本發(fā)明涉及一種不銹鋼用焊接材料，特別涉及一種高強度高耐蝕性不銹鋼用藥芯焊絲。

背景技術(shù)：

以304、316為代表的奧氏體不銹鋼在化學(xué)容器、低溫儲罐、垃圾焚燒爐、海水淡化等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，行業(yè)以開始廣泛采用新型、含n的高強度高耐蝕不銹鋼以提高壽命、降低零部件厚度，從而降低建造成本，以及全生命周期成本。比如sus304n2和sus304n2a等新品種。

添加n元素一方面提高了強度，另一方面也替換了ni元素達到了提高耐蝕性的目的，尤其是抗點蝕能力；在同時提高焊縫金屬強度和耐蝕性能的同時，也降低了材料合金成本。n元素添加改變了不銹鋼的焊接性能。一方面焊接過程中的n氣體蒸發(fā)易引發(fā)焊接氣孔，破壞焊接質(zhì)量；另一方面，焊縫金屬的n含量直接決定了鐵素體含量，從而影響強度和耐蝕性能。同時兼顧上述兩個技術(shù)難點，才能確保焊接接頭質(zhì)量和性能。

目前關(guān)于含n奧氏體不銹鋼的藥芯焊絲報道不多。尤其是需要同時兼顧高強度、高耐蝕型、焊渣脫離性等指標

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供同時兼顧高強度、高耐蝕型、焊渣脫離性能、成型性能優(yōu)良、適應(yīng)大電流320-360a焊接的藥芯焊絲、且適用于含n型不銹鋼的全位置焊接。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

藥芯焊絲由不銹鋼外皮和內(nèi)部芯料卷制而成。

外皮不銹鋼含碳量不高于0.025％，芯粉填充率為16-30％。

外皮或藥粉所中各組分占焊絲總重量的百分比為：c≤0.025％，si:0.1-0.5％，mn:0.5-1.9％，cr:18-20％，ni:9.5-12％，mo:0.5-3.0％，ti:0.1-0.5％；n:0.05-0.2％，al2o3:0.2-2.5％，sio2:2-5％，baco3:0.2-2％，氟化物:0.1-2.5％，且需滿足：ⅰ ≥0；1≤ⅱ≤2，其中：?。絒al2o3]-[baco3]，ⅱ＝[sio2]/{[al2o3]+[baco3]}。

c含量要求是基于焊接裂紋和耐蝕性的雙重考慮。當(dāng)碳含量超過0.03％時，奧氏體不銹鋼的焊縫金屬會出現(xiàn)結(jié)晶裂紋，含量越高，裂紋敏感性越高。此外，由于母材金屬中存在n，因此會進一步增加焊接裂紋敏感性。同時，降低碳含量也有利于提高耐蝕性。為消除焊接裂紋敏感性，c含量控制在0.025％以下。通過外皮材料引入。

si元素主要在焊縫熔池中起到脫氧作用。含量低于0.1％時，其脫氧作用不明顯；當(dāng)其含量超過0.5％時，會形成大量的脫氧產(chǎn)物，會降低焊縫金屬和焊接接頭的彎曲性能、塑性和韌性。因此其優(yōu)選含量是0.1-0.5％。通過外皮材料添加。

mn一方面通過增加淬透性、降低相轉(zhuǎn)變點、細化微觀組織來提高焊縫金屬的強度和低溫沖擊韌性；但另一方面，當(dāng)其含量超過1.9％時，使得焊縫中的凝固偏析加重、造成局部區(qū)域元素和微觀組織的不均勻，有些偏析區(qū)域容易生成韌性較差的奧氏體-馬氏體組織，從而惡化低溫韌性；優(yōu)選其含量是0.5-1.9％。通過外皮材料添加。

cr是穩(wěn)定鐵素體的元素，同時有助于緩解硫磷等雜質(zhì)元素帶來的高溫裂紋敏感性。含量低于18％時，不利于耐蝕性；當(dāng)含量超過20％時，會在焊縫金屬的晶界處形成大量的碳化物，在降低延展性的同時、也降低了耐蝕性能。因此，需要控制其含量18-20％。

