專利名稱：高鉻鎳全奧氏體不銹鋼氣保護(hù)焊接用藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工工程的焊接領(lǐng)域，特別地，涉及一種高鉻鎳全奧氏體不銹鋼氣保護(hù)焊接用藥芯焊絲。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)不銹鋼(如304不銹鋼)的顯微組織由奧氏體和少量鐵素體組成，少量鐵素體的存在提高奧氏體不銹鋼的抗裂性能。但對于在高溫或在嚴(yán)酷腐蝕條件下使用的不銹鋼而言，鐵素體的存在反而會損傷不銹鋼的高溫性能和耐腐蝕性能。因此，對于高溫或嚴(yán)酷腐蝕條件工況條件，需要使用全奧氏體不銹鋼，即由單一奧氏體組織構(gòu)成的不銹鋼。最為典型的全奧氏體不銹鋼為Cr25Ni20合金系310不銹鋼，鉻含量為24. O 26. 0%，鎳含量為19. O 22. O %，是高鉻鎳的奧氏體不銹鋼。目前，高鉻鎳全奧氏體不銹鋼主要用焊條焊接，焊條是斷續(xù)焊接，且不銹鋼具有較大的電阻率，容易尾部發(fā)紅要求焊條單根長度短，因此采用焊條焊接時會導(dǎo)致因焊條頭產(chǎn)生更大的浪費，特別是對于高鉻鎳含量的焊條，其合金元素的浪費更為嚴(yán)重。相對于焊條焊接而言，焊絲是連續(xù)焊接。但由于實心焊絲的成分受限于鋼鐵企業(yè)盤條種類，且其焊接工藝性能較差，難以滿足高要求、高品質(zhì)的不銹鋼焊接。因此，開發(fā)適用于高鉻鎳全奧氏體不銹鋼焊接的氣保護(hù)藥芯焊絲具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，目前尚未有與之相關(guān)的專利或文獻(xiàn)報道。本發(fā)明提供一種高鉻鎳全奧氏體不銹鋼氣保護(hù)焊接用藥芯焊絲，克服了焊絲配方開發(fā)和生產(chǎn)制造的技術(shù)難點，焊絲具有良好的焊接工藝性能和力學(xué)性能，適用于高鉻鎳全奧氏體不銹鋼的全位置氣保護(hù)焊接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于高鉻鎳全奧氏體不銹鋼氣保護(hù)焊接用的藥芯焊絲，該焊絲具有良好的焊接工藝性能，適用于高鉻鎳全奧氏體不銹鋼的全位置氣保護(hù)焊接。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種高鉻鎳全奧氏體不銹鋼焊接用藥芯焊絲，由藥粉和外用不銹鋼帶組成，其中，所述藥芯占焊絲總重量的28. O 30. 0%，其中藥芯各組分占藥芯的重量百分比為金屬鉻粉25. O 28. 0%，金屬鎳粉29. O 32. 0%，電解金屬錳4. O 5. 0%，高碳鉻鐵2. O 4. O 金紅石18· O 20. 0%,石英1.0 2.0%,錯英砂1.0 2.0%,長石1.0 3.0%，螢石0. 5 1.0%，碳酸鋇0. 5 I. 5%，碳酸鈣0. 5 1.5%，其余為鐵粉。如上所述的藥芯焊絲，優(yōu)選地，所述外用不銹鋼帶為奧氏體不銹鋼帶309。如上所述的藥芯焊絲，優(yōu)選地，所述外用不銹鋼帶和藥粉各組分的硫含量均不高于O. 010%，磷含量均不高于O. 025%。如上所述的藥芯焊絲，優(yōu)選地，所述藥粉中碳酸鋇與碳酸鈣的含量總和不超過2. 5%。
如上所述的藥芯焊絲，優(yōu)選地，所述藥芯焊絲的熔敷金屬的含碳量不低于O. 08%。如上所述的藥芯焊絲，優(yōu)選地，所述藥芯焊絲的直徑為1.2mm。如上所述的藥芯焊絲，其制備方法步驟如下(I)按照所述藥芯組成配置好藥芯粉末，將309奧氏體不銹鋼帶軋成U形，向U形槽內(nèi)加入占本焊絲總重量28. O 30. O %的藥芯粉末；(2)將U形槽合口后，依次進(jìn)行軋制成型、連續(xù)拉拔減徑處理，得到焊絲；(3)對焊絲表面進(jìn)行機(jī)械清理，得到所述高鉻鎳全奧氏體不銹鋼氣保護(hù)焊接用藥芯焊絲的最終產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果為
