CN102233490A - 奥氏体焊条 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种奥氏体焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，按重量百分比计，焊芯采用Cr-Ni-Mo-Mn型合金系，其组分为：0.006～0.010％的C、0.10～0.25％的Si、0.10～0.25％的Mn、20.5～21.5％的Cr、25.0～26.0％的Ni、0.007～0.012％的P、0.007～0.012％的S、4.5～5.0％的Mo和余量的Fe；药皮采用TiO2-SiO2-CaO渣系，其组分为：25～45％的金红石、1～5％的钛白粉、5～18％的钾长石、6～13％的云母、5～10％的CaCO3、3～8％的SrCO3、4～10％的CaF2、3～8％的NaF、1～6％的电解锰、5～14％的金属铬、0.5～6％的金属镍和1～8％的钼铁。本发明具有优异的焊接工艺性能，且其熔敷金属的机械性能稳定，焊缝具有优良的抗腐蚀性能，与其他奥氏体不锈钢焊条相比，具有更出色的抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，特别涉及一种高耐腐蚀性的奥氏体焊条。
背景技术
目前，国内已经生产制造出各种强酸的塔、槽、管道以及储运容器等，这些设备及结构都要求材料具有很好的耐各种酸腐蚀的性能。不锈钢依靠钢中含有足够的铬，在钢的表面形成非常薄的致密的氧化膜，来防止进一步的氧化或腐蚀。酸按其氧化性强弱可分为氧化性酸和还原性酸。氧化性酸，可以通过强化这种膜来抵御，而还原性酸，则必然破坏这种膜，造成钢的腐蚀。因此一般奥氏体不锈钢焊条焊接后的焊缝可以耐氧化性酸，而对非氧化性酸，其耐蚀性就较差。因此迫切需要一种既能够耐氧化性酸，又能很好的耐非氧化性酸的焊接材料。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种奥氏体焊条，具有高耐腐蚀性，在氧化性酸和还原性酸中都具有优良的抗腐蚀性能。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种奥氏体焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯(采用Cr-Ni-Mo-Mn型合金系)的组分如下：
C：0.006～0.010％；
Si：0.10～0.25％；
Mn：0.10～0.25％；
Cr：20.5～21.5％；
Ni：25.0～26.0％；
P：0.007～0.012％；
S：0.007～0.012％；
Mo：4.5～5.0％；
Fe：余量；
以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮(采用TiO2-SiO2-CaO渣系)的组分包括：
金红石：25～45％；
钛白粉：1～5％；
钾长石：5～18％；
云母：6～13％；
CaCO3：5～10％；
SrCO3：3～8％；
CaF2：4～10％；
NaF：3～8％；
电解锰：1～6％；
金属铬：5～14％；
金属镍：0.5～6％；
钼铁：1～8％。
作为本发明的进一步改进，以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮的组分优选如下：
金红石：31～40％；
钛白粉：1～5％；
钾长石：5～15％；
云母：6～13％；
CaCO3：5～10％；
SrCO3：3～8％；
CaF2：4～10％；
NaF：3～8％；
电解锰：1～6％；
金属铬：5～14％；
金属镍：0.5～4％；
钼铁：1～5％。
具体分析本发明中药皮各组分在焊条中各自发挥的性能如下：
金红石的氧化性比较弱，热脱渣性好，电弧稳定，熔池平静，使金属以细雾状过度，方向焊接性好，可使焊缝成型美观，熔渣覆盖好，抗气孔性好；
钛白粉的主要作用使稳弧，使熔池平静，少飞溅，有导电性，使操作方便，可形成短渣，对于立、仰焊有显著效果，能产生活泼的熔渣，均匀覆盖在焊料上保护焊缝，脱渣方便，结晶速度快，使焊波细致；
钾长石的主要作用是稳弧、造渣，适量有利于脱渣，但过多会减慢焊速、增加渣的粘度，因此将钾长石的用量定在药皮重量的5～15％；
云母的主要作用是稳弧、造渣，富有弹性，有利焊条生产，可增加药皮透气性，故对药皮易开裂和发红有防止作用，但过多过粗的云母可使药皮疏松，焊条易破头及擦伤，同时会使药皮过于干粗，表面质量差；
CaCO3和SrCO3同属碳酸盐，其主要作用是造渣、造气，造渣的主要目的是保护焊接熔池及改善焊缝成型；造气的主要目的是在电弧高温作用下，能进行分解，放出气体，以保护电弧及熔池，防止周围空气中的氧和氮的侵入；
CaF2和NaF同属氟化物，其主要作用是造渣，脱氢，调节粘度，改善熔渣覆盖性，但氟化物加多会使焊接烟尘量明显增多；
电解锰的主要作用是脱氧和向焊缝中渗入合金元素；
金属铬和金属镍的主要作用是向焊缝中渗入合金元素；
钼铁的主要作用是向焊缝中渗入合金元素。
上述组分的奥氏体焊条，具有优良的耐腐蚀性能，特别使在氯化铁腐蚀实验中，腐蚀率可以降低到0.5g/m2·h。
本发明中：药皮采用TiO2-SiO2-CaO渣系，因而具有十分优异的焊接工艺性能；焊条含有高铬高镍，具有良好的抗氧化性腐蚀性能。通过上述配方的药皮与焊芯相结合的合金元素过度，使熔敷金属的组织为纯奥氏体，因而具有十分稳定的机械性能；熔敷金属中的C含量降低到超低碳水平(C≤0.03％)，可以提高焊接性和抗晶间腐蚀性能；熔敷金属中Mo的含量在5％左右，Cu的含量在2％左右，在不锈钢中加入钼，可以提高钢在非氧化性介质中的稳定性，但是钼的加入将会缩小钢中奥氏体相区，因此相对应熔敷金属中铬和镍的含量较高，目的是维持其全奥氏体组织，铜也可以提高钢对非氧化性介质的抗蚀性能。
