CN101905395A - Fv520（b）不锈钢焊接用低氢碱性焊条 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮，药皮按重量百分比由以下材料组成：35～45％大理石，18～26％萤石，6～9％石英，3～6％锆英砂，6～12％金红石，1～3％硅铁，6～10％钛铁，5～11％低碳锰铁，1～3％稀土硅铁，0.5～1.5％纯碱，各组分重量百分比之和为100％。采用本发明药皮制作的焊条与现有FV520(B)不锈钢专用进口焊条相比，稳弧性能良好，熔池流动性好，飞溅和烟尘较少，焊后脱渣较为容易，熔渣覆盖均匀，焊缝成型细致美观。研制的焊条熔敷金属扩散氢含量得到了有效的控制，符合低氢含量要求。
Description
技术领域
本发明属于材料加工中焊接技术领域，具体涉及一种FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条。
背景技术
FV520(B)钢是英国Firth Vickers材料研究室研究开发的一种沉淀硬化不锈钢，是在原FV520钢的基础上研制出的新型马氏体沉淀硬化不锈钢，FV520属于半沉淀硬化不锈钢，是马氏体沉淀硬化钢的一种，是一种低碳马氏体沉淀硬化不锈钢。FV520(B)钢近年来被引进我国后，一直活跃在风机制造行业，主要用来制造抽送含有腐蚀介质的中高速风机叶片，另外还应用于齿轮、螺栓、轴、轮盘、转子、泵件等场合。FV520(B)具有优良的耐蚀性能和与18-8钢相近的焊接性，还具有良好的冲击韧度和较大截面上理想的横向性能，易于加工、强度高、韧性良好、耐蚀性好，同时可以通过简单的热处理而获得不同的力学性能。FV520(B)作为一种新型、性能优越的沉淀硬化不锈钢，可通过热处理(固溶+调质+时效)获得Rm＝900～1250MPa，Rel＝650～1150Mpa的力学性能，所以热处理规范对其组织和性能起着决定性的作用，通过Cu、Nb、Mo等强化元素在时效过程中析出ε-Cu、NbC、Mo2C、M7C3、M23C6，起到最大的强化效果。
离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。随着我国风机行业的长远发展，对制造风机的材料势必提出了更高的要求。FV520(B)沉淀硬化不锈钢作为制造风机叶片、轮毂材料的需求量更加庞大。
研制各项性能指标达到或接近国外同类产品水平(如现有进口专用的FV520(B)焊条)、与FV520(B)匹配的焊接材料，改变FV520(B)焊接材料几乎完全依赖进口的现状，实现FV520(B)焊接材料国产化，不但可以为国家节约大量外汇，而且对推动FV520(B)不锈钢在我国风机行业中的广泛应用，具有重要的现实意义和显著的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条，解决了我国使用的与FV520(B)不锈钢匹配的焊条都是从国外进口的，并且外国进口的FV520(B)不锈钢焊条综合力学性能较差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述药皮按重量百分比由以下材料组成：35～45％大理石，18～26％萤石，6～9％石英，3～6％锆英砂，6～12％金红石，1～3％硅铁，6～10％钛铁，5～11％低碳锰铁，1～3％稀土硅铁，0.5～1.5％纯碱，各组分重量百分比之和为100％。
其特点在于，焊芯按重量百分比由以下组分组成：0.030％～0.080％的C，0.30％～1.0％的Si，0.70％～1.50％的Mn，4.80％～6.00％的Ni，1.00％～1.80％的Mo，13.00％～13.80％的Cr，0.10％～0.25％的Ti，0.10％～0.50％的Nb，0.60％～1.50％的Cu，0.002％～0.006％的B，0.10％～0.30％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分重量百分比之和为100％。
其中，焊芯为AMS5827B、H1Cr13或H1Cr5Mo不锈钢焊芯。
本发明的有益效果是，采用本发明药皮制作的焊条与现有FV520(B)不锈钢专用进口焊条相比，稳弧性能良好，熔池流动性好，飞溅和烟尘较少，焊后脱渣较为容易，熔渣覆盖均匀，焊缝成型细致美观。研制的焊条熔敷金属扩散氢含量得到了有效的控制，符合低氢含量要求。
附图说明
图1是本发明实施例1的熔敷金属金相图；
图2是本发明实施例6的熔敷金属金相图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明焊条的药皮按重量百分比由以下材料组成：35～45％大理石，18～26％萤石，6～9％石英，3～6％锆英砂，6～12％金红石，1～3％硅铁，6～10％钛铁，5～11％低碳锰铁，1～3％稀土硅铁，0.5～1.5％纯碱，各组分重量百分比之和为100％。
药皮中各个组份的作用：
大理石和萤石：在低氢型碱性渣系里，大理石、萤石的总量一般控制在50～75％，熔渣中含有大量的CaO和CaF2，熔渣碱性度高。大理石既可造气，又可造渣。且分解析出气体时，能提高对熔滴的喷力，减少飞溅，分解出的CaO既能稳定电弧，又有良好的脱硫能力。萤石去除氢气孔的作用非常显著，随着药皮中萤石加入量的增加，焊缝含氢量就减少。