對于生產(chǎn)制造高鉻鎳的不銹鋼藥芯焊絲而言，若采用常用的304不銹鋼帶為焊絲外用鋼帶，要保證焊絲的成分達(dá)到AWS標(biāo)準(zhǔn)或者國標(biāo)要求的成分(如鉻含量25. O 28. O %，鎳含量20. O 22. 5%)，需要將焊絲的加粉系數(shù)(即焊絲藥粉占焊絲重量的百分比)提高至40%以上，同時則需增加外用鋼帶寬度、降低鋼帶厚度。當(dāng)加粉系數(shù)高于40%時，生產(chǎn)氣保護(hù)焊接用藥芯焊絲(焊絲直徑為I. 2mm)的軋制、拉拔、減徑等工藝難度極大，不能實現(xiàn)生產(chǎn)。本發(fā)明采用更高鉻鎳含量的309不銹鋼帶為焊絲外用鋼帶，增加鋼帶對焊縫熔敷金屬的合金元素過渡量，將焊絲加粉系數(shù)降至30%以下，達(dá)到生產(chǎn)許可范圍，以保證焊絲的加工性能。對高鉻鎳全奧氏體不銹鋼氣保護(hù)藥芯焊絲材料而言，其鉻鎳當(dāng)量比約為I. 2(小于I. 5)，顯微組織中不含有鐵素體，缺乏阻止熱裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的第二相，故此類焊絲的抗熱性能很差，即使采用小熱輸入焊接，雜質(zhì)聚集形成的晶間液膜仍易形成熱裂紋，熱裂傾向非
常顯著。為降低其熱裂敏感性，本發(fā)明通過以下兩種途徑解決一是以碳化物作為顯微組織中的第二相，在不降低焊絲高溫性能的前提下，適當(dāng)增加碳化物第二相的含量；二是通過控制焊絲原材料硫、磷雜質(zhì)含量，并結(jié)合冶金方法，降低焊絲熔敷金屬的雜質(zhì)含量。在焊絲藥粉中適當(dāng)加入高碳鉻鐵，增加熔敷金屬的碳含量，使碳與熔敷金屬的鉻結(jié)合形成顆粒狀的碳化鉻，作為第二相阻止裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展，降低焊絲的熱裂敏感性。本發(fā)明要求焊絲熔敷金屬的含碳量不低于O. 08%。若低于O. 08%時，熔敷金屬的開裂傾向顯著。例如在熔敷金屬拉伸試驗時，裂紋極易擴(kuò)展，導(dǎo)致拉棒早期斷裂，熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度和延伸率不能達(dá)到AWS標(biāo)準(zhǔn)或者國標(biāo)要求的指標(biāo)。對全奧氏體組織焊縫而言，熱裂傾向遠(yuǎn)高于其他奧氏體和少量鐵素體構(gòu)成的不銹鋼材料(如304不銹鋼)。在焊縫雜質(zhì)含量(硫、磷)相同的條件下，全奧氏體不銹鋼更容易開裂。為降低熱裂傾向，需要控制焊絲熔敷金屬中的硫、磷含量。本發(fā)明首先控制焊絲原材料，即外用鋼帶和藥粉各組分的硫、磷含量，減少原材料的雜質(zhì)向熔敷金屬的過渡。本發(fā)明要求焊絲外用鋼帶和藥粉的硫含量不高于O. 01 %，磷含量不高于O. 025 % ;其次本發(fā)明針對冶金脫磷困難的情況，采用氧化鈣和氧化鋇聯(lián)合氧化脫磷法。焊絲藥粉中碳酸鋇和碳酸鈣分解后形成氧化鈣與氧化鋇，與磷氧化生成的氧化磷結(jié)合，生成磷酸鋇和磷酸鈣鹽過渡到熔渣中，達(dá)到冶金脫磷的目的，其效果好于氧化鈣單獨脫磷。通過上述措施，本發(fā)明所述焊絲熔敷金屬的硫含量控制在O. 008%以下，磷含量控制在O. 020%以下，達(dá)到低雜質(zhì)含量水平。但焊絲藥粉中碳酸鈣和碳酸鋇加入量一旦超過2. 5%，會導(dǎo)致焊接飛濺增加，惡化焊接エ藝性能。本發(fā)明的焊絲適用于100% CO2氣體保護(hù)焊，焊接エ藝性能優(yōu)良，焊縫成形質(zhì)量好，無裂紋、氣孔、夾渣等冶金缺陷，焊絲熔敷金屬的各項性能均符合AWS標(biāo)準(zhǔn)(AWS A5. 