可以通過外皮材料引入，也可以通過在芯粉中添加純金屬粉、或合金粉來添加。

ni是奧氏體不銹鋼中不可缺少元素，主要用于穩(wěn)定奧氏體。含量低于9.5％時對奧氏體的穩(wěn)定效果不充分，影響焊縫金屬的強度；當(dāng)含量超過12％時，會形成完全奧氏體焊縫金屬、使得焊縫金屬強度明顯低于母材，不利于焊縫金屬強度提到母材一個等級水平。為充分發(fā)揮mo,mn和ti等元素對焊縫金屬的強化作用，需要控制其含量9.5-12％。

可以通過外皮材料引入，也可以通過芯粉添加。

mo是提高強度最有效的元素之一。當(dāng)其含量低于0.5％時，對焊縫金屬的強化效果不明顯；當(dāng)其含量超出3.0％時，由于其和cr元素均為穩(wěn)定鐵素體元素，從而降低ni元素對奧氏體的穩(wěn)定作用，不利于焊縫金屬組織和性能控制。因此，需要控制其含量0.5-3％。

可以通過外皮材料引入，也可以通過芯粉添加。

ti是大電流氣體保護焊接時降低焊接飛濺最有效的元素之一。當(dāng)其含量低 于0.1％時，考慮到氧化和燒損，對焊接飛濺的抑制作用有限；當(dāng)其含量超出0.5％時，由于過度氧化和燒損、以及增加焊接熔滴表面張力，使得脫渣性能惡化，不利于工藝性能控制。因此，需要控制其含量0.1-0.5％。

可以通過外皮材料引入，也可以通過芯粉添加。

n是焊接含n不銹鋼焊接材料中最常用的元素，一方面替代ni起著穩(wěn)定奧氏體的作用，另一方面其強化焊縫金屬作用明顯?？紤]到焊接過程中的燒損、當(dāng)其含量低于0.05％時，其穩(wěn)定奧氏體和強化焊縫金屬的效果均不明顯；當(dāng)其含量超出0.3％時，會給焊接過程控制帶來難度、尤其是焊接裂紋和氣孔的控制。因此，優(yōu)選n含量:0.05-0.2％，

可以通過外皮材料引入，也可以通過在芯粉加入氮合金等形式加入。

al2o3作為焊絲中的藥芯粉加入、主要作用是改善焊道成形性能、增加焊接熔池流動性、利于焊接熔池中的c,o,n等元素能夠及時排出；同時也利于冶金反應(yīng)生成的各類氧化物、夾雜物等能夠排出熔池，從而得到無缺陷的焊接接頭和焊縫金屬。當(dāng)含量低于0.2％時，作用不明顯；當(dāng)含量超出2.5％時，焊接熔池流動性大幅增加，不利于全位置焊接。因此優(yōu)選含量范圍是0.2-2.5％。

baco3作為焊絲中的藥芯粉加入、主要作用是調(diào)整焊接熔池的冶金反應(yīng)，并控制o和n的含量，從而影響焊縫中的微觀組織轉(zhuǎn)變，以及氧化物的類型和尺寸，對低溫韌性有較大影響。含量低于0.2％時，作用不明顯；當(dāng)含量超出2％時，一方面會大幅增加焊縫金屬的夾雜物尺寸和體積含量，不利于低溫韌性；另一方面會大幅增加熔渣粘度，不利于脫渣。因此，優(yōu)選含量是0.2-2％。

sio2作為焊絲中的藥芯粉加入、主要作用是調(diào)整焊道表面熔渣的結(jié)構(gòu)、綏化硬質(zhì)玻璃相、從而提高焊渣脫離性能。當(dāng)其含量低于2％時，其效果不明顯；當(dāng)其含量超過5％時，會影響電弧穩(wěn)定性。因此，優(yōu)選含量范圍是2-5％。

控制ⅰ≥0，?。絒al2o3]-[baco3]，目的是在確保焊縫金屬強度和低溫韌性的基礎(chǔ)上，來兼顧焊接熔池流動性，以適應(yīng)大電流焊接。

控制1.5≤ⅱ≤2，ⅱ＝[sio2]/{[al2o3]+[baco3]}，目的有二：

1)當(dāng)比例超過2時，sio2相對含量高，一方面對焊縫金屬低溫韌性不利，另一方面焊接熔池流動性提高、雖然部分改善了成型性能，但不利于仰焊、立向焊接，不能適用于全位置焊接；

2)當(dāng)比例低于1時，會影響大電流焊接狀態(tài)下的脫渣性能和成形性能，尤其是當(dāng)電流增加到320-360a以上時，不僅會惡化成型性能、焊道表面質(zhì)量嗎，而且飛濺大，影響焊接質(zhì)量。

