CN101700607B - 一种深冷工程专用不锈钢焊条 - Google Patents

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Abstract

一种深冷工程专用不锈钢焊条属于焊接材料领域。它是由下述重量份配比的粉原料经混合，所述的粉原料配比：金红石38-46份；大理石12-15份；钛白粉1-3份；石英1-3份；云母4-6份；硅铁4-6份；钛铁2-4份；电解锰6-8份；金属铬3-5份；钙溶剂1-3份；碳酸钠1-3份；冰晶石4-7份；长石6-8份；并加入粉原料总重量26％的钾钠水玻璃，搅拌均匀，压涂于不锈钢焊芯上而成的不锈钢焊条。其焊缝金属中铁素体含量适宜，焊缝金属铁素体数FN为6-8；焊缝金属具有优良的-196℃低温冲击性能，焊缝金属-196℃的V型冲击功平均值为45J，完全满足工程所需。

Description

一种深冷工程专用不锈钢焊条
技术领域
本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种适用于深冷工程奥氏体不锈钢专用的不锈钢焊条。
背景技术
面心立方晶格的奥氏体不锈钢由于具有优良的低温韧性，故常常被用做低温用钢。奥氏体不锈钢母材其低温冲击值一般都很高，在-196℃的V型冲击值一般都在140J以上。基于此，人们普遍认为其焊缝金属的低温韧性是不会成为问题的，故通常对其不做具体要求。但是，国内有些单位在对绕管换热器、脱甲烷塔等低温液体储存容器做焊接工艺评定的过程中，发现焊缝金属的低温冲击韧性都很低。如果采用常用的钛钙型不锈钢焊条焊接，-196℃的焊缝金属的低温冲击值仅达到25J(工程要求为大于31J)，因此，有必要研究具有理想的低温冲击韧性的奥氏体不锈钢焊缝金属。目前国内研究表明，通常降低奥氏体不锈钢焊缝中的含碳量、减少铁素体含量，另外选低氢型碱性焊条，控制焊缝金属中的氧含量，采用小规范，限制线能量和焊后进行固溶处理可明显改善和提高焊缝金属-196℃的V型冲击韧性。但是，低氢碱性焊条其焊接工艺性较差，另外，过分降低焊缝铁素体含量，势必影响焊缝的抗热裂性能。因此，开发一种铁素体含量适宜，且具有良好低温冲击韧性的焊条十分关键。
当前国内生产的深冷低温液体储运容器的设计温度通常为-183℃～-196℃，主体母材为18-8型奥氏体不锈钢。基于这一情况，开发具有良好-196℃低温冲击的不锈钢专用焊条A002(-196℃)已经成为一种趋势，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由Cr、Ni、Mn等合金元素组成的奥氏体不锈钢焊条，以克服现有技术的不足。
本发明的目的是这样实现的，其特征在于它是由下述重量份配比的粉原料经混合，并加入粉原料总重量26％的钾钠水玻璃，搅拌均匀，压涂于H00Cr21Ni10不锈钢焊芯(规格有
Figure G2009102381168D00021
和
Figure G2009102381168D00022
)上而成的不锈钢焊条：金红石38-46份；大理石12-15份；钛白粉1-3份；石英1-3份；云母4-6份；硅铁4-6份；钛铁2-4份；电解锰6-8份；金属铬3-5份；钙溶剂1-3份；碳酸钠1-3份；冰晶石4-7份；长石6-8份。
采用本发明的焊条焊接用于低温容器的18-8型奥氏体不锈钢，以
Figure G2009102381168D00023
焊条为例，焊接工艺参数为：焊接电流140-200A，焊接电压为26-35V，得到的焊后熔敷金属成分范围如下，见表1。
表1
  C   Mn   Si   S   P   Cr   Ni   Mo   Cu
  ≤0.04   0.5-2.5   ≤0.90   ≤0.030   ≤0.040   18.0-21.0   9.0-11.0   ≤0.75   ≤0.75
C：在深冷低温条件下，奥氏体不锈钢的组织是处于亚稳定状态，其性能在很大程度上取决于钢中的含碳量。在冷却过程中，奥氏体向马氏体的转变温度Tms取决于金属的化学成分，特别是取决于碳的含量，当每增加0.01％的碳，Tms将升高16.67℃。同时碳与铬易形成Cr23C6碳化物，由于焊接和热加工等原因，这种铬的碳化物沿奥氏体晶界析出，不仅降低钢的耐蚀性，而且使奥氏体变得不稳定发生马氏体转变，导致低温韧性的降低。如果碳含量大于0.04％，则低温冲击性能将不能保证。因此，碳含量在≤0.04％的范围内。
S：硫容易在焊接过程中引起热裂纹，过量的硫对耐蚀性和韧性都有不利的影响。需较严格的控制其含量，其含量应在≤0.030％的范围内。
P：磷也是对焊接热裂纹有不利的影响，需严格控制含量，其含量应在≤0.040％。
Cr：铬是强铁素体形成元素，加入铬可以很好的保证焊缝金属的力学性能和耐腐蚀性能，故铬的含量应在18.0-21.0％的范围内。