22bpecification for btamless bteel Flux Cored and Meta丄 Cored Welding Electrodesand Rods)和國標(biāo)要求(GB/T17853不銹鋼藥芯焊絲)，適用于高鉻鎳全奧氏體不銹鋼的全位 置焊接。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種高鉻鎳全奧氏體不銹鋼氣保護(hù)焊接用藥芯焊絲，它由外用鋼帶和其中的焊絲藥芯組成，其具體實施方式
如下所述外用鋼帶為奧氏體不銹鋼鋼帶309。所述焊絲藥芯的組成及各組分的功能如下金屬鉻粉25. O 28. 0%，金屬鎳粉29. O 32. O%，電解金屬猛:4· O 5. 0%，聞碳絡(luò)鐵2· O 4. O %,金紅石18· O 20. 0*%，石央1· O 2. O %,錯央砂I. O 2. O %,長石1. O 3.0%，螢石0. 5 1.0%，碳酸鋇0. 5 1.5%，碳酸鈣0. 5 1.5%，其余為鐵粉。金屬鉻粉向焊絲熔敷金屬中過渡鉻元素，其重量百分含量為(占藥芯的重量百分含量，以下同)25. O 28. 0%。金屬鎳粉向焊絲熔敷金屬中過渡鎳元素，其重量百分含量為29. O 32. 0%。電解金屬錳向焊絲熔敷金屬中過渡錳元素，并起脫氧、脫硫作用，同時錳是奧氏體化元素，其重量百分含量為4. O 5. 0%。高碳鉻鐵向焊絲熔敷金屬中過渡鉻元素和碳元素，可提高焊絲熔敷金屬的抗熱裂性，其重量百分含量為2.0 4.0%。金紅石主要的造渣劑，可以改善焊縫金屬的脫渣性和成形質(zhì)量，適量的金紅石可改善電弧穩(wěn)定性，但加入量過多反而會降低電弧質(zhì)量，其重量百分含量為18. O 20. 0%。石英主要的造渣劑，增加熔渣的酸度，調(diào)整熔渣的粘度和氧化性，但加入量過多會增加熔敷金屬中氧化物夾雜量，降低焊縫成形質(zhì)量，其重量百分含量為I. O 2. O %。鋯英砂主要的造渣劑，調(diào)整熔渣的物理化學(xué)性能，改善焊縫金屬的脫渣性，提高熔化系數(shù)，其重量百分含量為I. O 2. 0% ;。長石用于造渣，調(diào)整熔渣的物理化學(xué)性能，穩(wěn)定電弧、細(xì)化熔滴的作用。但加入量過大則會提高熔渣的酸度，導(dǎo)致焊縫金屬中氧化硅夾渣增多，并增加焊縫氣孔傾向，最佳重量百分含量為I. O 3. 0% ；螢石去氫，降低焊縫金屬氣孔傾向，同時作為冶金脫磷反應(yīng)的助熔劑，促進(jìn)脫磷反應(yīng)的進(jìn)行，其重量百分含量為0. 5 I. 0%。碳酸鋇焊接過程中分解生成的氧化鋇，與碳酸鈣分解生成的氧化鈣共同參加脫磷反應(yīng)，提高脫磷效果；同時碳酸鋇可提高焊縫金屬的抗氣孔能力，其重量百分含量為0. 5 I. 5%。碳酸鈣焊接過程中分解生產(chǎn)的氧化鈣，與碳酸鋇分解生成的氧化鋇共同參加脫磷反應(yīng)，提高脫磷效果；同時碳酸鈣可提高焊縫金屬的抗氣孔能力，其重量百分含量為O. 5 I. 5%。其余為鐵粉。本發(fā)明的奧氏體不銹鋼焊接用藥芯焊絲的制造采用以下步驟(I)將厚度O. 4mm,寬度IOmm的奧氏體不銹鋼帶309軋成U形，向U形槽內(nèi)加入占本發(fā)明焊絲總重28. O 30. 0%的藥粉；(2)將U形槽合口后，通過軋制成型和多道拉拔減徑，最終達(dá)到成品直徑，成品直徑規(guī)格為I. 2mm。(3)對焊絲表面進(jìn)行機(jī)械清理，得到最終產(chǎn)品。