為兼顧成型性、脫渣性和低溫韌性，應(yīng)確保三者優(yōu)化的比例。

氟化物作為焊絲中的藥芯粉加入、主要作用是降低焊縫金屬的氧含量，從而有利于焊縫金屬的強度、耐蝕性提高。當(dāng)其含量低于0.1％時，脫氧排氣效果不明顯；當(dāng)其含量超過2.5％時，會降低焊接電弧穩(wěn)定性、增加飛濺和氣泡形成機率。因此，優(yōu)選含量為0.1-2.5％。

氟化物可以是單個品種，也可以是多個品種同時添加；可以是純氟化物，也可以是螢石等以氟化物為主要成分的礦物等。

藥粉占焊絲總重量的16-30％，比例低于16％會影響電弧特性、渣層結(jié)構(gòu)、以及焊接工藝性能；比例高于30％會給制絲加工帶來難度。

本發(fā)明藥芯焊絲適用于100％的co2氣體保護焊接，焊接工藝性能優(yōu)良、焊道表面光亮無色差、脫渣容易、飛濺小、無氣孔夾渣等缺陷。

本發(fā)明焊絲，可適用于320-360a大電流氣體保護焊接，且能保持低飛濺、良好的脫渣性能，熔敷率比現(xiàn)有水平提高1倍以上?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)受限于280a以下電流焊接的難題。

獨特芯粉材料設(shè)計，可得到純凈焊接熔敷金屬；再輔以合金成分設(shè)計，以及組織轉(zhuǎn)變控制，使得焊縫金屬的抗拉強度≥580mpa；-40℃沖擊功≥60j。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)的有益效果至少在于：

1.為含n高耐蝕不銹鋼提供了一種低成本、高效率、高可靠性的焊接材料，從而兼顧工藝性能、作業(yè)效率和力學(xué)性能；

2.可適用于320-360a大電流co2氣體保護焊接、低飛濺、脫渣性能好。

具體實施方式

以下結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。

將下述實施例1-10，對比例1-5，按照焊絲標準作業(yè)流程做成藥芯焊絲，焊絲直徑為1.2mm，填充率16-30％之間。

實施例1：

藥芯焊絲外皮成分(占焊絲重量百分比)為：0.01％c，0.2％si，1.9％mn，20％cr，9.5％ni，0.5％mo，0.2％ti，0.05％n；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：2.2％al2o3，3.5％sio2，1.2％baco3，1.8％氟化物，且?。?.0，ⅱ ＝1.1。

焊絲填充率為24％，直徑為1.2mm。

實施例2：

外皮成分同實施例1；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：1.8％al2o3，4.8％sio2，1.7％baco3，0.1％氟化物，且?。?.1，ⅱ＝1.4。

焊絲填充率為22％，直徑為1.2mm。

實施例3：

外皮成分同實施例1；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：0.8％al2o3，2％sio2，0.2％baco3，2.5％氟化物，且ⅰ＝0.6，ⅱ＝2。

焊絲填充率為21％，直徑為1.2mm。

實施例4：

藥芯焊絲外皮成分(占焊絲重量百分比)為：0.01％c，0.3％si，0.6％mn，20％cr，12％ni，3.0％mo，0.1％ti，0.2％n；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：1.2％al2o3，2.4％sio2，0.2％baco3，1.6％氟化物，且?。?，ⅱ＝1.7。

焊絲填充率為22％，直徑為1.2mm。

實施例5：

外皮成分同實施例4；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：2.3％al2o3，4.9％sio2，0.8％baco3，0.4％氟化物，且?。?.5，ⅱ＝1.6。

焊絲填充率為24％，直徑為1.2mm。

實施例6：

外皮成分同實施例4；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：2.5％al2o3，5％sio2，1.6％baco3，1.5％氟化物，且?。?.9，ⅱ＝1.2。

焊絲填充率為25％，直徑為1.2mm。

實施例7：

藥芯焊絲外皮成分(占焊絲重量百分比)為：0.01％c，0.5％si，1.1％mn，19％cr，11％ni，2.0％mo，0.1％n；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為： 1.6％al2o3，3％sio2，1.2％baco3，1.2％氟化物，0.2％ti，且ⅰ＝0.4，ⅱ＝1.2。

