CN104690447B - 0Cr13铁素体不锈钢用自保护药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

0Cr13铁素体不锈钢用自保护药芯焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：金属铬粉39‑51％，金属锰粉3‑4％，硅铁4‑6％，CaF215‑20％，SiO25‑7％，TiO24‑8％，CaCO33‑7％，Li2CO33‑7％，Al‑Mg合金粉7‑10％，其余为铁。本发明公开了其制备方法：将CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al‑Mg粉加入粘结剂混合后烧结再与金属锰粉，硅铁，铁粉混合后烘干；将其添加到低碳钢钢带轧制成U型槽，碾压闭合、拉拔、拉直，盘成圆盘，密封包装即可。本发明药芯焊丝能够得到铁素体不锈钢焊缝组织，施焊时不需外加保护气体可实现自保护焊接。

Description

0Cr13铁素体不锈钢用自保护药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，具体涉及一种0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术
铁素体不锈钢(Ferrite Stainless Steel，简称FSS)是一种不含Ni的不锈钢，具有优良的耐高温氧化和氯化物腐蚀的性能，与奥氏体不锈钢相比，其成本低，线膨胀系数小，热疲劳性能好，可在多种腐蚀介质环境下替代304不锈钢，广泛应用在石油设备、汽车，采矿、铁路及化工行业。近些年来，铁素体不锈钢的使用量已占到不锈钢的30％。而我国作为世界上最大的不锈钢消费国，如果能够更好地应用和发展成本低廉、性能优良的铁素体不锈钢，必然会产生明显的经济和社会效益。
铁素体不锈钢属于单相不锈钢钢，含铬量大，含碳量少，钢的组织不论在高温或者低温下都呈单一的铁素体。根据铁铬相图可知，由于铬元素具有稳定铁素体的作用，当个元素达到13％时，铁铬合金中将不会发生奥氏体相变，因而该类合金加热和冷却过程中不发生组织的转变。又由于铁素体不锈钢中铬元素的含量高(大于12％)，使得这种铁素体钢具有一定的耐腐蚀性能。
0Cr13是铁素体不锈钢中含铬量较低、较为廉价的钢，其耐蚀性较好，一般在大气、蒸馏水、自来水及天然淡水中比较稳定的，特别是在过热蒸汽介质中具有非常高的稳定性；研制一种铁素体不锈钢0Cr13匹配的药芯焊丝，可进一步发展铁素体不锈钢的使用，发挥出它的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝，能够得到铁素体不锈钢焊缝组织，焊接接头具有优良的力学性能与耐蚀性能，实现了0Cr13铁素体不锈钢的焊接。
本发明的另一个目的是提供一种0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：金属铬粉39％-51％，金属锰粉3％-4％，硅铁4％-6％，CaF215％-20％，SiO25％-7％，TiO24％-8％，CaCO33％-7％，Li2CO33％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于：
外皮材料为低碳钢钢带，其中杂质元素(w％)P≤0.009％，S≤0.008％。
该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为25％-30％。
该药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
本发明所采用的另一个技术方案是，0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取金属铬粉金属铬粉39％-51％，金属锰粉3％-4％，硅铁4％-6％，CaF215％-20％，SiO25％-7％，TiO24％-8％，CaCO33％-7％，Li2CO33％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg合金粉加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的金属锰粉，硅铁，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中烘干200摄氏度、2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为25％-30％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm-2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
本发明的特点还在于：
步骤2中水玻璃粘结剂的添加量为粉体总重量的20％。
步骤2中烧结的温度为500-650℃，时间为3-4h。
本发明的有益效果是，
1.本发明药芯焊丝能够得到铁素体不锈钢焊缝组织，焊接接头具有优良的力学性能与耐蚀性能，实现了0Cr13的焊接。
2.该药芯焊丝具有很好的焊接工艺性，焊接飞溅少，焊接烟尘少。
3.该药芯焊丝施焊时不需外加保护气体，可实现自保护焊接。
4.本发明药芯焊丝适用于自动焊接设备，具有较高的生产效率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：金属铬粉39％-51％，金属锰粉3％-4％，硅铁4％-6％，CaF215％-20％，SiO25％-7％，TiO24％-8％，CaCO33％-7％，Li2CO33％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。外皮材料为低碳钢钢带，其中杂质元素(w％)P≤0.009％，S≤0.008％。
该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为25％-30％。
该药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取金属铬粉39％-51％，金属锰粉3％-4％，硅铁4％-6％，CaF215％-20％，SiO25％-7％，TiO24％-8％，CaCO33％-7％，Li2CO33％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg合金粉，加入粉芯总质量20％的水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结的温度为500-650℃，时间为3-4h，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的金属锰粉，硅铁，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中烘干200摄氏度、2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为25％-30％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm-2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
本发明药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW)，焊前需将焊件预热120-200℃，预热时间1h，焊接电流为180-240A，电压为20-25V，不需外加保护气体。
药芯中各组分的作用：
1、金属铬粉：铬元素是促使焊缝金属铁素体化的元素，一定量的金属铬粉可以保证焊缝组织为单一的铁素体组织。
2、铬元素还具有提高焊缝耐蚀性的作用，使焊缝具有较高的耐蚀性。
3、金属锰粉的作用是提高焊缝的强度。
4、硅铁中的硅元素也是铁素体化元素，促使焊缝生成铁素体组织。此外，硅铁还具有净化焊缝的作用，可以除去熔池中的S，P，等有害元素。
5、CaF2，SiO2，TiO2都具有造渣的作用，焊接时产生熔渣对熔池具有保护作用。CaF2，SiO2，TiO2同时还有调整熔渣粘度和碱度的作用。
6、CaCO3，Li2CO3具有造气的作用，焊接时产生二氧化碳气体，对熔池进行保护。
7、Al-Mg合金粉具有除氧的作用，焊接时易与氧气结合，从而保护了其他组分。
8、铁用来补充剩余质量，是粉芯的质量达到100％。
实施例1