實施例I選用厚度O. 4mm、寬度10mm、重量為2571g的309奧氏體不銹鋼帶，將其軋成U型，將250g金屬鉻粉，290g金屬鎳粉，40g電解金屬錳，20g高碳鉻鐵，180g金紅石，IOg石英，IOg錯英砂，IOg長石,5g螢石,5g碳酸鋇,5g碳酸韓，175g鐵粉,共IOOOg藥粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率為28%，合口后經(jīng)過多次軋制減徑，最終成品焊絲直徑為I. 2mm。實施例2選用厚度O. 4mm、寬度10mm、重量為2571g的309奧氏體不銹鋼帶，將其軋成U型，將280g金屬鉻粉，320g金屬鎳粉，50g電解金屬錳，40g高碳鉻鐵，200g金紅石，20g石英，20g錯英砂,30g長石，IOg螢石，15g碳酸鋇，IOg碳酸韓，5g鐵粉,共IOOOg藥粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率為28%，合口后經(jīng)過多次軋制減徑，最終成品焊絲直徑為I. 2mm。實施例3選用厚度O. 4mm、寬度10mm、重量為3448g的309奧氏體不銹鋼帶，將其軋成U型，將270g金屬鉻粉，300g金屬鎳粉，45g電解金屬錳，30g高碳鉻鐵，190g金紅石，15g石英，15g錯英砂,30g長石,8g螢石,8g碳酸鋇，IOg碳酸韓，79g鐵粉,共IOOOg藥粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率為29%，合口后經(jīng)過多次軋制減徑，最終成品焊絲直徑為I. 2mm。實施例4選用厚度O. 4mm、寬度10mm、重量為3448g的309奧氏體不銹鋼帶，將其軋成U型，將260g金屬鉻粉，310g金屬鎳粉，45g電解金屬錳，35g高碳鉻鐵，195g金紅石，18g石英，18g錯英砂,25g長石，6g螢石，IOg碳酸鋇，IOg碳酸H68g鐵粉,共IOOOg藥粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率為29%，合口后經(jīng)過多次軋制減徑，最終成品焊絲直徑為I. 2mm。實施例5選用厚度O. 4mm、寬度10mm、重量為2333g的309奧氏體不銹鋼帶，將其軋成U型，將250g金屬鉻粉，290g金屬鎳粉，40g電解金屬錳，20g高碳鉻鐵，180g金紅石，IOg石英，IOg錯英砂，IOg長石,5g螢石,5g碳酸鋇,5g碳酸韓，175g鐵粉,共IOOOg藥粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率為30%，合口后經(jīng)過多次軋制減徑，最終成品焊絲直徑為I. 2mm。實施例6選用厚度O. 4mm、寬度10mm、重量為2333g的309奧氏體不銹鋼帶，將其軋成U型，將280g金屬鉻粉，320g金屬鎳粉，50g電解金屬錳，40g高碳鉻鐵，200g金紅石，20g石英，20g錯英砂,30g長石，IOg螢石，15g碳酸鋇，IOg碳酸韓，5g鐵粉,共IOOOg藥粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率為30%，合口后經(jīng)過多次軋制減徑，最終成品焊絲直徑為I. 2mm。對比例I
選用厚度O. 4mm、寬度10mm、重量為2571g的309奧氏體不銹鋼帶，將其軋成U型，將250g金屬鉻粉，290g金屬鎳粉，40g電解金屬錳，180g金紅石，IOg石英，IOg鋯英砂，IOg長石，5g螢石，7g碳酸鋇，8g碳酸鈣，190g鐵粉，共IOOOg藥粉，混和均勻后加入U型槽中，填充率為28%，合口后經(jīng)過多次軋制減徑，最終成品焊絲直徑為I. 2mm。對比例2選用厚度O. 4mm、寬度10mm、重量為3448g的309奧氏體不銹鋼帶，將其軋成U型，將260g金屬鉻粉，310g金屬鎳粉，45g電解金屬錳，30g高碳鉻鐵，190g金紅石，18g石英，18g錯英砂,25g長石，6g螢石,20g碳酸鋇，15g碳酸li,63g鐵粉,共IOOOg藥粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率為29%，合口后經(jīng)過多次軋制減徑，最終成品焊絲直徑為I. 