用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409Ti药芯焊丝及其制备方法

0.2％，ti：0.005％-0.1％，mo：0.1％-1.0％，余量为fe和不可避免的杂质。
10.作为优选，所述药芯的填充率控制在20％-22.5％。
11.作为优选，所述药芯的组分含量满足：当w的含量为0.5％-2.0％时，ce的含量为0.05％-0.1％，同时满足w/ce＝20：1，在此比例下焊接接头具有优异的抗高温氧化性和耐热疲劳性。
12.作为优选，cr、w以金属的形式加入，mn以电解锰的形式加入，ti以钛铁的形式加入，c以石墨的形式加入，ce以氧化铈粉末的形式加入。
13.作为优选，所述药芯的组分粒径为80-200目。
14.作为优选，所述药芯的组分含量满足：杂质元素s和p的含量均小于0.03％。
15.作为优选，所述药芯的组分含量满足：ti/nb＝1：2。
16.作为优选，所述低碳钢带的组分含量满足：ti/nb＝1：2。
17.作为优选，所述药芯的组分含量满足：cu/al＝1：2。
18.本发明中用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝通过焊接后，在1000℃的空气环境下其氧化率降低近90％，其焊缝金属具有优异的抗高温氧化性，并且焊接工艺和力学性能优异。基材和焊缝的结合强度满足高温环境下的动静载荷应用要求，还可以实现多层多道堆焊以满足不同的焊缝厚度，多层焊时控制层间温度低于100℃，以减少焊接接头的脆化，其设计思路是：在药芯中，极少量的c元素可以提高焊缝的强度，si、mn在焊缝中起到脱氧作用以及弥补cr含量低时的抗氧化性，mo提高焊缝金属的强度和硬度以及耐腐蚀性，cu提高焊缝金属抗腐蚀性并改善焊缝金属塑性，al提高焊缝金属在室温和高温环境下的抗氧化性，cr提高焊缝耐腐蚀性，ni提高焊缝韧性，nb、ti提高焊缝耐晶间腐蚀性能，w、ce协调加入细化晶粒，提高焊缝抗高温氧化性以及耐腐蚀性和韧性，其中各成分作用如下：
19.c：可与其他合金元素反应形成碳化物，对焊缝金属起到固溶强化作用。
20.si：具有稳弧作用，当含量小于1％时还具有脱氧作用以及弥补cr含量低时的抗氧化性。
21.mn：在基体和外层氧化皮之间形成一层mncr2o4提高焊缝抗循环氧化性能，抑制异常氧化，增强焊缝氧化层强度并防止氧化层剥离。
22.mo：增加焊缝表面钝化膜的稳定性，提高汽车在高温盐蚀环境中对氯化物应力腐蚀的抵抗能力。
23.cu：抑制焊缝阳极溶解发生，提高焊缝防腐蚀能力。
24.al：使焊缝在高温下具有优异的抗氧化性。
25.cr：有助于焊缝形成稳定氧化膜，降低焊缝晶间腐蚀敏感性。
26.ni：提高焊缝塑性和韧性，并增强焊缝在腐蚀介质中的耐腐蚀性能。
27.nb：与焊缝多余c元素结合，形成稳定化合物nbc，防止焊缝贫铬区的形成，提高焊缝耐晶间腐蚀性能。
28.ti：与焊缝多余n元素结合，形成稳定化合物tin，防止焊缝贫铬区的形成，提高焊缝耐晶间腐蚀性能。
29.w：具有很强的细晶强化效果，能长时间有效的提高焊缝在高温下的耐热性，高温强度和抗氧化性。
30.ce：促进焊缝热影响区柱状晶向等轴晶的转变，细化晶粒，降低焊缝贫铬区的敏化作用，提高焊缝耐腐蚀性和韧性。
31.本发明第二方面还提供上述用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
32.步骤1：按照上述比例称取所述药芯各组分并混合均匀，在250-300℃的烘干机烘干1h，得到药芯粉末；
33.步骤2：所述低碳钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢带轧制成u型槽，步骤1得到的药芯粉末填入u型槽中，通过成型机使u型槽碾压闭合，然后拉拔至直径为1.0-1.2mm，用脱脂机和烘干机去除焊丝表面的油污和水分，即得。
34.本发明第三方面还提供所述用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝在汽车排气系统的409型铁素体不锈钢管路焊接中的应用，焊接电流为90-120a，电弧电压为14-16v，焊接速度为25-30cm/min。
35.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
36.一、本发明的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝具有良好的电弧稳定性，焊接飞溅小，焊缝成形美观，熔敷速度高且可进行全位置焊接，焊缝金属具有优异的耐高温氧化性以及相对较高的接头韧性。应用于汽车排气系统中409型铁素体不锈钢管路焊接时，焊缝在1000℃的空气环境中平均氧化速率为0.022/cm2.h，高温氧化速率降低近90％，抗拉强度也显著提升，焊缝性能均满足汽车焊接质量标准gb/t18344-2016的要求。
37.二、本发明的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝中协调加入w和稀土元素ce，添加w能在铁素体不锈钢中钢中能形成laves相(fe，cr)2(nb，w)，该相的熔点和硬度都很高，在高温下很稳定，既不溶解，又不易长大，使处于高温强度的不平衡组织状态能保持在更高的温度，从而提高焊缝的抗高温氧化性和耐热性。但是，由于laves相降低焊缝的塑性和韧性，因此需要添加适量稀土元素ce形成弥散细小的laves相，从而细化晶粒抑制晶粒长大，从而提高焊缝韧性。
具体实施方式
38.以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于下述实施例。
