[19]中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[21]申请号200710039751.4
[51]Int.CI.
B23K 35/30 (2006.01)B23K 35/40 (2006.01)C21D 9/52 (2006.01)C21D 11/00 (2006.01)
[43]公开日2008年10月22日[22]申请日2007.04.20[21]申请号200710039751.4
[71]申请人宝山钢铁股份有限公司
地址201900上海市宝山区富锦路果园[72]发明人 江来珠 马立
[11]公开号CN 1012826A
[74]专利代理机构上海三和万国知识产权代理事务所
代理人章鸣玉
B21C 1/02 (2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页
[54]发明名称
一种铁素体不锈钢焊丝盘条、焊丝及其制造方法和应用[57]摘要
本发明提供一种铁素体不锈钢焊丝盘条及焊丝，包含以下化学成分(wt％)：C：0～0.03％，Mn：0.4～1.2％，Si：0.7～1.5％，Cr：17～22％，Ti：0.3～1.0％，Nb：0.01－0.3％，Al：0.02－0.1％，N：0.03－0.10％，S：0－0.015％，P：0－0.02％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。本发明还提供该焊丝的制造方法，所述方法在盘条拉拔前或拉拔过程中采用退火步骤，于750－900℃保温3－5小时。本发明的焊丝熔敷金属抗拉强度、屈服强度以及延伸率等性能均达到铁素体类不锈钢焊接接头的强度要求，可代替奥氏体类焊接材料广泛用于铁素体类不锈钢的焊接。
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权 利 要 求 书
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1.一种铁素体不锈钢焊丝盘条，其特征在于，包括以下化学成分(wt％)：C：0～0.03％，Mn：0.4～1.2％，Si：0.7～1.5％，Cr：17～22％，Ti：0.3～1.0％，Nb：0.01-0.3％，Al：0.02-0.1％，N：0.03-0.10％，S：0-0.015％，P：0-0.02％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。
2.权利要求1所述的盘条拉制而成的铁素体不锈钢焊丝，其特征在于，包括以下化学成分(wt％)：C：0～0.03％，Mn：0.4～1.2％，Si：0.7～1.5％，Cr：17～22％，Ti：0.3～1.0％，Nb：0.01-0.3％，Al：0.02-0.1％，N：0.03-0.10％，S：0-0.015％，P：0-0.02％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。
3.权利要求2所述的铁素体不锈钢焊丝的制造方法，其特征在于，在盘条的拉拔前或拉拔过程中，进行退火处理，退火温度为750-900℃，保温时间为3-5小时。 4.如权利要求3所述的制造方法，其中所述拉拔和退火处理进行2次或2次以上的循环。
5.权利要求2所述的铁素体不锈钢焊丝在铁素体类不锈钢焊接上的应用。
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说 明 书
一种铁素体不锈钢焊丝盘条、焊丝及其制造方法和应用
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技术领域
本发明涉及材料加工工程领域，更具体地，本发明涉及车辆制造、建筑装饰、食品卫生等领域的铁素体不锈钢的焊接。背景技术
随着冶炼技术水平的提高，铁素体不锈钢中的C、N控制越来越低，使铁素体不锈钢的应用也越来越广。当对焊接接头性能有力学性能要求时，通常铁素体不锈钢的焊接采用的是奥氏体类焊接材料，如ER308、ER309等系列；当铁素体不锈钢应用在对接头性能不作很高要求时，通常也会采用铁素体类焊接材料，如409采用ER409；430采用ER430等。同奥氏体焊接材料相比，铁素体类焊接材料的抗拉性能以及延伸率都很低，这是由铁素体熔敷金属组织决定的，通常呈粗大的树枝状铁素体结晶组织。另一方面，由于生产制造工艺上有很大的差别，大多焊丝为药芯焊丝。