步骤1，分别称取金属铬粉450g，金属锰粉30g，硅铁60g，CaF2150g，SiO270g，TiO240g，CaCO340g，Li2CO360g，Al-Mg合金粉80g，铁20g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg合金粉，加入200g的水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结温度为600℃,时间为3h。碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的金属锰粉，硅铁，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中烘干200摄氏度、2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为27％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.4mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例1制备的药芯焊丝，采用药芯焊丝电弧焊(FCAW)，焊前需将焊件预热120-200℃，预热时间1h，焊接电流为180-200A，电压为22V，不需外加保护气体。焊接接头的抗拉强度为532Mpa，屈服极限为368Mpa，断面收缩率为68％，冲击功为75J。性能符合0Cr13铁素体不锈钢的使用要求。
实施例2
步骤1，分别称取金属铬粉390g，金属锰粉40g，硅铁50g，CaF2200g，SiO260g，TiO250g，CaCO370g，Li2CO340g，Al-Mg合金粉90g，铁10g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg合金粉加入200g的水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结温度为650℃,时间为3h。碾碎后过筛，筛选粒度80-100目之间的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的金属锰粉，硅铁，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中烘干200摄氏度、2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为27％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例2制备的药芯焊丝，采用药芯焊丝电弧焊(FCAW)，焊前需将焊件预热120-200℃，预热时间1h，焊接电流为190-200A，电压为22V，不需外加保护气体。焊接接头的抗拉强度为534Mpa，屈服极限为379Mpa，断面收缩率为66％，冲击功为70J。性能符合0Cr13铁素体不锈钢的使用要求。
实施例3
步骤1，分别称取金属铬粉480g，金属锰粉35g，硅铁40g，CaF2160g，SiO250g，TiO280g，CaCO330g，Li2CO330g，Al-Mg合金粉70g，铁25g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg合金粉加入200g的水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结温度为500℃,时间为4h。碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的金属锰粉，硅铁，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中烘干200摄氏度、2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为28％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.6mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例3制备的药芯焊丝，采用药芯焊丝电弧焊(FCAW)，焊前需将焊件预热120-200℃，预热时间1h，焊接电流为200-220A，电压为23V，不需外加保护气体。焊接接头的抗拉强度为550Mpa，屈服极限为382Mpa，断面收缩率为71％，冲击功为69J。性能符合0Cr13铁素体不锈钢的使用要求。
实施例4
步骤1，分别称取金属铬粉420g，金属锰粉40g，硅铁50g，CaF2170g，SiO250g，TiO250g，CaCO340g，Li2CO370g，Al-Mg合金粉100g，铁10g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，AL-Mg粉加入200g的水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结温度为600℃,时间为3.5h。碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的金属锰粉，硅铁，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中烘干200摄氏度、2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为29％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例4制备的药芯焊丝，采用药芯焊丝电弧焊(FCAW)，焊前需将焊件预热120-200℃，预热时间1h，焊接电流为220-240A，电压为25V，不需外加保护气体。焊接接头的抗拉强度为559Mpa，屈服极限为371Mpa，断面收缩率为64％，冲击功为62J。性能符合0Cr13铁素体不锈钢的使用要求。
实施例5
步骤1，分别称取金属铬粉510g，金属锰粉30g，硅铁40g，CaF2150g，SiO260g，TiO240g，CaCO350g，Li2CO330g，Al-Mg合金粉70g，铁20g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg合金粉加入200g的水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结温度为650℃,时间为3.5h。碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的金属锰粉，硅铁，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中烘干200摄氏度、2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为27％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.8mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例5制备的药芯焊丝，采用药芯焊丝电弧焊(FCAW)，焊前需将焊件预热120-200℃，预热时间1h，焊接电流为200-220A，电压为23V，不需外加保护气体。焊接接头的抗拉强度为551Mpa，屈服极限为372Mpa，断面收缩率为62％，冲击功为68J。性能符合0Cr13铁素体不锈钢的使用要求。

Claims (4)

1.0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：金属铬粉39％-51％，金属锰粉3％-4％，硅铁4％-6％，CaF215％-20％，SiO25％-7％，TiO24％-8％，CaCO33％-7％，Li2CO33％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，外皮材料为低碳钢钢带，其中杂质元素(w％)P≤0.009％，S≤0.008％。
3.根据权利要求1所述的0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为25％-30％。
4.根据权利要求1所述的0Cr13铁素体不锈钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
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