CN1077150A - 超低碳奥氏体不锈钢焊条及制备 - Google Patents

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Abstract

本发明超低碳奥氏体不锈钢焊条及其制备方法， 是用一种超低碳钢丝做焊芯，采用钛钙型药皮配方， 完全通过药皮过渡合金元素，使得熔敷金属化学成分 及机械性能符合国家标准GB983-85中E00-19 -10-16或其它类型超低碳奥氏体不锈钢焊条标 准。该焊条具有成本低，操作性能优异，熔敷效率高， 熔敷金属化学成分均匀，焊接时药皮无发红、开裂现 象和能全位置操作等特点。

Description

本发明超低碳奥氏体不锈钢焊条及制备方法，属于奥氏体不锈钢手工电弧焊焊条及其制造工艺范畴。
现有我国及世界各国的超低碳奥氏体不锈钢焊条E308L-16（奥002）其焊芯采用同类合金成分的超低碳奥氏体不锈钢制造，焊条焊芯中所含各元素与焊缝金属中的含量相近，药皮中基本不加入合金剂或只加微量合金剂，完全依赖价格昂贵的高合金焊芯来保证焊缝要求，因而制造不同的超低碳奥氏体焊条就须采用不同的超低碳奥氏体焊芯，在焊芯材料不变的条件下，不能根据用户要求随意变更焊条类型。另外，由于焊芯在加工工序中极易加工硬化，因而制造难度比普通奥氏体不锈钢丝大得多，加之超低碳高铬镍合金电阻系数大，焊接电流通过时极易发红，导致焊条药皮变质与脱落，不仅造成熔敷金属的夹渣，而且大大降低了焊条的利用率。此外，由于这类焊条熔敷效率低以及其它操作工艺性能也较差，因而，使用中不仅生产率受到影响，还造成了材料和能源的浪费。
现国内外也有通过药皮过渡合金元素使焊缝金属产生合金化的焊条，如国际专利WO86/04284（1986年），该焊条属碱性低氢型堆焊焊条，用于金属表面硬化，采用普通低碳钢焊芯，通过药皮过渡合金元素，这种焊条的缺点是工艺性能差，发尘量大，熔敷金属化学成分不均匀，不适合全位置焊接。又如苏联专利Su-656783（1979年），属低氢型铁素体焊条，采用工业纯铁作焊芯，全部通过药皮过渡合金元素，过渡的合金元素主要是Cr其次是Mo、Nb，没有任何Ni，焊缝组织是铁素体，没有奥氏体。该焊条主要用来提高焊缝塑性和延展性，焊条药皮中含有大量的萤石（20%以上），稳弧性差，发尘量大且有较高的含氟量，药皮中几乎没有碳酸盐，因而电弧的吹力较差，很易造成过渡元素的不均匀和夹渣，也不适合全位置焊接。
本发明的目的是提供一种用廉价的超低碳钢丝做焊芯，完全通过焊条药皮过渡合金元素，具有工艺性能优越，焊缝质量好，制造和使用成本低的高效型超低碳奥氏体不锈钢焊条。
本发明超低碳奥氏体不锈钢焊条及其制备方法如下所述：焊条由焊芯1和药皮2构成，焊条尺寸如表1所示，焊芯的化学成分如表2所示，表3为焊条药皮配方之一，表4为焊条熔敷金属的化学成分，表5为焊条熔敷金属机械性能，表6为本配方合金元素的过渡系数。
表1 焊条尺寸（mm）
焊芯直径（mm) φ2.0 φ2.5 φ3.2 φ4.0 φ5.0
焊条直径（mm) 4.0～4.3 5.0～5.4 6.4～7.0 8.0～8.7 10.0～10.8
焊条长度（mm) 250 300 350 400 450
焊条长度也可根据使用要求加长100毫米左右，而不会影响其工艺性能。
表2 焊芯化学成分（%）
C Si S P
≤0.03 0.2～0.6 ≤0.035 ≤0.03
表3 EOO-19-10-16焊条药皮配方组成物（%）
白云石 大理石 萤石 金红石 钛白粉 长石 云母
6－15 2－8 1－8 20－35 1－6 6－18 2－10
石英 金属铬 金属镍 金属锰 稀土混合物 钾钠水玻璃
1～5 28～38 8－17 1－8 0.1-4 适量
表4 EOO-19-10-16焊条熔敷金属的化学成分（%）
C Si Mn S P Cr Ni Mo Cu
≤0.04 0.3-0.9 0.5～2.5 ≤0.03 ≤0.035 18～21 8～11 ≤0.5 ≤0.5
表5 熔敷金属机械性能
抗拉强度（MPa) σb=520
延伸率（％） δ5=35
采用上述焊芯和药皮配方，通过调整药皮中合金元素的含量，可以方便地获得一系列超低碳奥氏体不锈钢焊条。具体方法是：根据某种超低焊条熔敷金属的化学成分，再按照本发明提供的合金元素过渡系数，将它换算成焊条药皮组成物中合金元素的百分含量即可。
表6 本配方合金元素的过渡系数
合金元素 Mn Cr Ni Mo Cu Zb
过渡系数 0.20～0.30 0.52～0.65 0.70～0.85 0.5～0.65 0.60～0.85 0.32～0.50
本发明超低碳奥氏体不锈钢焊条的制备工艺方法是：采用廉价的超低碳钢丝作焊芯，该焊芯的化学成分为C≤0.03，Si＝0.2～0.6，S≤0.035，P≤0.03，取白云石6-15，大理石2-8。萤石1-8，金红石20～35，钛白粉1-6，长石6-18，云母2-10，石英1～5，金属铬粉20～40，金属镍粉8～40，金属锰粉1-8，铜粉0-9，铌铁0-4钼铁0～10，稀土混合物0.1～4，与适量的钾钠水玻璃搅拌均匀后，用焊条涂料机均匀涂敷在焊芯上，自然干燥12-24小时，再经100～200℃低温烘焙1-2小时后，转入250～350℃继续烘焙1-2小时即可制成。
对于不同类型的其它超低碳奥氏体不锈钢焊条，焊芯成分不变，药皮中其它组分也不变，只需将所要求的熔敷金属合金含量按本发明提供的过渡系数换算后所得出的合金元素组分作为新的焊条合金剂即可，其过渡系数见表6。
本发明超低碳奥氏体不锈钢焊条及其制备方法的优点在于：采用廉价的超低碳钢丝做焊芯，降低了焊芯的电阻系数，通过药皮过渡合金元素，增加了药皮的导电性，从而解决了同类不锈钢焊条存在的焊接时药皮发红、开裂、脱落问题。所采用的新型药皮配方，使该焊条的发尘量和可溶性氟含量均很低（发尘量仅为同类焊条的50%，氟含量是国内同类焊条的二分之一以下）。该焊条熔敷效率高，为普通不锈钢焊条的二倍左右，良好的电弧吹力和熔池搅拌作用使合金元素过渡均匀，熔敷金属成分一致。焊条的操作工艺性能极佳，电弧稳定，飞溅率小（为1%～3%），易脱渣，重引弧性优良，成形美观，无论采用交流或直流电均能满足全位置焊接的需要。焊缝的耐腐蚀性好，X法晶间腐蚀速度为0.15mm/年以下。而且该焊条的制造和使用成本均很低。
以下是本发明的实施例：
采用直径4毫米的廉价超低碳钢丝（其化学成分符合表2）做焊芯，焊条药皮采用表3所列的配方，按上述本发明的制备工艺将组分充分搅拌均匀后，用TL-25型普通电焊条涂料机加工成型，自然干燥12小时，再经120℃烘焙1小时后，转入250℃继续烘焙1小时即制成成品焊条。该焊条规格为焊芯直径4毫米，焊条直径8.5毫米，焊条长度400毫米。将该焊条用于结晶机容器中筒体与法兰的焊接，容器与法兰的材料均为1Cr18Ni9Ti，容器的直径1500mm，主焊缝长2520mm，壁厚10mm，开55°V型坡口，直流反接，电流为150～170A，平焊和向上两种位置焊接。最后经X射线探伤检查，无论是环缝或环缝与纵缝交接处，均未发现各种焊接缺陷，达到了产品设计技术要求。使用该焊条代替奥102不锈钢芯焊条，节约焊接材料40%，除提高生产率外，每公斤熔敷金属可节电1.58度。将该焊条用于一种热交换器管板结构，其回水管采用超低碳奥氏体不锈钢ooCr18Ni10材料制造，端面板基体采用12毫米厚的1Cr18Ni9Ti板，所用焊机BX3-300，焊接电流140～160A，进行单面全位置焊接，24小时后经水压试验，并在不附加压力的条件下检验焊缝的致密性，均达到产品技术要求。
附图是焊条的示意图。

