核i级2209双相不锈钢焊丝及制造方法及注意事项

　　一种核i级2209双相不锈钢焊丝及制造方法

　　【技术领域】

　　[0001] 本发明属于焊接材料领域，涉及一种核I级2209双相不锈钢氩弧焊丝及制造方 法。

　　【背景技术】

　　[0002] 随着时间的推移，我国的核电事业将进入一个飞速发展的时代。随着金属制造和 不锈钢行业的迅猛发展，对焊接工艺所用氩弧焊丝的产品技术要求也非常高。但是核电用 焊接材料普遍依靠进口，为了实现核电焊材的国产化，有必要研制能够替代进口核电焊材 的国产核电焊材。在核电领域中，双相不锈钢被广泛的用于反应堆压力容器、堆芯、堆内构 件、控制棒驱动机构、一回路管道和冷却剂泵、蒸汽发生器和热交换器等设备中，且双相不 锈钢焊材使用量也非常巨大。双相不锈钢焊材的国产化能有利于国家节省成本，控制质量， 保证核电工程进度。双相不锈钢有以下性能特点：双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化 物应力腐蚀性能；含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能；具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐 蚀性能；综合力学性能好；可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。 广泛用于核电、炼油、化肥、造纸、石油、化工等耐海水耐高温浓硝酸等热交换器和冷淋器及 器件。

　　[0003] 目前国内核电关键设备制造及安装中用到的焊接材料以进口为主。使用的焊接材 料全部被国外公司所垄断，不仅价格昂贵，采购周期长，质量控制难，而且存在因政治原因 而被封锁的风险，不利于我国核电事业的发展。国内核电大批量建设期间，迫切需要开展核 级焊接材料的国产化。

　　【发明内容】

　　[0004] 发明目的：本发明提供了一种核I级2209双相不锈钢氩弧焊丝及制造方法，使其 具有优良的焊接性能，飞溅小，脱渣性能好，提高了双相不锈钢焊丝的焊接工艺性能，特别 是且具有优异的抗应力腐蚀开裂和抗点蚀能力，通过调整微量的合金元素，能够有效的控 制铁素体和奥氏体比列。

　　[0005] 技术方案：为实现上述目的，一种核I级2209双相不锈钢焊丝，其成分及质量百分 配比为：(：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] 作为优选，所述Cu的质量百分比为0. 10~0. 75%。

　　[0007] 作为优选，所述Si的质量百分比为0. 20~0. 90%

　　[0008] 根据上述的一种核I级2209双相不锈钢焊丝的制造方法，其步骤为：

　　[0009] (1)将配方中含量的纯铁与Ni、Cr、Mo很难被氧化的元素混合，然后在真空感应炉 进行熔化，熔化期真空度控制在7. 83Pa以下，然后再向炉中加入配方中含量的Si、N、Cu，全 熔后充分搅拌；

　　[0010] (2)当熔炼温度至1580°C钢液平静时，停电抽至真空20~25分钟，再送电升温， 结膜熔清后，加入配方中含量的C进行精炼，精炼温度保持在1580°C~1600°C，精炼时间 25~30分钟；

　　[0011] (3)出钢前10分钟降温，充分均匀搅拌后充Ar320~420Pa，加入配方中含量的 Mn，再充分搅拌后，于1580°C出钢；

　　[0012] (4)钢液浇注在预抽真空下进行，开始时小流，钢液充满钢模模底后，适当加大流 速使钢液在模内平稳地上升，当浇至冒口线上时，细流填充；

　　[0013] (5)浇注完15分钟后充气破真空，拉开炉体，45分钟后钢锭可脱模空冷；

　　[0014] (6)将钢锭装入锻造炉中，炉中温度小于750°C，预热时间45min，然后加热温度达 到1130°C~1140°C，加热时间35min，保温时间20min，从锻造炉中取出进行锻造，制成钢 坯；

　　[0015] (7)钢坯装入锻造炉中，温度小于700°C，预热时间25min，然后加热温度达到 1125°C，加热时间30min，保温时间lOmin，取出钢坯，进行热轧开坯得到铸锭；

　　[0016] (8)铸锭经过表面清理后，先锻造成方还，将方坯轧制成Φ8. Omm盘条后，盘条采 用机械方法剥去热轧盘条表层附着的氧化皮，并使残存的氧化铁皮组织疏松，Φ8. Omm坯料 加热4h到600~650°C，保温2. 5h，缓冷2h出炉，加热保温期间充入氮气；

　　[0017] (9)退火处理后的坯料经过酸洗之后冷拔加工至Φ5. 0_，再次酸洗之后进一步 冷拔加工至Φ 4. Omm ;

　　[0018] (10)再次按照步骤（8)中退火和酸洗之后进一步冷拔加工至Φ2. 4mm，再次按照 步骤（8)中退火和酸洗之后进一步冷拔加工至Φ 2mm;