在大理石与萤石总量一定的情况下，大理石与萤石之比很重要：大理石与萤石之比大于1小于3时，电弧稳定，喷力大，飞溅少。大理石与萤石之比接近3或大于3时，焊缝出现粘渣，V形坡口焊接时脱渣不良，焊缝表面有气孔。大理石与萤石之比小于1时，电弧稳定性差。因此，提高大理石而降低萤石含量(大理石与萤石之比大于1小于3时)，电弧稳定性增加，熔渣的碱度和氧化性增大，但是随着其比值的增加熔渣的熔点提高，粘度和表面张力增大，熔渣流动性变差，焊道变窄，堆高增加；反之，会使电弧稳定性变差，药皮熔点降低，焊条套筒变短，电弧吹力不够，飞溅增大，熔渣过稀，保护不良，且难于操作。从焊条的焊接工艺性能来看，本发明药皮中大理石/萤石＝1.3～2.6为宜，原因是大理石与萤石之比在这个范围内时焊条具有良好的力学性能，同时工艺性能亦较好。因此大理石的含量控制在35～45％，萤石的含量控制在18～26％。
石英：对碱性渣有一定的稀渣作用，含量控制在6～9％，如果配比含量小于6～9％，会造成熔渣流动性不良，成型变差；如果配比含量大于6～9％，渣呈黑色玻璃状，脱渣困难。因此本发明中石英的含量宜控制在6～9％。
锆英砂：加入锆英砂的主要作用是改善脱渣性能。研究表明锆英砂可替代部分石英改善脱渣性能，在3～6％时效果显著。
金红石：金红石它的主要成分是TiO2，它是很好的造渣剂，也是极好的粘塑剂，能使熔渣变成短渣，有利于改善焊条的焊接工艺性能，这在交直两用的低氢焊条中更为普遍，但含量不宜大于12％，否则对脱渣性、抗裂性、立焊操作性以及机械性能都不利。因此本发明中控制金红石含量在6～12％之间。
铁合金：常用铁合金是锰铁、硅铁和钛铁，前二者主要是合金剂，兼有脱氧作用，后者则纯粹为脱氧剂，用以保护锰和硅少受氧化而过渡入熔池，三者的总量为12～24％：
1)焊缝必须渗入Mn和Si，以保证足够的机械性能；
2)大理石分解是吸热反应，熔池温度显著降低，铁合金数量较多时，它脱氧放出的热量才能足够补充。
研究表明锰铁合金采用低碳锰铁，用量一般小于11％，过量的锰铁会增加MnO的量，使熔渣碱度增大，导致熔渣流动性变差，焊缝成形不良，脱渣困难。控制低碳锰铁含量在5～11％之间。
硅铁通常采用低度硅铁，含Si量约45％，一般硅铁用量小于5％。过量的硅铁会加剧熔池中的冶金反应，使爆炸性飞溅增大，熔渣流动性增加，成形变差，且还会导致焊缝金属的硅含量增加。低度硅铁压涂性能好，烘干焊条过程中药皮一般不会起泡。因此本发明中控制硅铁含量在1～3％之间。
钛铁是主要的脱氧剂，脱氧后的产物TiO2又一定的稀渣作用，钛铁对改善焊条的工艺性能有利，一般采用含Ti量为8～30％的钛铁，钛铁中的杂质Si、Al含量越少越好，否则焊接的飞溅很大。本发明中钛铁的用量在6～10％已足够，如果硅铁较多，则钛铁用量还可以适当减少。
稀土硅铁：
1)在焊条药皮中加入适量稀土硅铁添加剂，可显著提高焊缝金属的低温冲击韧性；2)稀土硅铁在焊接冶金过程中与硫、氧反应，可产生稀土硫化物，稀土氧化物和稀土硫氧化物，大部分上浮到熔渣中，有效地净化了焊缝，使硫含量下降46％左右；3)稀土硅铁的加入，具有细化焊缝组织，增加针状铁素体的含量，改善夹杂物的形状、大小和分布，降低焊缝中的含氧量的作用，其综合作用的结果，大大改善了焊缝金属的低温冲击韧性。因此稀土硅铁的含量控制在1～3％之间。
纯碱：纯碱能够改善焊条在油压机上的压涂性能，同时它也具有稳弧作用，含量控制在0.5～1.5％之间。
实施例1
步骤1，制作不锈钢焊芯：
预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr、Nb的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Cu、Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Cu、Re、Mn、B，搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制0.030％的C，0.460％的Si，0.850％的Mn，5.10％的Ni，1.80％的Mo，13.6％的Cr，0.180％的Ti，0.470％的Nb，0.600％的Cu，0.002％的B，0.180％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成
盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：
盘条-机械剥壳-酸洗去锈-烘干-干法拉丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-化学镀铜-抛光-卷取-缠绕成直径为2.5mm的丝。
步骤2，制作药皮
预备41克大理石，20克萤石，7克石英，4克锆英砂，9克金红石，2克硅铁，8克钛铁，6克低碳锰铁，2克稀土硅铁，1克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂。
步骤3，制作焊条
焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入步骤2制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制备的不锈钢焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条。