39.以下实施例提供用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，包括外皮和药芯，其外皮采用宽度为10-12mm和厚度为0.4-0.8mm的低碳钢带，成分及其质量百分比如下：c：0.01％-0.1％，si：0.05％-0.2％，mn：0.1％-0.5％，p≤0.01％，s≤0.01％，n≤0.005％，nb：0.01％-0.2％，ti：0.005％-0.1％，mo：0.1％-1.0％，余量为fe和不可避免的杂质。
40.实施例1
41.本实施例提供用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化性的409ti药芯焊丝，其药芯成分及其质量百分比为：c：0.05％，si：0.5％，mo：0.5％，cu：2.0％，al：4.0％，cr：12.0％，mn：7.0％，ni：0.5％，nb：0.2％，ti：0.1％，ce：0.05％，w：1.0％，其余量为铁粉。
42.该药芯焊丝通过以下方法制备得到：按照上述比例称取各组分并混合均匀，在300
℃的烘干炉中烘干1h，得到药芯粉末；将低碳钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢带轧制成u型槽，填充率为20％，用成型机使u型槽碾压闭合后进行拉拔至直径1.0mm，最后用脱脂机加烘干机去除焊丝表面的油污和水分，即得。
43.实施例2
44.本实施例提供用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其药芯成分及其质量百分比为：c：0.05％，si：0.6％，mo：0.3％，cu：2.5％，al：5.0％，cr：13.0％，mn：8.0％，ni：0.6％，nb：0.4％，ti：0.2％，ce：0.05％，w：2.0％，其余量为铁粉。
45.该药芯焊丝通过以下方法制备得到：按照上述比例称取各组分并混合均匀，在300℃的烘干炉中烘干1h，得到药芯粉末；将低碳钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢带轧制成u型槽，填充率为20％，用成型机使u型槽碾压闭合后进行拉拔至直径1.2mm，最后用脱脂机加烘干机去除焊丝表面的油污和水分，即得。
46.实施例3
47.本实施例提供用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其药芯成分及其质量百分比为：c：0.05％，si：0.7％，mo：0.3％，cu：2.0％，al：4.0％，cr：13.0％，mn：8.0％，ni：0.7％，nb：0.6％，ti：0.3％，ce：0.1％，w：2.0％，其余量为铁粉。
48.该药芯焊丝通过以下方法制备得到：按照上述比例称取各组分并混合均匀，在300℃的烘干炉中烘干1h，得到药芯粉末；将低碳钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢带轧制成u型槽，填充率为20％，用成型机使u型槽碾压闭合后进行拉拔至直径1.2mm，最后用脱脂机加烘干机去除焊丝表面的油污和水分，即得。
49.实施例4
50.本实施例提供用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其药芯成分及其质量百分比为：c：0.05％，si：0.8％，mo：0.5％，cu：2.5％，al：5.0％，cr：14.0％，mn：8.0％，ni：0.8％，nb：0.8％，ti：0.4％，ce：0.1％，w：1.0％，其余量为铁粉。
51.该药芯焊丝通过以下方法制备得到：按照上述比例称取各组分并混合均匀，在300℃的烘干炉中烘干1h，得到药芯粉末；将低碳钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢带轧制成u型槽，填充率为20％，用成型机使u型槽碾压闭合后进行拉拔至直径1.0mm，最后用脱脂机加烘干机去除焊丝表面的油污和水分，即得。
52.实施例5
53.本实施例提供用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其药芯成分及其质量百分比为：c：0.05％，si：0.9％，mo：0.5％，cu：3.0％，al：6.0％，cr：13.0％，mn：10.0％，ni：0.9％，nb：1.0％，ti：0.5％，ce：0.05％，w：0.5％，其余量为铁粉。
54.该药芯焊丝通过以下方法制备得到：按照上述比例称取各组分并混合均匀，在300℃的烘干炉中烘干1h，得到药芯粉末；将低碳钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢带轧制成u型槽，填充率为20％，用成型机使u型槽碾压闭合后进行拉拔至直径1.0mm，最后用脱脂机加烘干机去除焊丝表面的油污和水分，即得。
55.实施例6
56.本实施例提供用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其药芯成分及其质量百分比为：c：0.05％，si：1.0％，mo：0.5％，cu：3.0％，al：6.0％，cr：14.0％，mn：10.0％，ni：1.0％，nb：1.0％，ti：0.5％，ce：0.1％，w：0.5％，其余量为铁粉。
57.该药芯焊丝通过以下方法制备得到：按照上述比例称取各组分并混合均匀，在300℃的烘干炉中烘干1h，得到药芯粉末；将低碳钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢带轧制成u型槽，填充率为20％，用成型机使u型槽碾压闭合后进行拉拔至直径1.0mm，最后用脱脂机加烘干机去除焊丝表面的油污和水分，即得。