本发明的有益效果是：综上所述，本发明的电焊条属高铬、镍、钼且超低碳焊材，具有优异的焊接工艺性能，且其熔敷金属的机械性能稳定，焊缝具有优良的抗腐蚀性能，与其他奥氏体不锈钢焊条相比，具有更出色的抗点蚀，抗缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂及抗一般性腐蚀的抗腐蚀性能。
具体实施方式
本发明由焊芯和药皮相结合，其焊芯采用Cr-Ni-Mo-Mn型合金系，其组分如下表(重量百分比％)：
| C | Si | Mn | Cr | Ni |
| 0.006-0.01 | 0.10-0.25 | 0.10-0.25 | 20.5-21.5 | 25-26 |
| P | S | Mo | Fe | |
| 0.007-0.012 | 0.007-0.012 | 4.5-5 | 余量 |
其药皮采用TiO2-SiO2-CaO渣系，其组分如下表(重量百分比％)：
| 金红石 | 钛白粉 | 钾长石 | 云母 | CaCO3 | SrCO3 |
| 25-45 | 1-5 | 5-18 | 6-13 | 5-10 | 3-8 |
| CaF2 | NaF | 电解锰 | 金属铬 | 金属镍 | 钼铁 |
| 4-10 | 3-8 | 1-6 | 5-14 | 0.5-6 | 1-8 |
更好的药皮组分优选如下表(重量百分比％)：
| 金红石 | 钛白粉 | 钾长石 | 云母 | CaCO3 | SrCO3 |
| 31-40 | 1-5 | 5-15 | 6-13 | 5-10 | 3-8 |
| CaF2 | NaF | 电解锰 | 金属铬 | 金属镍 | 钼铁 |
| 4-10 | 3-8 | 1-6 | 5-14 | 0.5-4 | 1-5 |
为了更好地理解本发明，下面通过实施例1-3来进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例：
实施例1：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按表1-1的焊芯配方制作焊芯，按照表1-2的药皮配方进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表1-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Mo | Fe |
| 0.006 | 0.2 | 0.25 | 20.5 | 25 | 0.010 | 0.010 | 4.5 | 余量 |
表1-2药皮配方(单位：重量百分比)
| 金红石 | 钛白粉 | 钾长石 | 云母 | CaCO3 | SrCO3 | CaF2 | NaF | 电解锰 | 金属铬 | 金属镍 | 钼铁 |
| 37 | 3 | 10 | 10 | 10 | 6 | 4 | 3 | 2 | 10 | 2 | 3 |
其熔敷金属化学成分见表1-3，力学性能和腐蚀率见表1-4，其中腐蚀率的测试采用抗氯化铁点蚀实验(ASTM G48-03A)，测试两片取平均值：
表1-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu |
| 0.027 | 1.36 | 0.54 | 0.011 | 0.001 | 25.7 | 20.5 | 5.11 | 1.79 |
表1-4熔敷金属的力学性能和腐蚀率
实施例2：
采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表2-1的焊芯配方及表2-2的药皮配方进行配制：
表2-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Mo | Fe |
| 0.008 | 0.1 | 0.2 | 21.5 | 26 | 0.012 | 0.007 | 4.8 | 余量 |
表2-2药皮配方(单位：重量百分比)
| 金红石 | 钛白粉 | 钾长石 | 云母 | CaCO3 | SrCO3 | CaF2 | NaF | 电解锰 | 金属铬 | 金属镍 | 钼铁 |
| 40 | 5 | 5 | 12 | 5 | 7 | 5 | 5 | 2 | 8 | 2 | 4 |
其熔敷金属化学成分见表2-3，力学性能和腐蚀率见表2-4，腐蚀率的实验方法同实施例1：
表2-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu |
| 0.023 | 1.35 | 0.59 | 0.009 | 0.001 | 25.8 | 20.7 | 4.72 | 1.74 |
表2-4熔敷金属的力学性能和腐蚀率
实施例3：
采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表3-1的焊芯配方及表3-2的药皮配方进行配制：
表3-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Mo | Fe |
| 0.010 | 0.15 | 0.10 | 21 | 25.5 | 0.010 | 0.012 | 5.0 | 余量 |