　　[0019] (11)将拉制合格的焊丝通过双相不锈钢氩弧焊丝抛光机进行抛光；

　　[0020] (12)将该抛光后的核I级2209双相不锈钢氩弧焊丝通过不锈钢氩弧焊丝切割机 进行切丝，得到本产品。

　　[0021] 作为优选，所述步骤（8)中加热保温期间充氮压力要大于0· 07Mpa。

　　[0022] 作为优选，所述步骤（8)中在690~450°C之间冷却时应控制冷却速度为2~4°C / min〇

　　[0023] 具体对本发明的理化分析如下：

　　[0024] C用作提高焊丝和熔敷金属的强度。当外皮中C的含量增加时，焊接时的飞溅量也 增加。当含量超过〇.〇3wt%时，焊接时的飞溅量增多。因此，外皮中C的含量，相对于金属 外皮的总重量，限制为0. 03wt %以下。

　　[0025] Mn是去氧元素和奥氏体稳定化元素，其用于调整焊接金属的微细结构。当Mn含量 低于0. 5wt %时，不能充分莸得其效果。当Mn含量超过2. Owt %时，无法在耐点蚀性和强度 方面获得良好的效果。因此，Mn含量设在焊丝总重量的0. 5~2. Owt%范围内。。

　　[0026] Si是熔渣生成和焊接金属的强化元素。铁素体利用Si增加坚硬度、弹性系数和 张力，减少伸长度和冲击值。当Si含量低于0.20wt%时，得不到适当的强度。因此难以获 得到预期效果。当Si含量超过0.90%时，韧性减少的效果大于强度增加的效果。因此，Si 含量设在焊丝总质量的〇. 20~0. 90% wt%范围内。

　　[0027] S :在双相不锈钢中，硫是主要的有害杂质，它对焊缝的热塑性、耐蚀性均会产生不 利的影响，因此，一般硫的含量应限制在〇. 03%以下；对于尚强、尚初可控相变的钢，应将 硫含量限制在更低的水平。

　　[0028] P :是双相不锈钢中的有害杂质，一般规定钢中磷的含量要控制在0.03%以下。

　　[0029] Cr是焊接金属中的铁素体稳定化元素，其用于改善耐点蚀性、耐晶间腐蚀性和抗 裂性。当Cr含量低于21. 5wt%时，不能充分地获得这种效果。当Cr含量超过23. 5wt%时， σ相被析出和溴化，由此降低了韧性及伸长度。因此，Cr的含量设在焊丝总重量的21. 5~ 23. 5wt%范围内。

　　[0030] Ni是焊接金属中的奥氏体稳定化元素，其用

　　于避免在焊接金属部分中形成铁素体 相，并提高焊接金属的韧性，以及提高耐点蚀性、耐晶间腐蚀性和抗裂性。当Ni含量低于 7. 5wt%时，不能充分地获得其效果。当Ni含量超过9. 5wt%时，奥氏体的百分比变得过多， 由此在降低强度的同时，韧性的增加效果也接近其极限，也就是说其效果变得不明显。因此 将Ni含量设在焊丝总重量的7. 5~9. 5wt %范围内。

　　[0031] Mo用于改善焊接金属的耐点蚀性以及其在高强度和高温下的抗回火性。当Mo含 量低于2. 5wt%时，不能充分地莸得其效果。同时，当Mo含量超过3. 5wt%时，σ相被析出 和溴化，由此降低了韧性。因此，将Mo含量设在焊丝总重量的2. 5~3. 5wt%范围内。

　　[0032] N是固溶体强化元素，其用于提高焊接金属的强度，以及改善耐点蚀性。当N含量 低于0. 08wt%时，不能充分获得到其效果。当N含量超过0. 20wt%时，容易出现例如气孔 等焊接缺陷，并降低韧性使冲击值减少。而且，N含量超过0. 20wt%可导致生成焊接气孔和 时效硬化。因此N含量设在焊丝总重量的0. 08~0. 20wt %范围内。

　　[0033] Cu用于提高耐点蚀性，特别是提高耐酸腐蚀性。在低pH的环境中，例如含有H2SO4 或者硅化氢的环境，Cu可提高耐腐蚀性。然而，当Cu含量低于0.1 wt %时，不能充分地获得 其效果。另一方面，当Cu含量超过0. 75wt%时，抗张强度和屈服点增加，且韧性、伸长度和 表面收缩率的比例减少。因此，Cu含量设在焊丝总重量的0. 1~0. 75wt %范围内。