58.选取实施例1-6制备的药芯焊丝与常规市面上用于409型铁素体不锈钢焊接的药芯焊丝(对比例1和对比例2)进行焊接实验：采用钨极氩弧焊，保护气体为98％ar+2％o2，采用直流正接，钨极直径为2mm，头部锥形为20
°
。焊后对焊缝做力学性能检测，其中包括最主要的氧化动力学分析，将上述8例样品分别置于1000℃的空气环境中，通过绘制氧化增重曲线来计算它们各自的氧化率，以此来判断它们抗高温氧化性的能力，焊缝金属力学性能见下表1和2所示。
59.表1：焊缝金属在室温(25℃)下的力学性能
[0060][0061]
表2：焊缝金属在1000℃下的力学性能
[0062][0063]
由表1和2可以看出，实施例1-6的各项力学性能以及在高温(1000℃)下的氧化速率都优于对比例1和2，上述用于汽车排气系统增材制造用高温氧化409ti药芯焊丝在1000℃的抗拉强度≥23mpa，屈服强度≥15mpa，断后伸长率≥40％，硬度≥177hv，氧化率≤0.025mg/cm2·
h，相较于现有的用于409型铁素体不锈钢药芯焊丝的焊接性有显著提升，具体体现在电弧更稳定，焊接飞溅小，焊缝成形美观，熔敷速度高且可进行全位置焊接，焊缝金属具有优异的耐高温氧化性以及相对较高的接头韧性和耐腐蚀性，高温氧化速率降低近90％。
[0064]
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发
明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其特征在于，包括外皮和药芯；所述外皮采用低碳钢带；所述药芯由以下质量百分含量的组分组成：c：0.05％-0.1％，si：0.5％-1.0％，mo：0.1％-0.5％，cu：2.0％-3.0％，al：1.5％-6.0％，cr：11.0％-14.0％，mn：7.0％-10.0％，ni：0.5％-1.0％，nb：0.2％-1.0％，ti：0.1％-0.5％，ce：0.05％-0.1％，w：0.5％-2.0％，余量为铁粉。2.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其特征在于，所述外皮采用的低碳钢带宽度为10-12mm，厚度为0.4-0.8mm，所述低碳钢带的成分及其质量百分比为：c：0.01％-0.1％，si：0.05％-0.2％，mn：0.1％-0.5％，p≤0.01％，s≤0.01％，n≤0.005％，nb：0.01％-0.2％，ti：0.005％-0.1％，mo：0.1％-1.0％，余量为fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的填充率控制在20％-22.5％。4.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的组分含量满足：当w的含量为0.5％-2.0％时，ce的含量为0.05％-0.1％，同时满足w/ce＝20：1。5.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的组分粒径为80-200目，其中cr、w以金属的形式加入，mn以电解锰的形式加入，ti以钛铁的形式加入，c以石墨的形式加入，ce以氧化铈粉末的形式加入，杂质元素s和p的含量均小于0.03％。6.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的组分含量满足：ti/nb＝1：2。7.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其特征在于，所述低碳钢带的组分含量满足：ti/nb＝1：2。8.根据权利要求1所述的用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的组分含量满足：cu/al＝1：2。9.权利要求1至8任一项所述用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按照权利要求1至8任一项中所述药芯的组成称取组分并混合均匀，在250-300℃的烘干机烘干1h，得到药芯粉末；步骤2：所述低碳钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢带轧制成u型槽，步骤1得到的药芯粉末填入u型槽中，通过成型机使u型槽碾压闭合，然后拉拔至直径为1.0-1.2mm，用脱脂机和烘干机去除焊丝表面的油污和水分，即得。10.权利要求1至8任一项所述用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409ti药芯焊丝在汽车排气系统的409型铁素体不锈钢管路焊接中的应用，焊接电流为90-120a，电弧电压为14-16v，焊接速度为25-30cm/min。

技术总结
本发明公开了用于汽车排气系统增材制造用耐高温氧化409Ti药芯焊丝及其制备方法，外皮采用低碳钢带，药芯由以下质量百分含量的组分组成：C0.05％-0.1％，Si0.5％-1.0％，Mo0.1％-0.5％，Cu2.0％-3.0％，Al1.5％-6.0％，Cr11.0％-14.0％，Mn7.0％-10.0％，Ni0.5％-1.0％，Nb0.2％-1.0％，Ti0.1％-0.5％，Ce0.05％-0.1％，W0.5％-2.0％，余量为铁粉，药芯粉末填入低碳钢带轧制的U型槽中碾压闭合后拉拔而成，用于汽车排气系统409型铁素体不锈钢管路焊接时，高温氧化速率降低近90％，焊缝性能满足汽车焊接质量标准要求。焊缝性能满足汽车焊接质量标准要求。


技术研发人员：张天理 李伟峰 陈庚 周新春 蔡小栋 姜磊 刘正 许雅君 方乃文 李振华 徐锴 陈振刚 杨尚磊 徐连勇 林三宝 李红 尹立孟 葛丽
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/28