CN103418938B - 一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接材料领域，是一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂及其制备方法，它由下述质量百分含量的组分组成：Cr₂O₃：8.77～9.77%，TiO₂：5.27～6.27%，SiO₂：6.53～7.53%，CaF₂：49.33～53.33%，NaF：14.60～16.60%，Ni：4.50～5.50%，TiFe：4.50～5.50%，Zr：0.80～1.20%；使用本发明的活性焊剂，能够显著细化铁素体不锈钢焊缝晶粒，提高焊缝的力学性能，改善焊缝的耐晶间腐蚀能力，且成本低廉。

Description

一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂及其制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料领域，特别是一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂及其制备方法，它能够显著细化铁素体不锈钢焊缝的晶粒，提高焊缝的强度、硬度和塑性，改善焊缝的耐晶间腐蚀能力。

背景技术

自20世纪初英国人亨利·布雷尔利（Harry Brearley）开发出不锈钢以来，不锈钢以其良好的耐腐蚀性能、优美的外观等诸多优点得到了迅猛发展，至今已形成五大类不锈钢，分别是：马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、双相不锈钢、沉淀硬化型不锈钢。其中奥氏体型不锈钢由于较优异的综合性能而一直占据主导地位。近年来随着全球镍供应紧张，低镍或无镍的铁素体不锈钢逐渐受到国内外重视，并广泛应用于汽车（汽车排气系统）、锅炉、热交换器、餐饮设备等领域。相对于奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢具有成本低、热膨胀率小、耐高温氧化、耐点蚀和耐缝隙腐蚀的优点。但是铁素体不锈钢在焊接时，焊接接头热影响区和焊缝中的铁素体晶粒受热循环的影响极易长大粗化，晶粒长大会使得焊缝的塑性、冲击韧性和耐腐蚀性都有所降低。由于铁素体不锈钢含铬较高，在焊接热循环中始终保持铁素体单一相，无法通过焊后热处理来细化晶粒。

现今焊接技术都朝着节约成本，绿色高效的方向发展，涂敷在施焊板材表面的活性剂可以显著的增加TIG焊焊缝熔深，提高焊接效率，即活性焊接技术。活性焊接技术是指在焊接前将一层很薄的活性剂涂敷在待焊焊缝表面，活性剂会导致焊接电弧收缩或熔池内熔融金属流动状态变化，在相同的焊接规范下，使得焊接接头熔深显著增加。普通TIG焊的焊接接头熔深浅，熔敷效率较低，但是目前在施焊板材表面涂覆活性剂进行A-TIG焊（活性-TIG焊）的做法只在奥氏体不锈钢焊接方面比较成熟，目前还没有针对铁素体不锈钢研发出一种有效的活性剂来进行A-TIG焊。

发明内容

本发明的目的就是为了克服铁素体不锈钢焊接接头热影响区和焊缝中晶粒粗大的问题，提供一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂及其制备方法，本发明是以Cr₂O₃、TiO₂、SiO₂、CaF₂、NaF、Ni、TiFe、Zr八种粉末为基本组分研制的专用于铁素体不锈钢焊接的活性焊剂，可在焊接时细化焊缝晶粒，提高焊缝的力学性能和耐晶间腐蚀能力。

本发明的一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂，由下述质量百分含量的组分组成：

Cr₂O₃               8.77～9.77%          TiO₂         5.27～6.27%

SiO₂               6.53～7.53%          CaF₂         49.33～53.33%

NaF                14.60～16.60%        Ni          4.50～5.50%

TiFe                4.50～5.50%          Zr          0.80～1.20%

上述各组分的质量百分含量之和为100%。

本发明的一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂，其优选配方由下述质量百分含量的组分组成：

Cr₂O₃                9.27%                 TiO₂          5.77%

SiO₂                7.03%                 CaF₂          51.33%

NaF                 15.60%                Ni           5.00%

TiFe                5.00%                 Zr           1.00%。

本发明的一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂的制备方法，包括以下步骤：首先按活性焊剂的配方比例准确称取各组分的分析纯试剂，将各组分混合均匀；然后将所有组分加入球磨机中进行研磨，设置球磨机的转速为220转/分钟，研磨10小时，至活性焊剂的粒径为0.08～0.1mm，即得。

本发明在使用时，先将丙酮和活性焊剂粉末以体积比为6∶4～7∶3的比例把活性焊剂配制成悬浮液，然后利用高压空气喷枪将活性焊剂溶液喷涂到待焊板材表面，待丙酮挥发后，活性焊剂在待焊板材表面形成一层均匀的活性焊剂涂层，再按常规TIG焊的方法焊接即可。

本发明在制备时，由于直接配制的活性焊剂颗粒较粗大，与板材粘附效果不好，对焊接结果将产生严重的影响，所以必须在焊接前利用球磨机对活性焊剂进行充分研磨。为使研磨效果更好，使用行星式球磨机进行研磨。