2mm。對比例3選用厚度O. 4mm、寬度10mm、重量為2333g的309奧氏體不銹鋼帶，將其軋成U型， 將270g金屬鉻粉，300g金屬鎳粉，50g電解金屬錳，30g高碳鉻鐵，190g金紅石，20g石英，20g鋯英砂，20g長石，8g螢石，92g鐵粉，共IOOOg藥粉，混和均勻后加入U型槽中，填充率為30%，合口后經(jīng)過多次軋制減徑，最終成品焊絲直徑為I. 2mm。對各實施例及對比例性能的評價對實施例和對比例涉及的高鉻鎳全不銹鋼氣保護(hù)焊接用藥芯焊絲的工藝性能進(jìn)行評價，并考核焊絲熔敷金屬的抗裂性、雜質(zhì)含量及抗拉強(qiáng)度和延伸率。各實施例及對比例的效果對比如表I所示。由表I可見，本發(fā)明的實施例1-6在藥芯焊絲的工藝性能、焊絲熔敷金屬的抗裂性、雜質(zhì)含量及抗拉強(qiáng)度和延伸率等各項指標(biāo)上全面優(yōu)于對比例1-3。
權(quán)利要求
1.一種高鉻鎳全奧氏體不銹鋼焊接用藥芯焊絲，由藥粉和外用不銹鋼帶組成，其特征在于，所述藥芯占焊絲總重量的28. O 30. 0%，其中藥芯各組分占藥芯的重量百分比為金屬鉻粉25. O 28. O %，金屬鎳粉29. O 32.0%，電解金屬錳4. O 5.0%，高碳鉻鐵2· O 4. O *%，金紅石18· O 20. 0*%，石央1· O 2. O %,錯央砂I. O 2. O %,長石I. O 3.0%，螢石0. 5 1.0%，碳酸鋇0. 5 1.5%，碳酸鈣:0. 5 I. 5%，其余為鐵粉。
2.如權(quán)利要求I所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述外用不銹鋼帶為奧氏體不銹鋼帶309。
3.如權(quán)利要求I或2所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述外用不銹鋼帶和藥粉各組分的硫含量均不高于O. 010%，磷含量均不高于O. 025%。
4.如權(quán)利要求I或2所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述藥粉中碳酸鋇與碳酸鈣的含量總和不超過2. 5%。
5.如權(quán)利要求I或2所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯焊絲的熔敷金屬的含碳量不低于O. 08%。
6.如權(quán)利要求I或2所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯焊絲的直徑為I.2mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種奧氏體不銹鋼全位置焊接用藥芯焊絲，它由藥粉和外用不銹鋼帶組成，其中藥芯占焊絲總重量的28.0～30.0%，其中藥芯各組分占藥芯的重量百分比為金屬鉻粉25.0～28.0％，金屬鎳粉29.0～32.0％，電解金屬錳4.0～5.0％，高碳鉻鐵2.0～4.0％，金紅石18.0～20.0％，石英1.0～2.0％，鋯英砂1.0～2.0％，長石1.0～3.0％，螢石0.5～1.0％，碳酸鈣0.5～1.5％，碳酸鋇0.5～1.5％，其余為鐵粉。該焊絲具有良好的焊接工藝性能，適用于高鉻鎳全奧氏體不銹鋼的全位置氣保護(hù)焊接。
文檔編號B23K35/368GK102699579SQ201210193329
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者周德成, 張迪, 曾憲芳, 李俠, 王英杰, 程美潔, 符定梅, 肖靜 申請人:中冶建筑研究總院有限公司, 中冶焊接科技有限公司