用步骤3制作的焊条焊接FV520(B)不锈钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为250(℃)；焊接电流为130A，焊接电压为30V；焊前须对试板进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以1050×1(℃·h)固溶+630×3(℃·h)时效，焊后以850×2(℃·h)油淬+630×3(℃·h)时效(空冷)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。接头的力学性能和工艺性能见表1，扩散氢含量见表2：
表1 接头的力学性能和工艺性能
表2 焊条熔敷金属的扩散氢含量(ml/100g)
| 试样 | №1 | №2 | №3 | 平均值 |
| 含量 | 5.4 | 6.3 | 6.5 | 6.1 |
焊缝区熔敷金属的组织见图1：由图可知，组织均为回火索氏体+马氏体+残留奥氏体+析出物，回火索氏体(S回)体积约为49％，马氏体(M)体积约为12％，残留奥氏体(A′)体积约为24％，析出物体积约为15％。
实施例2
步骤1，制作不锈钢焊芯：
预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr、Nb的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Cu、Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Cu、Re、Mn、B，搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制0.046％的C，0.500％的Si，0.700％的Mn，6.00％的Ni，1.51％的Mo，13.8％的Cr，0.100％的Ti，0.210％的Nb，1.20％的Cu，0.004％的B，0.100％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成
盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：
盘条-机械剥壳-酸洗去锈-烘干-干法拉丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-化学镀铜-抛光-卷取-缠绕成直径为3.2mm的丝。
步骤2，制作药皮
预备44克大理石，18克萤石，6克石英，5克锆英砂，10克金红石，1克硅铁，9克钛铁，5克低碳锰铁，1.2克稀土硅铁，0.8克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂。
步骤3，制作焊条
焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入步骤2制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制备的不锈钢焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条。
用步骤3制作的焊条焊接FV520(B)不锈钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为250(℃)；焊接电流为140A，焊接电压为30V；焊前须对试板进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以1050×1(℃·h)固溶+630×3(℃·h)时效，焊后以850×2(℃·h)油淬+630×3(℃·h)时效(空冷)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。接头的力学性能和工艺性能见表3，扩散氢含量见表4：
表3 接头的力学性能和工艺性能
表4 焊条熔敷金属的扩散氢含量(ml/100g)
| 试样 | №1 | №2 | №3 | 平均值 |
| 含量 | 6.5 | 7.0 | 7.3 | 6.9 |
实施例3
步骤1，制作不锈钢焊芯：
预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr、Nb的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Cu、Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Cu、Re、Mn、B，搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制0.052％的C，1.00％的Si，0.930％的Mn，4.80％的Ni，1.63％的Mo，13.3％的Cr，0.250％的Ti，0.380％的Nb，1.50％的Cu，0.005％的B，0.300％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：
盘条-机械剥壳-酸洗去锈-烘干-干法拉丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-化学镀铜-抛光-卷取-缠绕成直径为3.2mm的丝。
步骤2，制作药皮
预备35克大理石，24克萤石，9克石英，3克锆英砂，8克金红石，2.5克硅铁，7克钛铁，8克低碳锰铁，2.3克稀土硅铁，1.2克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂。