Cu：铜通过其沉淀效应增加材料的硬度和抗拉强度，提高耐蚀性。在一定范围内，加入一定量的铜改善奥氏体不锈钢的塑性，并能有效降低焊缝金属的冷加工硬化倾向和冷加工开裂敏感性。因此，铜的含量在≤0.75％的范围内。
Si：硅是一种强铁素体形成元素，随着硅量的增加，会提高δ铁素体含量，过高的铁素体含量又不利于低温冲击韧性，应该控制其含量，其含量应在≤0.90％的范围内。
Mn：锰同样也是奥氏体成形元素，影响着熔敷金属的强度和韧性。锰在过冷奥氏体转变过程中，不仅能降低脆性转变温度，又是良好的除硫剂，能与硫形成高熔点硫化物MnS，改善硫化物的形态和分布，在提高低温韧性的同时，还能有效地降低单相奥氏体不锈钢焊缝的热裂纹敏感性。如果在熔敷金属中锰含量低于0.5％，则熔敷金属的韧性及抗热裂纹性能降低。如果锰含量高于2.5％，则焊缝金属的强度过大，导致韧性降低。因此，锰含量应该在0.5-2.5％的范围内。
Ni：镍具有使脆性断裂的转变温度降低的作用，由此而改善了熔敷金属的韧性。镍作为增大及稳定奥氏体化的元素，是改善钢的低温性能最有效的元素，它在过冷奥氏体转变过程中，不仅可降低脆性转变温度，而且还能推迟奥氏体向珠光体、贝氏体的转变，以提高低温韧性。然而，过量加入镍，容易在焊缝金属中引起伸长率下降。因此，Ni含量应该在9.0-11.0％的范围内。
Mo：钼在奥氏体焊缝中具有明显的固溶强化效果，但过量加入Mo会使脆性断裂的转变温度转移到更高温度，从而导致熔敷金属的韧性降低。因此，Mo含量在≤0.75％的范围内。
本发明与现有技术相比：
1它焊缝金属中铁素体含量适宜，焊缝金属铁素体数FN为6-8；2焊缝金属具有优良的-196℃低温冲击性能，焊缝金属-196℃的V型冲击功平均值为45J，满足工程所需(≥31J)，高于常用的钛钙型不锈钢A002焊条(平均值为25J)；3焊接中药皮不易发红开裂，焊条剩余部分短，节约焊条，在深窄坡口中脱渣容易，具有优良的焊接工艺性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明，但不局限以下实施例子。
钙溶剂(株洲市华中焊条辅料厂生产的硼钙羟甲基纤维素，其中CaO含量为30-40％，硼化羟甲基纤维素含量为40-50％，Na2O含量为3-5％，其它杂质≤8％)。
实施例1，取金红石38kg；大理石13kg；钛白粉3kg；石英1kg；云母5kg；硅铁6kg；钛铁4kg；电解锰8kg；金属铬4kg；钙溶剂(钙的矿物化合物，主要成分为碳酸钙和氧化钙，其余成分为少量其它氧化物，用于改善焊条的压涂性)1kg；碳酸钠3kg；冰晶石5kg；长石6kg的粉料混合均匀，将25.22kg的钾钠水玻璃加入干粉中混合均匀，用油压机压涂于H00Cr21Ni10不锈钢焊芯上，焊条经24小时自然晾干，然后经烘干而成。其熔敷金属铁素体含量和冲击韧性试验数值见表2。
实施例2，取金红石46kg；大理石14kg；钛白粉2kg；石英3kg；云母4kg；硅铁5kg；钛铁3kg；电解锰6kg；金属铬3kg；钙溶剂(钙的矿物化合物，主要成分为碳酸钙和氧化钙，其余成分为少量其它氧化物，用于改善焊条的压涂性)2kg；碳酸钠1kg；冰晶石7kg；长石7kg的粉料混合均匀，将26.78kg的钾钠水玻璃加入干粉中混合均匀，用油压机压涂于H00Cr21Ni10不锈钢焊芯上，焊条经24小时自然晾干，然后经烘干而成。其熔敷金属铁素体含量和冲击韧性试验数值见表2。
实施例3，取金红石43kg；大理石15kg；钛白粉1kg；石英2kg；云母6kg；硅铁4kg；钛铁2kg；电解锰7kg；金属铬5kg；钙溶剂(钙的矿物化合物，主要成分为碳酸钙和氧化钙，其余成分为少量其它氧化物，用于改善焊条的压涂性)3kg；碳酸钠2kg；冰晶石4kg；长石8kg的粉料混合均匀，将26.52kg的钾钠水玻璃加入干粉中混合均匀，用油压机压涂于H00Cr21Ni10不锈钢焊芯上，焊条经24小时自然晾干，然后经烘干而成。其熔敷金属铁素体含量和冲击韧性试验数值见表2。
表2实施例熔敷金属铁素体含量及冲击韧性
Figure G2009102381168D00041
注：冲击韧性中，括号内为三值的平均值。

Claims (1)

1.一种深冷工程专用不锈钢焊条，其特征在于：它是由下述重量份配比的粉原料经混合，所述的粉原料配比：金红石38-46份；大理石12-15份；钛白粉1-3份；石英1-3份；云母4-6份；硅铁4-6份；钛铁2-4份；电解锰6-8份；金属铬3-5份；钙溶剂1-3份；碳酸钠1-3份；冰晶石4-7份；长石6-8份；并加入粉原料总重量26％的钾钠水玻璃，搅拌均匀，压涂于不锈钢焊芯上而成的不锈钢焊条。
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