表3-2药皮配方(单位：重量百分比)
| 金红石 | 钛白粉 | 钾长石 | 云母 | CaCO3 | SrCO3 | CaF2 | NaF | 电解锰 | 金属铬 | 金属镍 | 钼铁 |
| 32 | 5 | 13 | 8 | 9 | 6 | 4 | 4 | 3 | 10 | 2 | 4 |
其熔敷金属化学成分见表3-3，力学性能和腐蚀率见表3-4，腐蚀率的实验方法同实施例1：
表3-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu |
| 0.026 | 1.58 | 0.63 | 0.011 | 0.001 | 25.5 | 20.9 | 4.90 | 1.86 |
表3-4熔敷金属的力学性能和腐蚀率
实施例4：
采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表4-1的焊芯配方及表4-2的药皮配方进行配制：
表4-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Mo | Fe |
| 0.008 | 0.25 | 0.15 | 20.5 | 25.5 | 0.007 | 0.010 | 5.0 | 余量 |
表4-2药皮配方(单位：重量百分比)
| 金红石 | 钛白粉 | 钾长石 | 云母 | CaCO3 | SrCO3 | CaF2 | NaF | 电解锰 | 金属铬 | 金属镍 | 钼铁 |
| 25 | 2 | 18 | 6 | 5 | 8 | 10 | 8 | 6 | 5 | 6 | 1 |
其熔敷金属化学成分见表4-3，力学性能和腐蚀率见表4-4，腐蚀率的实验方法同实施例1：
表4-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu |
| 0.023 | 1.62 | 0.61 | 0.009 | 0.001 | 25.1 | 20.6 | 4.68 | 1.88 |
表4-4熔敷金属的力学性能和腐蚀率
实施例5：
采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表5-1的焊芯配方及表5-2的药皮配方进行配制：
表5-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Mo | Fe |
| 0.006 | 0.20 | 0.25 | 21.0 | 25.5 | 0.008 | 0.012 | 5.0 | 余量 |
表5-2药皮配方(单位：重量百分比)
| 金红石 | 钛白粉 | 钾长石 | 云母 | CaCO3 | SrCO3 | CaF2 | NaF | 电解锰 | 金属铬 | 金属镍 | 钼铁 |
| 45 | 1 | 5 | 6 | 5 | 3 | 6 | 5.5 | 1 | 14 | 0.5 | 8 |
其熔敷金属化学成分见表5-3，力学性能和腐蚀率见表5-4，腐蚀率的实验方法同实施例1：
表5-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu |
| 0.023 | 1.33 | 0.54 | 0.009 | 0.001 | 25.4 | 20.2 | 4.70 | 1.72 |
表5-4熔敷金属的力学性能和腐蚀率
上述实验可见，本发明的电焊条属高铬、镍、钼且超低碳焊材，具有优异的焊接工艺性能，且其熔敷金属的机械性能稳定，焊缝具有优良的抗腐蚀性能，与其他奥氏体不锈钢焊条相比，具有更出色的抗点蚀，抗缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂及抗一般性腐蚀的抗腐蚀性能，特别是在氯化铁腐蚀试验中，腐蚀率可以降低到0.5g/m2·h。
Claims (2)
1.一种奥氏体焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，其特征是：所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯的组分如下：
C：0.006～0.010％；
Si：0.10～0.25％；
Mn：0.10～0.25％；
Cr：20.5～21.5％；
Ni：25.0～26.0％；
P：0.007～0.012％；
S：0.007～0.012％；
Mo：4.5～5.0％；
Fe：余量；
以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮的组分包括：
金红石：25～45％；
钛白粉：1～5％；
钾长石：5～18％；
云母：6～13％；
CaCO3：5～10％；
SrCO3：3～8％；
CaF2：4～10％；
NaF：3～8％；
电解锰：1～6％；
金属铬：5～14％；
金属镍：0.5～6％；
钼铁：1～8％。
2.根据权利要求1所述的奥氏体焊条，其特征在于：以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮的组分如下：
金红石：31～40％；
钛白粉：1～5％；
钾长石：5～15％；
云母：6～13％；
CaCO3：5～10％；
SrCO3：3～8％；
CaF2：4～10％；
NaF：3～8％；
电解锰：1～6％；
金属铬：5～14％；
金属镍：0.5～4％；
钼铁：1～5％。
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