步骤3，制作焊条
焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入步骤2制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制备的不锈钢焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条。
用步骤3制作的焊条焊接FV520(B)不锈钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为250(℃)；焊接电流为140A，焊接电压为30V；焊前须对试板进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以1050×1(℃·h)固溶+630×3(℃·h)时效，焊后以850×2(℃·h)油淬+600×3(℃·h)时效(空冷)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。接头的力学性能和工艺性能见表5，扩散氢含量见表6：
表5 接头的力学性能和工艺性能
表6 焊条熔敷金属的扩散氢含量(ml/100g)
| 试样 | №1 | №2 | №3 | 平均值 |
| 含量 | 7.5 | 6.4 | 5.9 | 6.6 |
实施例4
步骤1，制作不锈钢焊芯：
预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr、Nb的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Cu、Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Cu、Re、Mn、B，搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制0.080％的C，0.850％的Si，1.50％的Mn，5.50％的Ni，1.00％的Mo，13.0％的Cr，0.200％的Ti，0.100％的Nb，1.31％的Cu，0.005％的B，0.210％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成
盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：盘条-机械剥壳-酸洗去锈-烘干-干法拉丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-化学镀铜-抛光-卷取-缠绕成直径为4.0mm的丝；
步骤2，制作药皮
预备36克大理石，21克萤石，8克石英，6克锆英砂，7克金红石，3克硅铁，6克钛铁，11克低碳锰铁，1.5克稀土硅铁，0.5克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；
步骤3，制作焊条
焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入步骤2制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制备的不锈钢焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条；
用步骤3制作的焊条焊接FV520(B)不锈钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为250(℃)；焊接电流为160A，焊接电压为30V；焊前须对试板进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以1050×1(℃·h)固溶+630×3(℃·h)时效，焊后以850×2(℃·h)油淬+600×3(℃·h)时效(空冷)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。接头的力学性能和工艺性能见表7，扩散氢含量见表8：
表7 接头的力学性能和工艺性能
表8 焊条熔敷金属的扩散氢含量(ml/100g)
| 试样 | №1 | №2 | №3 | 平均值 |
| 含量 | 5.8 | 7.7 | 6.5 | 6.7 |
实施例5
步骤1，制作不锈钢焊芯：
预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr、Nb的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Cu、Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Cu、Re、Mn、B，搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制0.035％的C，0.300％的Si，1.00％的Mn，5.80％的Ni，1.74％的Mo，13.4％的Cr，0.220％的Ti，0.500％的Nb，0.950％的Cu，0.006％的B，0.250％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成
盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：
盘条-机械剥壳-酸洗去锈-烘干-干法拉丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-化学镀铜-抛光-卷取-缠绕成直径为4.0mm的丝；
步骤2，制作药皮
预备35克大理石，26克萤石，7克石英，5克锆英砂，6克金红石，1克硅铁，10克钛铁，6克低碳锰铁，3克稀土硅铁和1克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；
步骤3，制作焊条
焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入步骤2制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制备的不锈钢焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条；
用步骤3制作的焊条焊接FV520(B)不锈钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为250(℃)；焊接电流为160A，焊接电压为30V；焊前须对试板进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以1050×1(℃·h)固溶+630×3(℃·h)时效，焊后以850×2(℃·h)油淬+600×3(℃·h)时效(空冷)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。接头的力学性能和工艺性能见表9，扩散氢含量见表10：
表9 接头的力学性能和工艺性能
表10 焊条熔敷金属的扩散氢含量(ml/100g)
| 试样 | №1 | №2 | №3 | 平均值 |
| 含量 | 6.2 | 7.9 | 6.4 | 6.8 |
上述五个实施例中，所采用焊芯的成分为：0.030％～0.080％的C，0.30％～1.0％的Si，0.70％～1.50％的Mn，4.80％～6.00％的Ni，1.00％～1.80％的Mo，13.00％～13.80％的Cr，0.10％～0.25％的Ti，0.10％～0.50％的Nb，0.60％～1.50％的Cu，0.002％～0.006％B，0.10％～0.30％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。
1)C是焊缝金属中最重要的合金元素，是使钢材获得高强度的最经济的化学元素。但由于C对钢的淬硬性的强烈影响，为了防止焊缝的氢致裂纹和脆性断裂，针对不锈钢焊缝中C含量通常保持0.15％以下的水平。焊缝金属的硬度、屈服强度、抗拉强度均随C含量的增加而提高，但焊缝的冲击韧性则随C含量的增加而减小，同时，随着C含量的升高，焊接性变差，因此本发明焊丝C含量在0.030％～0.080％之间，当C含量小于0.030％时，其冶炼成本大大增加，而0.030％～0.080％之间的成本差距不大，易于控制。
2)Mn是奥氏体稳定化元素，显著降低γ→α转变的相变温度。Mn的主要作用是增加过冷奥氏体的稳定性，使奥氏体相变移向较低的温度。随着Mn含量的增加，焊缝金属的屈服强度和抗拉强度呈线性增加，每增加0.01％Mn可使焊缝的屈服强度及拉伸强度增加10MPa，且Mn虽然并不增高钢的室温冲击韧性，但却显著降低脆性转变温度。因此本发明中Mn的含量控制在0.70％～1.50％之间。
3)Si是缩小γ相区的元素。Si对焊缝组织和性能的影响，主要是在焊缝金属中起脱氧作用而体现出来的，尤其当Mn、Si同时存在时，对焊缝金属组织和性能都有重大的影响：随着Mn-Si含量的增加，可使连续冷却的相变温度逐渐降低、组织细化。但Si显著提高珠光体相变温度，在A1～600℃范围内形成较为粗大的碳化物(A1为奥氏体化线或共析线)，因此焊缝中应控制Si的含量。本发明中Si的含量控制在0.30％～1.0％之间。
4)Ni是强烈形成并稳定奥氏体的元素，并且扩大奥氏体相区，它降低马氏体转变温度。Ni有利于马氏体中沉淀相的均匀析出，保证了钢具有良好的塑性变形特性。研究表明：Ni含量的增加会降低C、N在奥氏体中的溶解度，从而使碳氮化合物脱溶倾向增强，提高不锈钢晶间腐蚀敏感性。此外，Ni能降低点阵中的位错运动抗力和位错与间隙元素交互作用能量，促进应力松弛，从而减少脆性断裂倾向。因此本发明中Ni的含量控制在4.80％～6.00％之间。
5)Mo是铁素体形成元素，Mo的加入将会缩小奥氏体相区，降低马氏体转变温度。Mo能抵抗氯离子(Cl-)产生的点腐蚀，同时也能提高奥氏体钢的热强性。在马氏体不锈钢中，Mo的加入主要是增加回火稳定性和强化二次硬化效应，同时增加钢的强度，而韧性并不降低。在沉淀硬化不锈钢中，Mo主要作用是改善耐蚀性、低温力学性能、高温强度和回火稳定性。因此本发明中Mo的含量控制在1.00％～1.80％之间。
6)Cr是强烈形成并稳定铁素体的元素，缩小奥氏体相区，是不锈钢获得耐腐蚀性能的主要合金元素，但少量Cr只能提高钢的抗蚀性，不能使其不生锈。在碳钢的基础上加入足够量的铬，既可使钢在氧化性介质中产生一种与基体组织牢固结合的铬铁氧化物(FeCr)2O3的钝化膜；又能有效的提高钢的点蚀电位值，降低钢对点蚀的敏感性。Cr提高耐蚀性的作用符合n/8定律，随着Cr含量的增加，一些金属间化合物析出形成的倾向增大，这些金属间化合物的存在不仅显著降低钢的塑性和韧性，而且在有些条件下还降低钢的耐蚀性。因此本发明中Cr的含量控制在13.00％～13.80％之间。
