CN103008914B

CN103008914B - 一种低六价铬308奥氏体不锈钢金属芯焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN103008914B
Application number: CN201210566772.2A
Authority: CN
Inventors: 栗卓新; 高丽脂; 李国栋; 李辉; 李红; 白建涛; 焦俊; 马司鸣
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Cowell welding (Jiangsu) Co., Ltd.
Priority date: 2012-12-23
Filing date: 2012-12-23
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2032-12-23
Also published as: CN103008914A

Abstract

一种低六价铬308奥氏体不锈钢金属芯焊丝及其制备方法属于焊接材料技术领域。该焊丝的钢带为低碳钢钢带，金属芯的药粉化学组成成分为：C：0.03~0.065wt.%；Cr：52~58wt.%；Ni：26~30wt.%；Mn：4~6wt.%；Si：0.66~1.5wt.%；Ti：0.5~1wt.%；Zn：0.5~1wt.%；Zr：0.5~1 wt.%；P：<0.03wt.%；S：<0.03wt.%；Fe：余量。填充率为26~38%。本发明与现有技术相比，在焊接烟尘量稍低的条件下，其中有毒Cr（VI）排放量与同类实芯焊丝相比可降低30%~40%，与不锈钢药芯焊丝相比可降低35%~45%。本发明采用低碳钢钢带，因此该焊丝成本可大大降低，该焊丝焊接电弧稳定，飞溅小，焊缝成形美观，熔敷金属综合性能优良。

Description

一种低六价铬308奥氏体不锈钢金属芯焊丝及其制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种低六价铬（Cr（VI））、低成本的气体保护308奥氏体不锈钢金属芯焊丝。

背景技术

不锈钢焊接过程中不可避免地要产生有害气体和烟尘，它直接影响环境的保护和焊工的身体健康。同时，不锈钢药芯焊丝由304L不锈钢钢带轧制拉拔制成，而不锈钢带成本较高。

本发明是研制一种低六价铬（Cr（VI））、低成本奥氏体不锈钢金属芯焊丝，在不锈钢广泛应用又注重环保型的今天，焊接烟尘中的Cr（VI）引起广泛关注，已证实其在人体内具有致癌作用，还会引起诸多的其他健康问题，如吸入某些较高浓度的六价铬化合物会引起流鼻涕、打喷嚏、瘙痒、鼻出血、溃疡和鼻中隔穿孔。短期大剂量的接触，在接触部位会产生不良后果，包括溃疡、鼻黏膜刺激和鼻中隔穿孔。摄入超大剂量会导致肾脏和肝脏的损伤、恶心、胃肠道刺激、胃溃疡、痉挛甚至死亡。皮肤接触会造成溃疡或过敏反应，Cr（VI）是最易导致过敏的金属之一。减少生产和应用中各种污染物对人体的危害十分重要。为了保证焊接人员的健康，2006年美国职业安全与健康管理局（OSHA）新颁布了焊接烟尘中Cr（VI）的允许暴露极限值（PEL），由原来的52μg/m³降低到3μg/m³。

不锈钢金属芯焊丝同目前大量应用的不锈钢实芯焊丝相比，对各种不锈钢材的焊接适应性较强，调整药芯的成分和比例极为方便和容易，可以提供所要求的焊缝化学成分；其次，工艺性能好，焊缝成形美观；熔敷速度快，生产效率高，在相同焊接电流下，金属芯焊丝的电流密度大，熔化速度快。

大量研究表明：不锈钢金属芯焊丝同药芯焊丝相比，其焊接烟尘和Cr（VI）排放量要小于药芯焊丝。此外，目前的不锈钢药芯焊丝主要是用不锈钢钢带做外皮，通过轧制、拉拔工艺制成不锈钢焊丝，而轧制拉拔工艺复杂，本发明采用低碳钢钢带，不仅成本低，而且制造工艺简单。因此，本发明是一种综合性能优良、低Cr（VI）排放量、低成本的308奥氏体不锈钢金属芯焊丝。

