氣泡后隨液流至壓力高處突然潰滅，對流道壁面產生高達幾百個大氣壓的沖擊，造成壁面材料剝蝕，導致金屬材料的疲勞破壞，同時伴隨著化學腐蝕,?更加速材料的氣蝕破壞過程；汽蝕是發生在水輪機、螺旋槳、水泵等流體設備上的腐蝕行為，材料本身耐汽蝕性能的好壞決定了結構件的使用壽命，船舶上大量使用的葉輪以及螺旋槳目前使用較多的是銅合金，其最大問題是耐汽蝕性能差，壽命短，需要經常更換，高速螺旋槳的累積壽命僅200-300小時，不能滿足需要，現在也有將鑄鐵、鈦合金、不銹鋼等材料應用到汽蝕部件上，文獻?(?陳巖.?不同材料抗汽蝕性能的比較，熱加工工藝，2000（3）：23-25)報道了HT200、QT600、ZG0Cr13Ni6Mo等多種材料的耐汽蝕性能數據，15小時總失重最多材料HT200達到961.4mg,最小失重量的ZG0Cr13Ni6Mo為25.2mg，失重量依然明顯過大，因此研究新型材料以提高螺旋槳、水泵等的耐汽蝕能力，延長壽命具有重要意義，美國斯圖迪公司的R．邁農等人發明的專利ZL?96193879.X給出了一種抗空泡腐蝕鋼，其所述的合金含有，以重量百分比表示，10-40Cr的碳化物形成體，5-15Mn，3.5-7Si，1.8-4.8Ni，0.15-3.5C和B,0-0.3N,其余為Fe，該材料也可以制成焊絲用于焊接，但沒有結合相應的焊接工藝用于焊接。

本發明以上述ZL?96193879.X發明材料為基礎，根據汽蝕原理，設計一種不銹鋼焊絲，在奧氏體鋼的基礎上引入合適的新元素，如Co、B、Y或者Ce等，并控制Ni、Si等元素的含量，將熔煉鋼材經鍛造、軋制并拉拔成所需直徑的焊絲；焊接時候輔以超聲振動，打亂稀土的偏聚效應，利用該材料及采用的焊接工藝能獲得奧氏體熔敷組織，該亞穩態奧氏體組織在水流或者固體顆粒沖擊時會發生馬氏體轉變能吸收部分能量，增強了材料在海水中的腐蝕性能、耐空泡腐蝕性能以及在流動的含泥沙的水中的耐磨蝕性能，同時還具有耐腐蝕、耐沖擊、耐磨損和易于焊接等特點，使得該材料在人工海水環境中平均耐汽蝕失重低于0.05mg/h，遠遠低于普通不銹鋼304的平均耐汽蝕失重0.91mg/h。

發明內容

本發明的目的是提供一種耐汽蝕不銹鋼焊絲及其焊接方法。

本發明具體技術方案為，一種耐汽蝕奧氏體不銹鋼焊絲，其特征在于：Cr?15-20%，Co?8-12%，?Mn?8-11%，Ni?1.5-4%，Si?3-5%，B?0.12-0.22%，C?0.010-0.025%，稀土Ce或者Y?0.02-0.1%，余量為Fe，雜質的重量百分比不高于0.03%。將熔煉鋼材經鍛造、軋制并拉拔成所需直徑的焊絲；該焊接材料在超聲振動頻率為12-25KHz輔助熔化焊條件下，抗空泡腐蝕性能達到最佳，在人工海水環境中平均耐汽蝕失重低于0.05mg/h。

添加鈷（Co）的目的除了常見的提高材料回火穩定性和固溶強化外，主要用來降低奧氏體堆垛層錯能（SFE），從而提高材料的耐汽蝕性能，其優選范圍為8-12?wt?%。

硼（B）的加入能增加晶界擴散能，提高持久強度，同時用來提高材料的熱加工性能，但B含量太高會導致抗腐蝕性和焊接性變差，故而其含量優選為?0.12-0.22?wt?%。

添加稀土元素一般用來細化鋼鐵材料的晶粒，從而提高材料強度；但在實際熔煉中，稀土Y或者Ce加入后會形成很大的富釔塊，出現偏聚現象，這樣,不僅起不到應有的有益作用，反而會割裂基體的連續性,降低材料的強韌性，因此材料制備中需要嚴格控制精煉溫度和時間，采用電磁攪拌等方法降低偏聚程度，實際生產中由于鋼鐵冶煉體積一般達到幾噸至幾十噸，電磁攪拌等方法并不能保證釔的充分溶解和均勻化，不可避免的出現偏聚現象，本發明充分結合焊接熔池是個小冶金的特點，電弧焊條件下其熔池體積僅有30立方厘米，重量不超過100克（單絲埋弧焊），因此將超聲振動引入該材料的焊接中，在焊接過程中可以充分攪拌熔池金屬，使得稀土元素及其化合物均勻分布于焊縫中，達到提高熔敷金屬力學性能和抗空泡腐蝕性能的目的，也大大降低了對制造焊絲所用鋼錠的熔煉要求。本發明中稀土Y或者Ce優選范圍為0.02-0.1?wt?%。