　　[0034] 有益效果：本发明相对于现有技术而言，具备如下优点：对合金系中各合金元素 进行合理搭配，可使焊丝具有较好的工艺性能及机械性能，飞溅小，脱渣性能好，且具有优 异的抗应力腐蚀开裂和抗点蚀能力通过合金体系的设计，保证焊缝金属得到稳定的相比 例。

　　【具体实施方式】：

　　[0035] 下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

　　[0036] 一种核I级2209双相不锈钢焊丝，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] 下面通过实施例1~5来进一步说明。

　　[0038] 表1为焊丝的组分分布（重量百分比％ )

　　[0039]

　　【主权项】

　　1. 一种核I级2209双相不锈钢焊丝，其特征在于：其成分及质量百分配比为：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. 根据权利要求1所述的核I级2209双相不锈钢焊丝，其特征在于：所述Cu的质量 百分比为〇? 10~0.75%。

　　3. 根据权利要求2所述的核I级2209双相不锈钢焊丝，其特征在于：所述Si的质量 百分比为0.20~0.90%。

　　4. 根据权利要求3所述的一种核I级2209双相不锈钢焊丝的制造方法，其特征在于， 其步骤为： (1) 将配方中含量的纯铁与Ni、Cr、Mo很难被氧化的元素混合，然后在真空感应炉进行 熔化，熔化期真空度控制在7. 83Pa以下，然后再向炉中加入配方中含量的Si、N、Cu，全熔后 充分搅拌； (2) 当熔炼温度至1580°C钢液平静时，停电抽至真空20~25分钟，再送电升温，结膜 熔清后，加入配方中含量的C进行精炼，精炼温度保持在1580°C~1600°C，精炼时间25~ 30分钟； (3) 出钢前10分钟降温，充分均匀搅拌后充Ar320~420Pa，加入配方中含量的Mn，再 充分搅拌后，于1580°C出钢； (4) 钢液浇注在预抽真空下进行，开始时小流，钢液充满钢模模底后，适当加大流速使 钢液在模内平稳地上升，当浇至冒口线上时，细流填充； (5) 浇注完15分钟后充气破真空，拉开炉体，45分钟后钢锭可脱模空冷； (6) 将钢锭装入锻造炉中，炉中温度小于750°C，预热时间45min，然后加热温度达到 1130°C~1140°C，加热时间35min，保温时间20min，从锻造炉中取出进行锻造，制成钢坯； (7) 钢坯装入锻造炉中，温度小于700°C，预热时间25min，然后加热温度达到1125°C， 加热时间30min，保温时间lOmin，取出钢还，进行热乳开还得到铸锭； (8) 铸锭经过表面清理后，先锻造成方坯，将方坯轧制成? 8.Omm盘条后，盘条采用机 械方法剥去热轧盘条表层附着的氧化皮，并使残存的氧化铁皮组织疏松，? 8.Omm坯料加热 4h到600~650°C，保温2. 5h，缓冷2h出炉，加热保温期间充入氮气； (9) 退火处理后的坯料经过酸洗之后冷拔加工至?5.0mm，再次酸洗之后进一步冷拔 加工至①4.Omm; (10) 再次按照步骤（8)中退火和酸洗之后进一步冷拔加工至?2.4mm，再次按照步骤 (8)中退火和酸洗之后进一步冷拔加工至?2mm。 (11) 将拉制合格的焊丝通过双相不锈钢氩弧焊丝抛光机进行抛光； (12) 将该抛光后的核I级2209双相不锈钢氩弧焊丝通过不锈钢氩弧焊丝切割机进行 切丝，得到本产品。

　　5. 根据权利要求4所述的一种核I级2209双相不锈钢焊丝的制造方法，其特征在于： 所述步骤（8)中加热保温期间充氮压力要大于0.07Mpa。

　　6. 根据权利要求5所述的一种核I级2209双相不锈钢焊丝的制造方法，其特征在于： 所述步骤（8)中在690~450°C之间冷却时应控制冷却速度为2~4°C/min。

　　【专利摘要】本发明公开了核I级2209双相不锈钢氩弧焊丝及其制造方法，其成分及质量百分配比为：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。本发明的核I级2209双相不锈钢氩弧焊丝对合金系中各合金元素进行合理搭配，可使焊丝具有较好的工艺性能及机械性能，飞溅小，脱渣性能好，且具有优异的抗应力腐蚀开裂和抗点蚀能力，通过合金体系的设计，保证焊缝金属得到稳定的相比例；本发明的双相不锈钢氩弧焊丝的制造方法，制成的焊丝强度高、塑性好。

　　【IPC分类】B23K35-30, B23K35-40

　　【公开号】CN104759784

　　【申请号】CN201510156110

　　【发明人】许祥平, 王锡岭, 杨骏, 杨家旺, 夏春智, 邹家生

　　【申请人】江苏科技大学

　　【公开日】2015年7月8日

　　【申请日】2015年4月2日