本发明者对国内外的杂志、会议论文集、专利文献等作了初步检索，检索到如下相关专利文献。
1.GB/T 983-1995公开了两种焊接材料：E410-XX和E430-XX，两者的化学成分含量见表1，力学性能见表2。 2
表1E410-XX和E430-XX的化学含量
表2E410-XX和E430-XX的力学性能
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上述E410-XX和E430-XX含有Ni、Mo、Cu，成本较高。
3.US 20010030003、CN 1314228、KR 2001100225、US 65472、CN 1160172、KR4565、JP2001293596、JP9085491、JP3481368、DE 3814072、JP63268592、AU198815140、JP1991000159、US 5254836各专利文献中公开的焊丝分别具有如下化学成分(见表3)： 4
表3各专利文献中焊丝的化学成分(wt％)
其中，US 20010030003、CN 1314228、KR 2001100225、US 65472、CN 1160172、KR 4565、JP 2001293596、JP9085491、JP 3481368中所述焊丝属于药芯焊丝。 通过上述初步检索发觉，目前尚无成本较低的铁素体类不锈钢实心焊丝。本发明者
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通过不断探索，突破了铁素体不锈钢长期使用奥氏体焊接材料进行焊接的现状，解决了铁素体类不锈钢焊丝抗拉性能及延伸率低的问题，以及随着强度等级的提高而带来的焊丝拉拔易断的问题，获得了一种铁素体不锈钢焊丝，从而完成了本发明。 因此，本发明第一个目的是提供一种铁素体不锈钢焊丝盘条。 本发明第二个目的是提供一种铁素体不锈钢焊丝。
本发明第三个目的是提供这种铁素体不锈钢焊丝的制造方法。
本发明第四个目的是提供这种铁素体不锈钢焊丝在铁素体类不锈钢焊接上的应用。发明内容
本发明提供一种铁素体不锈钢焊丝盘条，所述焊丝盘条，包括以下化学成分(wt％)：C：0～0.03％，Mn：0.4～1.2％，Si：0.7～1.5％，Cr：17～22％，Ti：0.3～1.0％，Nb：0.01-0.3％，Al：0.02-0.1％，N：0.03-0.10％，S：0-0.015％，P：0-0.02％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。
本发明提供一种铁素体不锈钢焊丝，所述焊丝，包括以下化学成分(wt％)：C：0～0.03％，Mn：0.4～1.2％，Si：0.7～1.5％，Cr：17～22％，Ti：0.3～1.0％，Nb：0.01-0.3％，Al：0.02-0.1％，N：0.03-0.10％，S：0-0.015％，P：0-0.02％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。
本发明提供的焊丝盘条、焊丝采用Fe-Cr合金系统，在严格控制S、P元素含量的基础上，适当加入Ti、Al、N等元素。主要影响元素的作用： (1)碳(C)、铬(Cr)、锰(Mn)、硅(Si)
C：本发明所述焊丝的化学成分中保持超低C含量的水平，因为适量的C是熔敷金属的具有一定强度的保证，但是过高的C含量不但容易使C与Cr等元素形成碳化物，形成贫铬区降低熔敷金属的腐蚀性能，而且使延伸性能受到一定影响，同时过高的C含量在焊接过程中也会有热裂倾向。
Cr：适当的Cr含量能确保形成钝化膜，使熔敷金属具有一定的腐蚀性能，过低或过高的Cr含量均达不到熔敷金属的强度要求。
Mn：适当的Mn含量能使熔敷金属具有一定强度，同时Mn也具有在熔池过程中脱硫和脱氧的作用。
Si：适量的Si含量一方面有助于熔池阶段中改善熔池的流动性，另一方面也有脱氧作用，降低熔池中氧的含量。 (2)钛(Ti)、铝(Al)、氮(N)
适量的Ti、Al、N含量和C匹配形成的Ti(C、N)和AlN都是能够稳定存在于