7)Cu是降低γ相变温度元素，增加过冷奥氏体的稳定性，降低Ms点，是FV520(B)钢沉淀硬化的主要元素。当铜含量超过0.75％时产生沉淀硬化作用，组织中会有富铜相析出。因此本发明中Cu的含量控制在0.60％～1.50％之间。
8)Nb也是缩小γ相区的元素，是强碳化物形成元素，高温时能形成稳定的碳化物NbC，从而抑制碳化铬的形成，提高不锈钢的各种形式的耐蚀性，特别是能推迟敏化时间而改善抗晶间腐蚀性能，同时也是一种形成沉淀硬化相的元素。在时效温度下析出强化相，强化不锈钢而不损害耐蚀性的沉淀强化相是NbCrN，这个沉淀相产生于1050℃固溶处理，它有非常好的提高强度、改善耐蚀性的作用。因此本发明中Nb的含量控制在0.10％～0.50％之间。
9)Ti是缩小γ相区的元素，为强脱氧剂及Ti(C，N)形成元素，这些高熔点化合物质点可以作为结晶核心，细化焊缝晶粒。研究表明，焊缝中非金属夹杂物SiO2由于Ti含量的增加逐渐被TiO代替。在焊缝金属中加入与N亲和力极高的Ti，一方面可降低焊缝金属中自由N的含量，另一方面生成的Ti(C，N)、TiO夹杂物颗粒可促使奥氏体晶内AF的形核。因此本发明中Ti的含量控制在0.10％～0.25％之间。
10)B可明显抑制铁素体在奥氏体晶界上的形核，使铁素体转变曲线明显右移。研究表明：随着焊缝中B含量的增加，先共析铁素体量减少，侧板条铁素体消失，AF量增加，从而得到细小的焊缝显微组织。但当焊缝中Ti含量较低时，增加B的含量，AF量的增加和先共析铁素体量的减少都不明显。B和Ti之间存在强烈的交互作用，焊缝中没有足够的Ti，B的有利影响不大；相反，没有B的存在，Ti对促进焊缝中AF形成的效果也不佳。当B和Ti含量过高时将促进上贝氏体的形成，使焊缝韧性下降，其原因可能是：Ti和B对焊缝组织和性能的共同影响主要是由于Ti通过形成TiN而保护残余的B不被氧化，因而有一定的自由B向奥氏体晶界偏析，在晶界上析出大量的B的碳化物Fe23(BC)6，它先于铁素体生成，由此可见焊缝金属中Ti、B元素含量都不能太高。因此本发明中B的含量控制在0.002％～0.006％之间。
11)硅铁稀土Re在焊缝金属中起到净化杂质、变质夹杂和微合金化作用，有利于改善塑韧性，可综合发挥Mo、Ti、B的强化效果和Re改善塑韧性的作用。研究表明，轻稀土元素加入焊缝之后，会富集在硅酸盐夹杂物中，使夹杂物球化，并以弥散状态分布，使焊缝组织得到细化。研究表明：向药皮中加入稀土后，收到了明显的降氢效果，可将熔敷金属扩散氢含量降低到6ml/100mg以下，从而提高了焊缝金属的抗裂性能，提高熔敷金属低温冲击韧性的明显作用。因此本发明中Re的含量控制在0.10％～0.30％之间。
为了保证焊接接头有较高的韧性和抗H2S应力腐蚀性能，控制材料中的杂质S低于0.005％，P低于0.005％。
实施例6
步骤1，制作药皮
预备42克大理石，22克萤石，7克石英，3.5克锆英砂，6.5克金红石，2.5克硅铁，7.2克钛铁，6克低碳锰铁，1.8克稀土硅铁，1.5克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；
步骤2，制作焊条
焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入步骤1制得的圆柱形药团，并将药团压涂在直径为2.5mm的AMS5827B焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条；
用步骤2制作的焊条焊接FV520(B)不锈钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为250(℃)；焊接电流为130A，焊接电压为30V；焊前须对试板进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以1050×1(℃·h)固溶+630×3(℃·h)时效，焊后以850×2(℃·h)油淬+600×3(℃·h)时效(空冷)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。接头的力学性能和工艺性能见表11，扩散氢含量见表12：
表11 接头的力学性能和工艺性能
表12 焊条熔敷金属的扩散氢含量(ml/100g)
| 试样 | №1 | №2 | №3 | 平均值 |
| 含量 | 6.9 | 7.9 | 5.8 | 6.9 |
焊缝区熔敷金属的组织见图2：由图可知，组织均为回火索氏体+马氏体+残留奥氏体+析出物，回火索氏体(S回)体积约为45％，马氏体(M)体积约为15％，残留奥氏体(A′)体积约为24％，析出物体积约为16％。
实施例7
步骤1，制作药皮
预备43克大理石，18克萤石，6克石英，4克锆英砂，12克金红石，2克硅铁，7克钛铁，6克低碳锰铁，1克稀土硅铁，1克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；
步骤2，制作焊条
焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入步骤1制得的圆柱形药团，并将药团压涂在直径为3.2mm的H1Cr13焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条；