本发明在使用时，由于活性焊剂粉末与待焊接板材粘附力差，且不容易铺成均匀涂层，需先将活性焊剂粉末用丙酮分散均匀，然后利用空气喷枪将悬浮液喷涂到待焊板材表面。

本发明配方的原理是：1. 利用A-TIG焊（活性-TIG焊）工艺中的活性成分改善电弧的形态，改变熔池金属的表面张力，增加焊缝熔深，在保证焊缝熔深一致的前提下可采用较小焊接热输入从而减弱铁素体晶粒受热长大的程度；2.添加Ni粉：Ni进入焊缝熔池改变其成分从而改变熔池金属在冷却凝固过程中的相变再结晶过程，使焊缝晶粒细化，同时改善焊缝金属的力学性能。3.微合金化：通过添加外来合金元素使熔池金属成分发生改变，Ti、Zr等元素的微合金化工艺细化晶粒的原理则是Ti、Zr等元素能够影响焊缝金属在冷却凝固过程中的再结晶过程，或有些强氮化合物形成元素与钢中的碳或氢形成化合物，或作为异质形核衬底，或阻碍晶粒的长大。本发明正是通过上述三种工艺措施，科学合理的设计配方组分及用量，研发出一种专用于铁素体不锈钢焊接专用的活性焊剂，解决了铁素体不锈钢在焊接时铁素体晶粒容易长大，影响焊缝的塑性、冲击韧性和耐腐蚀性能的问题，使焊缝中粗大的铁素体晶粒细化至母材水平，并且能使焊接接头达到母材的强度和韧性。

本发明的优点在于：能够明显细化铁素体不锈钢焊缝晶粒，提高焊缝的强度、硬度和塑性，改善焊缝的耐晶间腐蚀能力，且成本低廉。

具体实施方式

实施例1

本实施例的一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂，由下述质量百分含量的组分组成：Cr₂O₃：8.77%，TiO₂：5.27%，SiO₂：6.53%，CaF₂：53.03%，NaF：14.60%，Ni：5.50%，TiFe：5.50%，Zr：0.80%。

制备时，首先按活性焊剂的配方比例准确称取各组分的分析纯试剂，将各组分混合均匀；然后将所有组分和球磨钢球混合后放入行星式球磨机的磨罐中，由于活性焊剂易溶于酸及乙醇，这里只能选择干磨的方式；将磨罐置于旋转的磨盘上，设置球磨机的转速为220转/分钟，磨罐随磨盘公转的同时自转，研磨10小时，得到均匀细致的活性焊剂粉末，此活性焊剂粉末的粒径为0.08～0.1mm，即得。

使用时，先将丙酮和活性焊剂粉末以体积比为6∶4～7∶3的比例把活性焊剂配制成悬浮液，然后利用高压空气喷枪将活性焊剂溶液喷涂到待焊板材表面，待丙酮挥发后，活性焊剂在待焊板材表面形成一层均匀的活性焊剂涂层，再按常规TIG焊的方法焊接即可。

实施例2

本实施例的一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂，由下述质量百分含量的组分组成：Cr₂O₃：9.77%，TiO₂：6.27%，SiO₂：7.53%，CaF₂：49.63%，NaF：16.60%，Ni：4.50%，TiFe：4.50%，Zr：1.20%。

制备方法和使用方法同实施例1。

实施例3

本实施例的一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂，由下述质量百分含量的组分组成：Cr₂O₃：9.27%，TiO₂：5.77%，SiO₂：7.03%，CaF₂：51.33%，NaF：15.60%，Ni：5.00%，TiFe：5.00%，Zr：1.00%。

制备方法和使用方法同实施例1。

上述实施例仅仅是本发明的具体实施方式，而不能限制本发明，任何人在与本发明的权利要求书相同的原理和范围内作出任何改变，同比例放大或缩小，都应认为是包含在权利要求书的范围之内。

Claims (3)

1.一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂，其特征在于由下述质量百分含量的组分组成：

Cr₂O₃               8.77～9.77%          TiO₂         5.27～6.27%

SiO₂               6.53～7.53%          CaF₂         49.33～53.33%

NaF                14.60～16.60%        Ni          4.50～5.50%

TiFe                4.50～5.50%          Zr          0.80～1.20%

上述各组分的质量百分含量之和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂，其特征在于由下述质量百分含量的组分组成：

Cr₂O₃                9.27%                 TiO₂          5.77%

SiO₂                7.03%                 CaF₂          51.33%

NaF                 15.60%                Ni           5.00%

TiFe                5.00%                 Zr           1.00%。

3.一种如权利要求1或2所述的用于铁素体不锈钢焊接细化晶粒的活性焊剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：首先按活性焊剂的配方比例准确称取各组分的分析纯试剂，将各组分混合均匀；然后将所有组分加入球磨机中进行研磨，设置球磨机的转速为220转/分钟，研磨10小时，至活性焊剂的粒径为0.08～0.1mm，即得。