发明内容：

鉴于上述情况，本发明提出一种低Cr（VI）、低成本308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，它可以在保证焊丝熔敷金属力学性能、耐腐蚀性能满足相关国家标准要求的情况下，以低碳钢钢带代替不锈钢钢带而进一步降低成本，简化制造工艺，与308奥氏体不锈钢实芯焊丝相比，Cr（VI）排放量可降低30%~40%，改善了焊接作业环境，焊丝飞溅小，成型美观，焊缝综合性能优良。

为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：一种低Cr（VI）、低成本的308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，其特征在于金属芯焊丝以低碳钢钢带代替不锈钢钢带，焊丝中药粉化学成分质量百分比如下： C：0.03~0.065wt.%；Cr：52~58wt.%；Ni：26~30wt.%；Mn：4~6wt.%；Si：0.66~1.5wt.%；Ti：0.5~1wt.%；Zn：0.5~1wt.%；Zr：0.5~1 wt.%；Fe：余量。药粉在钢带中的填充率为26%~38%。

一种低六价铬308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，其特征在于，焊丝中外皮为低碳钢钢带，焊丝中金属芯化学成分质量百分比如下：C：0.03~0.065wt.%； Cr：48~60 wt.%；Ni：24~32wt.%；Mn：4~7wt.%；Si：0.66~4wt.%；Ti：0.5~1.5wt.%；Zn：0.5~1.5wt.%；Zr：0.5~1.5wt.%；Fe：余量。填充率为：26~38%。

进一步，焊丝中金属芯化学成分质量百分比如下：C：0.03~0.065wt.%；Cr：52~58wt.%；Ni：26~30wt.%；Mn：4~6wt.%；Si：0.66~1.5wt.%；Ti：0.5~1wt.%；Zn：0.5~1wt.%；Zr：0.5~1 wt.%；Fe：余量。

进一步，所述的金属芯焊丝粉末包括：金属铬粉：40~120目，金属镍粉：40~120目，电解锰粉：40~120目，45硅铁粉：60~120目，钛铁粉：60~120目，金属锌粉：60~120目，锆硅铁粉：60~120目，金属铁粉：60~120目。

所述一种低六价铬308奥氏体不锈钢金属芯焊丝的制备方法，采用的钢带尺寸规格为16~8×0.6~0.3mm的碳钢钢带，经过轧制、拉拔、加工成直径为0.9~1.6mm的气体保护不锈钢金属芯焊丝。

该焊丝焊接时，保护气体为95~98%Ar+2~5%O₂，气体流速15~20L/min，直流反接电源；焊接工艺参数为：电压：22~30V；电流：140~260A；送丝速度：350~500mm/min；焊丝伸出导电嘴的距离：14~25mm。

进一步优化焊接工艺，焊接工艺参数为：电压：24~27V；电流160~245A；送丝速度：400~500mm/min；气流流速：18~20L/min；焊丝伸出导电嘴的距离：18~22mm。

焊接线能量：13~17KJ/cm；层间温度≤150℃。

在熔敷金属中各元素的含量在如下范围：C：0.02~0.065wt.%； Cr：19.2~22.3wt.%；Ni：9.1~12.0wt.%；Mn：1.2~2.6wt.%；Si：0.41~1.0wt.%；Ti：0.01~2.0wt.%；Zn：0.3~1.2wt.%；Zr：0.5~1.5wt.%；Fe：余量。

在熔敷金属中形成的合金元素含量范围优选如下：C：0.02~0.065wt.%；Cr：19.5~22.0wt.%；Ni：9.5~11.5wt.%；Mn：1.51~2.5wt.%；Si：0.5~0.9wt.%；Ti：0.03~1.0wt.%；Zn：0.33~1.1wt.%；Zr：0.5~1.0wt.%Fe：余量。

本发明的主要特点是金属芯焊丝外皮为低碳钢钢带，避免了304L不锈钢钢带的高成本。同时，在不降低药芯中Cr含量的基础上，通过添加Zn、Zr或其合金，焊接烟尘量稍低，烟尘中Cr（VI）排放量降低30%~40%，此外，焊芯中Si、Ti等元素可减少焊接飞溅。用本发明制成的不锈钢金属芯焊丝具有低Cr（VI）、低成本、焊接电弧稳定、飞溅小、焊缝成形美观、综合性能优良的特点。

附图说明

图1奥氏体不锈钢金属芯焊丝的电流电压范围(Ф0.9,1.2,1.6mm)