焊絲填充率為25％，直徑為1.2mm。

實施例8：

藥芯焊絲外皮成分(占焊絲重量百分比)為：0.01％c，0.5％si，1.1％mn，19％cr，11％ni，0.1％n；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：2.2％al2o3，4.4％sio2，1.8％baco3，2.2％mo粉，1.8％氟化物，0.4％ti，且?。?.4，ⅱ＝1.1。

焊絲填充率為25％，直徑為1.2mm。

實施例9：

藥芯焊絲外皮成分(占焊絲重量百分比)為：0.01％c，0.5％si，0.8％mn，19％cr，0.1％n；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：1.6％al2o3，3.4％sio2，11％ni，0.5％baco3，1.2％mo粉，2.3％氟化物，0.3％ti，且?。?.1，ⅱ＝1.6。

焊絲填充率為23％，直徑為1.2mm。

實施例10：

藥芯焊絲外皮成分(占焊絲重量百分比)為：0.01％c，0.5％si，1.6％mn，0.1％n；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：1.2％al2o3，3.4％sio2，19％cr，11％ni，2.2％mo粉，1.1％baco3，2.3％氟化物，0.5％ti，且ⅰ＝0.1，ⅱ＝1.5。

焊絲填充率為22％，直徑為1.2mm。

對比例1：

外皮成分同實施例1；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：3.5％al2o3，5％sio2，1.4％baco3，2.5％氟化物，且?。?.1，ⅱ＝1.1。

焊絲填充率為21％，直徑為1.2mm。

對比例2：

外皮成分同實施例1；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：1.5％al2o3，3.5％sio2，1.4％baco3，4.5％氟化物，且?。?.1，ⅱ＝1.2。

焊絲填充率為21％，直徑為1.2mm。

對比例3：

外皮成分同實施例4；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：1.5％al2o3，4％sio2，3.0％baco3，1.5％氟化物，且ⅰ＝-1.5，ⅱ＝0.9。

焊絲填充率為26％，直徑為1.2mm。

對比例4：

外皮成分同實施例4；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：1.8％al2o3，3％sio2，1.6％baco3，1.8％氟化物，且?。?.2，ⅱ＝0.8。

焊絲填充率為24％，直徑為1.2mm。

對比例5：

藥芯焊絲外皮成分(占焊絲重量百分比)為：0.01％c，0.5％si，1.6％mn，0.3％n；內(nèi)部芯料成分(占焊絲重量百分比)為：1.2％al2o3，3.4％sio2，19％cr，11％ni，1.5％baco3，2.2％mo粉，2.3％氟化物，0.5％ti，且ⅰ＝-0.3，ⅱ＝1.3。

焊絲填充率為22％，直徑為1.2mm。

對上述實施例和對比例進行焊接試驗，具體參數(shù)如下：

實施例1-3，對比例1-2為水平對接焊。母材為20mm后鋼板，采用v型坡口，角度為60°。保護氣體為co2。焊接電流為360a。

實施例4-6，對比例3-4為立向上焊接，母材為20mm后鋼板；采用v型坡口，角度為45°；保護氣體為co2。焊接電流為340a。

實施例7-8，對比例5為仰焊，角焊縫，v型40°坡口，保護氣體為co2。焊接電流為320a。

實施例9-10為水平對接焊，母材為20mm后鋼板，采用v型坡口，角度為55°，保護氣體為co2，焊接電流為240a。

焊接試驗后，首先對脫渣性、焊道表面成型性能、氣孔/裂紋等進行檢驗；然后再對焊接接頭進行金相和組織分析、分析微裂紋和微氣孔；最后進行拉伸試驗、沖擊試驗以檢測強度、低溫韌性等指標，結(jié)果見表1。

通過以上實施例可知，本發(fā)明藥芯焊絲用于焊接含n不銹鋼，具備脫渣性能好、焊道成型好、無氣孔裂紋；能夠適應(yīng)大電流100％的co2焊接，且飛濺少；同時焊接熔敷金屬具備高強度、優(yōu)良低溫沖擊韌性。

該技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)不能兼顧脫渣性、氣孔裂紋缺陷、大電流焊接、高強度、低溫韌性的技術(shù)難題，給含n高耐蝕不銹鋼的工業(yè)應(yīng)用提供了低成本、高效率、強度和低溫韌性優(yōu)良的定性的解決方法。

表1：試驗焊絲工藝性能和力學(xué)性能

(備注：“o”表示合格，“x”表示不合格)