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液体中的颗粒，这是本发明所述焊丝获得熔敷金属细晶组织的关键所在。利用这些析出相的异质形核作用增加铁素体晶粒的核心，从而提高铁素体形核核心的数量，抑制铁素体晶粒的长大。细晶强化是目前所有强化方法中唯一一种对延伸等塑性性能有益的方法。本发明所述铁素体焊丝的高强度和高延伸性能就得益于细晶强化。另外Ti是铁素体形成元素以及强碳化物形成元素，Ti含量过低，形成的Ti(C、N)析出相数量不够，达不到细化晶粒的目的；而过多含量的Ti将在一定程度上使Ti(C、N)析出相长大，Ti(C、N)本身也是一种非常硬的脆性相，过大则会造成韧性性能严重损失，Al含量的控制也是同样的道理。
本发明另一方面提供上述铁素体不锈钢焊丝的制造方法，所述制造方法在盘条的拉拔前或拉拔过程中，进行退火处理，退火温度为750-900℃，保温时间为3-5小时。 本发明提供的制造方法，其中拉拔和退火步骤进行2次或2次以上的循环。 本发明所述焊丝在制造过程中，退火温度不同于其他铁素体盘条的拉拔工艺，普通铁素体盘条的退火温度控制在650-800℃之间，而本发明焊丝拉拔的退火温度在750～900℃之间，能够确保盘条的退火效果，保证拉拔质量，提高生产效率。成品焊丝的强度保证在1100～1500MPa。
本发明另一方面提供铁素体不锈钢焊丝在铁素体类不锈钢焊接上的应用。 本发明所提供的焊丝可以用在409/410/430体系铁素体不锈钢焊接中，焊接方法包括钨极氩弧焊(GTAW)和熔化极气体保护焊(GMAW)，可应用于如下行业：汽车制造、建筑装饰、工程结构、食品卫生等，特别适用于汽车排气系统用铁素体不锈钢的焊接。 有益效果：
本发明所提供的焊丝不含有Ni和Mo等贵重金属元素，因此成本较低。焊丝熔敷金属抗拉强度为560-0MPa、屈服强度为380～460MPa、延伸率≥25％，上述性能均能达到并满足铁素体类不锈钢焊接接头的强度要求，且明显优于同类标准的焊丝性能。 本发明所提供的焊丝制造方法有效避免了焊丝拉拔过程中出现的焊丝易断现象。附图说明
图1实施例4焊丝熔敷金属的金相组织。 图2ER430焊丝熔敷金属的金相组织。
图3实施例4焊丝与444铁素体不锈钢进行焊接所得的TIG焊接头组织。
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具体实施方式
下面用实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。 实施例1
按照本发明提出的成分范围，通过退火、酸洗、拉拔、退火、拉拔等循环工序，直至达到成品焊丝，最后缠绕、包装。所得焊丝直径为0.8mm，焊丝的化学成分见表4，采用GMAW方法得到的熔敷金属力学性能见表8。 表4实施例1焊丝的化学成分(wt％)
实施例2
生产工艺与实施例1相同。所得焊丝直径为1.0mm，焊丝的化学成分见表5，熔敷金属的力学性能见表8。
表5实施例2所示焊丝的化学成分(wt％)
实施例3
生产工艺与实施例1相同。所得焊丝直径为1.2mm，焊丝的化学成分见表6，熔敷金属的力学性能见表8。
表6实施例3所示焊丝的化学成分(wt％)
实施例4
生产工艺与实施例1相同。所得焊丝直径为1.2mm，焊丝的化学成分见表7，熔
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敷金属的力学性能见表8。
表7实施例4所示焊丝的化学成分(wt％)
表8实施例1-4所述焊丝熔敷金属的力学性能
实施例5焊接
采用本发明实例4焊丝对444铁素体不锈钢(厚度为2mm)进行GTAW焊接，得到的焊接接头强度为490MPa、495MPa，断于母材。
弯曲试验(正、反，d＝3a，180°)：结果为合格，无裂纹。
实施例4焊丝与444铁素体不锈钢进行焊接所得的TIG焊接头组织见图3。从中可以看出，焊缝为晶粒细小、均匀的铁素体组织。
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图1
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图2
图3
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