具体实施方式

本发明的金属芯焊丝不受下述实例的限制，任何在本发明的权力要求保护的范围内的改进和变化都在本发明的保护范围之内。

选用16~8×0.6~0.3（宽度为8~16mm，厚度为0.3~0.6mm）的低碳钢钢带为金属芯焊丝外皮，现将其轧成U形。金属铬粉末，金属镍粉末，金属电解锰粉末，45硅铁粉末，钛铁粉末，金属锌粉末，锆硅铁粉末，金属铁粉等配置成药粉，所取粉末的粒度为40~120目。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形碳钢带槽中，填充率为26-38%，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.4、2.26、1.96、1.83、1.73、1.6、1.5、1.41、1.34、1.26、1.19、1.09、0.9的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到0.9~1.6mm。

具体实施例如下：

1、一种低六价铬308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，焊丝中化学成分质量百分比为：C：0.03wt.%；Cr：48wt.%；Ni：24wt.%；Mn：4wt.%；Si：0.66wt.%；Ti：0.5wt.%；Zn：0.5wt.%；Zr：0.5wt.%；Fe：余量。药粉在钢带中的填充率为26%。采用95%Ar+5%O₂气体保护焊的焊接工艺参数为：电压25V；电流210A；送丝速度420mm/min；气体流速20L/min；焊丝伸出导电嘴的距离20mm，焊丝直径0.9mm。采用上述工艺制备的熔敷金属成分为：Cr：19.2wt.%；Ni：9.1wt.%；Mn：1.2wt.%；Si：0.41wt.%； Fe余量。

2、一种低Cr（VI）308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，焊丝中化学成分质量百分比为：C：0.03wt.%；Cr：52wt.%；Ni：26wt.%；Mn：4wt.%；Si：0.66wt.%；Ti：0.5wt.%；Zn：0.5wt.%；Zr：0.5wt.%；Fe：余量。药粉在钢带中的填充率为28%。采用96%Ar+4%O₂气体保护焊的焊接工艺参数为：电压25V；电流200A；送丝速度440mm/min；气体流速19L/min；焊丝伸出导电嘴的距离21mm，焊丝直径1.6。采用上述工艺制备的熔敷金属成分为：Cr：19.5wt.%；Ni：9.5wt.%；Mn：1.51wt.%；Si：0.5wt.%； Fe余量。

3、一种低Cr（VI）308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，焊丝中化学成分质量百分比为：C：0.046wt.%；Cr：57wt.%；Ni：26wt.%；Mn：7wt.%；Si：2wt.%；Ti：0.5wt.%；Zn：0.5wt.%；Zr：1wt.%；Fe：余量。药粉在钢带中的填充率为32%。采用98%Ar+2%O₂气体保护焊的焊接工艺参数为：电压26V；电流220A；送丝速度450mm/min；气体流速21L/min；焊丝伸出导电嘴的距离19mm，焊丝直径1.2mm。采用上述工艺制备的熔敷金属成分为：Cr：19.7wt.%；Ni：9.6wt.%；Mn：1.76wt.%；Si：0.7wt.%； Fe余量。

4、一种低Cr（VI）308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，焊丝中化学成分质量百分比为：C：0.057wt.%；Cr：57wt.%；Ni：28wt.%；Mn：6wt.%；Si：1wt.%；Ti：1wt.%；Zn：0.5wt.%；Zr：0.5wt.%；Fe：余量。药粉在钢带中的填充率为30%。采用97%Ar+3%O₂气体保护焊的焊接工艺参数为：电压28V；电流230A；送丝速度440mm/min；气体流速21L/min；焊丝伸出导电嘴的距离19mm，焊丝直径0.9mm。采用上述工艺制备的熔敷金属成分为：Cr：19.7wt.%；Ni：10wt.%；Mn：1.9wt.%；Si：0.9wt.%； Fe余量。