用步骤2制作的焊条焊接FV520(B)不锈钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为250(℃)；焊接电流为140A，焊接电压为30V；焊前须对试板进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以1050×1(℃·h)固溶+630×3(℃·h)时效，焊后以850×2(℃·h)油淬+600×3(℃·h)时效(空冷)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。接头的力学性能和工艺性能见表13，扩散氢含量见表14：
表13 接头的力学性能和工艺性能
表14 焊条熔敷金属的扩散氢含量(ml/100g)
| 试样 | №1 | №2 | №3 | 平均值 |
| 含量 | 6.8 | 7.1 | 6.2 | 7.0 |
实施例8
步骤1，制作药皮
预备45克大理石，20克萤石，6克石英，5克锆英砂，6克金红石，1克硅铁，7克钛铁，7克低碳锰铁，2克稀土硅铁，1克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；
步骤2，制作焊条
焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入步骤1制得的圆柱形药团，并将药团压涂在直径为4.0mm的H1Cr5Mo焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条；
用步骤2制作的焊条焊接FV520(B)不锈钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为250(℃)；焊接电流为160A，焊接电压为30V；焊前须对试板进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以1050×1(℃·h)固溶+630×3(℃·h)时效，焊后以850×2(℃·h)油淬+600×3(℃·h)时效(空冷)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。接头的力学性能和工艺性能见表15，扩散氢含量见表16：
表15 接头的力学性能和工艺性能
表16 焊条熔敷金属的扩散氢含量(ml/100g)
| 试样 | №1 | №2 | №3 | 平均值 |
| 含量 | 5.1 | 7.8 | 6.2 | 6.4 |
本发明药皮在与焊芯配合使用时，优选自制研发的焊芯(实施例1-5)和H1Cr13不锈钢钢焊芯(实施例7)。
Claims (3)
1.一种FV520(B)不锈钢焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述药皮按重量百分比由以下材料组成：35～45％大理石，18～26％萤石，6～9％石英，3～6％锆英砂，6～12％金红石，1～3％硅铁，6～10％钛铁，5～11％低碳锰铁，1～3％稀土硅铁，0.5～1.5％纯碱，各组分重量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的低氢碱性焊条，其特征在于：所述焊芯按重量百分比由以下组分组成：0.030％～0.080％的C，0.30％～1.0％的Si，0.70％～1.50％的Mn，4.80％～6.00％的Ni，1.00％～1.80％的Mo，13.00％～13.80％的Cr，0.10％～0.25％的Ti，0.10％～0.50％的Nb，0.60％～1.50％的Cu，0.002％～0.006％的B，0.10％～0.30％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分重量百分比之和为100％。
3.根据权利要求1所述的低氢碱性焊条，其特征在于：所述焊芯为AMS5827B、H1Cr13或H1Cr5Mo不锈钢焊芯。
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Application publication date: 20101208 Assignee: NANTONG AOTE MACHINERY EQUIPMENT Co.,Ltd. Assignor: SERVICE CENTER OF COMMERCIALIZATION OF RESEARCH FINDINGS, HAIAN COUNTY Contract record no.: 2015320000460 Denomination of invention: Low hydrogen alkaline welding rod for welding of FV520 (B) stainless steel Granted publication date: 20120905 License type: Exclusive License Record date: 20150619 |
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Granted publication date: 20120905 |