特种高硅不锈钢免充氩氩弧焊丝的研制

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高硅奥氏体不锈钢由于具有耐高温强氧化介质腐蚀的性能,成为生产硫酸制酸设备的一种重要材料。但是高硅不锈钢的焊接性较差,易产生焊接接头弯曲易断裂,冲击韧性差,且焊接接头的腐蚀速率远远低于母材。因此,针对高硅不锈钢焊接性问题,优化合金体系,采用向熔覆金属中过渡促奥氏体相区、促铁素体相区和净化组织减少夹杂物的合金元素的思路,设计免充氩氩弧焊丝。对三种合金体系下熔覆金属的组织、力学性能和耐蚀性进行检测分析,探究合金元素对其组织性能的影响规律,最终确定性能最优的添加元素及含量,主要结论如下:(1)发现Nb元素在熔覆金属中发挥着改善组织、细化晶粒和提高硬度的作用,同时也影响着σ相向晶界聚集。随着Nb元素含量的增加,组织产生一定量的成分偏析,析出相碳化铌由块状向沿着晶界呈长链状分布,且含量呈增多趋势,致使焊接接头冲击韧性变差,耐蚀性降低。在Nb含量为0.5%时,综合性能表现较佳,冲击吸收能量为23.4 J,腐蚀速率为0.3641 mm/a,但仍不能满足实际生产需要。(2)Ni元素的加入可降低熔覆金属中σ相的数量,改变了σ相的形状,由大块状向小圆块状转变,当Ni元素含量为2%时,综合性能取得了最佳匹配,冲击吸收能量为26.9 J,腐蚀速率为0.4948 mm/a,且无晶间腐蚀现象;但是当Ni元素为3%时,在三晶粒的交汇处有σ相析出,熔覆金属冲击韧性和耐蚀性发生恶化。(3)A元素可以细化熔覆金属的组织,促进等轴晶的形成,减少树枝晶,在A元素添加0.2%时,综合性能表现最优,熔覆金属的冲击吸收能量为44.2 J,腐蚀速率为0.2895mm/a,无晶间腐蚀现象。但是含量不宜过多,达到0.3%时会造成组织粗大,使熔覆金属的冲击韧性和耐蚀性下降。(4)经三组元综合优化,确定添加2%Ni元素+0.2%A元素为免充氩氩弧焊丝药皮的最优配方,此配方下熔覆金属冲击吸收能量为50 J左右,腐蚀速率为0.9 mm/a,力学性能和耐蚀性均符合实际生产工况需求,后续可以投产使用。
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