5、一种低Cr（VI）308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，焊丝中化学成分质量百分比为：C：0.065wt.%；Cr：58wt.%；Ni：30wt.%；Mn：6wt.%；Si：1.5wt.%；Ti：1.0wt.%；Zn：1.0wt.%；Zr：1.0wt.%；Fe：余量。药粉在钢带中的填充率为34%。采用96%Ar+4%O₂气体保护焊的焊接工艺参数为：电压29V；电流220A；送丝速度420mm/min；气体流速18L/min；焊丝伸出导电嘴的距离19mm，焊丝直径1.6mm。采用上述工艺制备的熔敷金属成分为：Cr：22.3wt.%；Ni：11.8wt.%；Mn：2.53wt.%；Si：1.0wt.%； Fe余量。

6、一种低Cr（VI）308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，焊丝中化学成分质量百分比为：C：0.065wt.%；Cr：60wt.%；Ni：32wt.%；Mn：7wt.%；Si：2.0wt.%；Ti：1.5wt.%；Zn：1.5wt.%；Zr：1.5wt.%；Fe：余量。药粉在钢带中的填充率为36%。采用98%Ar+2%O₂气体保护焊的焊接工艺参数为：电压26V；电流210A；送丝速度450mm/min；气体流速22L/min；焊丝伸出导电嘴的距离21mm，焊丝直径1.2mm。采用上述工艺制备的熔敷金属成分为：Cr：22wt.%；Ni：11.37wt.%；Mn：2.46wt.%；Si：0.9wt.%； Fe余量。

其中以实施例3最好。技术效果：采用该焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，烟尘少，全位置焊接性好，其熔敷金属的抗拉强度为570MPa，延伸率为38%，Cr（VI）排放降低40%。

表1碳钢带化学成分范围（wt.%）

元素	C	Si	Mn	S	P
						含量（%）	0.03-0.05	<0.065	<0.33	<0.025	<0.03

表 2 低Cr（VI）308不锈钢金属芯焊丝综合评价

① 测试温度为-196℃。

②硫酸---硫酸铜试验（Strauss实验）。

③表中1-6#实施例金属芯焊丝的焊接烟尘Cr（VI）含量测试值及308实芯、药芯焊丝焊接烟尘Cr（VI）含量测试值，根据ISO 16740测出每单位焊接烟尘中的Cr（VI）排放量值

④⊙表示良好，○表示一般，△表示稍差，X表示不合格。

Claims

1.一种低六价铬308奥氏体不锈钢金属芯焊丝，其特征在于，焊丝中外皮为低碳钢钢带，焊丝中金属芯化学成分质量百分比如下：C：0.03～0.065wt.％；Cr：48～60wt.％；Ni：24～32wt.％；Mn：4～7wt.％；Si：0.66～4wt.％；Ti：0.5～1.5wt.％；Zn：0.5～1.5wt.％；Zr：0.5～1.5wt.％；Fe：余量；填充率为：26～38％。

2.按照权利要求1所述的焊丝，其特征在于，焊丝中金属芯化学成分质量百分比如下：C：0.03～0.065wt.％；Cr：52～58wt.％；Ni：26～30wt.％；Mn：4～6wt.％；Si：0.66～1.5wt.％；Ti：0.5～1wt.％；Zn：0.5～1wt.％；Zr：0.5～1wt.％；Fe：余量。

3.按照权利要求1所述的焊丝，其特征在于，金属芯焊丝粉末包括：金属铬粉：40～120目，金属镍粉：40～120目，电解锰粉：40～120目，45硅铁粉：60～120目，钛铁粉：60～120目，金属锌粉：60～120目，锆硅铁粉：60～120目，金属铁粉：60～120目。

4.制备如权利要求1所述的焊丝的方法，其特征在于：

经过成形、轧制、拉拔剪径，钢带选用16～8×0.6～0.3mm低碳钢钢带，最终获得直径为0.9～1.6mm的不锈钢金属芯焊丝。

5.应用如权利要求1所述的焊丝的方法，其特征在于：

采用95～98％Ar+2～5％O₂气保护制备熔敷堆焊合金工艺，焊接工艺参数为：电压：22～30V；电流：140～260A；送丝速度：350～500mm/min；气体流速：15～20L/min；焊丝伸出导电嘴的距离：14～25mm。

6.按照权利要求5所述的应用方法，其特征在于：所述焊接工艺参数为：电压：24～27V；电流：160～245A；送丝速度：400～500mm/min；气体流速：18～20L/min；焊丝伸出导电嘴的距离：18～22mm。