Claims (3)

1、一种超低碳奥氏体不锈钢焊条及其制备方法，其焊条由焊芯1和药皮2组成，其特征在于：是一种完全由药皮过渡合金元素的焊条，焊芯1为不含Cr、Ni的超低碳钢丝，药皮2由一定量的Cr、Ni合金元素与其它组份组成。焊芯的化学成分如下：C≤0.03，Si=0.2～0.6，S≤0.035，P≤0.03。焊条药皮组成如下：白云石6～15，大理石2～8，萤石1～8，金红石20～35，钛白粉1～6，长石6～18，金属铬粉20～40金属镍粉8～40，金属锰粉1～8，铜粉0～9，铌铁0～4，钼铁0～10，稀土混合物0.1～4；其它造渣物云母2～10，石英1～5；粘结剂钾钠水玻璃适量。
2、一种制造权利要求1所述焊条的方法，其特征在于：制造工艺是采用超低碳钢丝做焊芯，在钛钙型药皮中加入一定量的Ni、Cr合金元素和其它组成物有机结合的方法。首先取白云石6～15，大理石2～8，萤石1～8，金红石20～35，钛白粉1～6，长石6～18，云母2～10，石英1～5，再根据熔敷金属化学成分和药皮的过渡系数确定出各种合金元素在药皮中的加入量，将上述组份与适量的钾钠水玻璃搅拌均匀，在焊条专用涂料机中压涂成形，即将上述组份的药皮均匀涂敷在超低碳钢丝焊芯上，自然干燥12～24小时，再经100～200℃低温烘焙1～2小时后，转入250～350℃继续烘焙1～2小时即制成。（上述成份均为重量百分比）。
3、根据权利要求1和2所述的超低碳奥氏体不锈钢焊条，其特征在于：焊芯和焊条直径的匹配关系为：
焊芯直径(mm)  φ2.0  φ2.5  φ3.2  φ4.0  φ5.0
焊条直径(mm) 4.0～4.3 5.0～5.4 6.4～7.0 8.0～8.7 10.0～10.8
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