CN108453415B

CN108453415B - 一种焊丝药粉、不锈钢药芯焊丝及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN108453415B
Application number: CN201711404258.8A
Authority: CN
Inventors: 叶凡; 亢天佑; 聂建航
Original assignee: Luoyang Shuangrui Speical Alloy Material Co ltd
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN108453415A

Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种焊丝药粉、不锈钢药芯焊丝及其制备方法与应用。所述的焊丝药粉包含如下组分：金属铬、金属镍、金属锰、钼铁、氟化硅铁、铝铁、金红石、锆英砂、石英、氧化铝、磁铁矿、钛酸钾钠、氟化钠、脱水钾长石、氧化铋、稀土和铁粉；本发明还提供了一种不锈钢药芯焊丝，包含上述药粉。该焊丝裂纹敏感性极低，可采用大的热输入、高的道间温度焊接，焊接工艺良好，飞溅小、铺展和熔合性好、电弧稳定、脱渣容易、成形美观，力学性能优良，不仅适用于薄板焊接，也适用于厚板焊接，具有较大的市场推广前景和较好的经济效益。

Description

一种焊丝药粉、不锈钢药芯焊丝及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种焊丝药粉、不锈钢药芯焊丝及其制备方法与应用。

背景技术

不锈钢药芯焊丝具有工艺性能优良、力学性能稳定、生产效率高和综合成本低等特点，促使近年来药芯焊丝在焊材中所占比例不断提高，因此不锈钢药芯焊丝的需求量不断增大。

E316LT-1不锈钢药芯焊丝被广泛应用于石化、压力容器、造船、钢结构和工程机械等领域结构件的焊接和耐蚀层的堆焊。E316LT1-1不锈钢药芯焊丝焊缝组织主要是奥氏体，该类焊丝存在主要的技术问题是热裂纹敏感性较大，焊接过程中只能采用较低的道间温度和较小的热输入进行焊接，否则会出现焊接裂纹，这大大制约了工程建造的进度，且影响其他配套不锈钢药芯焊丝的推广。这是因为：采用大规范进行焊接时，熔敷金属结晶时液相线和固相线的区间较大，一般的E316LT1-1不锈钢药芯焊丝常常会由于S、P等杂质未控制到位或者由于Si含量过高等原因，在结晶后期易形成低熔点相，从而在一次结晶粒边界形成低熔点的液态薄膜，冷却时收缩形成微裂纹，微裂纹在冷却过程中扩展至焊缝表面形成宏观裂纹。

目前检索到的相关专利有：(1)一种用于薄板焊接316(L)不锈钢药芯焊丝(公开号：CN 106670682A)，该专利提出的焊丝只适用于薄板焊接。(2)不锈钢药芯焊丝(公开号：CN 106994570A)。该专利提出的合金成分为Cr：15～29％、Ni：13～33％。(3)一种低六排铬排放的316不锈钢药芯焊丝(公开号：CN 103480982A)，该专利提出的合金成分为Cr：17～23％、Ni：12～25％。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种焊丝药粉。

本发明的另一目的在于提供一种不锈钢药芯焊丝，该焊丝包含上述药粉，具有低裂纹敏感性，工艺性优良，适合大规范焊接，且具有优良的力学性能和耐腐蚀性能。

本发明的再一目的在于提供上述不锈钢药芯焊丝的制备方法。

本发明的第四个目的在于提供上述焊丝药粉和不锈钢药芯焊丝的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种焊丝药粉，包含如下组分：

所述的金属铬的粒度优选为80目，化学成分优选为Cr≥99.9wt％，C≤0.020wt％，S≤0.02wt％，P≤0.010wt％；

所述的金属镍的粒度优选为80目，化学成分优选为Ni≥99.5wt％，C≤0.050wt％，S≤0.005wt％，P≤0.005wt％；

所述的金属锰的粒度优选为80目，化学成分优选为Mn≥99.88wt％，C≤0.020wt％，S≤0.02wt％，P≤0.002wt％；

所述的钼铁的粒度优选为80目，化学成分优选为Mo≥55wt％，C≤0.015wt％，S≤0.10wt％，P≤0.080wt％；

所述的稀土硅铁的粒度优选为80目，化学成分为RE:30～34wt％，Si≥40.0wt％，Ce/RE≥46wt％；

所述的铝铁的粒度优选为80目，化学成分优选为Al≥50wt％，C≤0.01wt％，S≤0.040wt％，P≤0.040wt％；

所述的金红石的粒度优选为120目，化学成分优选为TiO₂≥90wt％，C≤0.060wt％，S≤0.030wt％，P≤0.040wt％；

所述的锆英砂的粒度优选为80目，化学成分优选为ZrO₂≥60.0wt％，SiO₂≤34wt％，S≤0.050wt％，P≤0.020wt％；

所述的石英的粒度优选为60～200目，化学成分优选为SiO₂≥97wt％，S≤0.040wt％，P≤0.040wt％；

所述的氧化铝的粒度优选为60～200目，化学成分优选为Al₂O₃≥98wt％，S≤0.035wt％，P≤0.035wt％；

所述的磁铁矿的粒度优选为80目，化学成分优选为Fe₃O₄≥92wt％，S≤0.050wt％，P≤0.050wt％；

所述的钛酸钾钠的化学成分优选为TiO₂≥60wt％，K₂O≥28wt％，S≤0.050wt％，P≤0.050wt％；

所述的氟化钠的化学成分优选为NaF≥94wt％；

所述的脱水钾长石的化学成分优选为K₂O+Na₂O≥12wt％，K₂O≥8wt％，SiO₂63～73wt％，Al₂O₃ 15～24wt％，S≤0.040wt％，P≤0.040wt％；

所述的氧化铋的化学成分优选为Bi₂O₃≥98wt％；

所述的氟化稀土的化学成分优选为REO≥83wt％，CeO₂/REO≥45wt％，F≥26wt％；

所述的铁粉的粒度优选为80目，化学成分优选为Fe≥98wt％，C≤0.050wt％，S≤0.020wt％，P≤0.020wt％；

一种不锈钢药芯焊丝，包含上述药粉；

所述的不锈钢药芯焊丝，还包含外皮；

所述的外皮优选为不锈钢钢带；

所述的不锈钢药芯焊丝的制备方法，包含如下步骤：

将不锈钢钢带包裹药粉经轧制减径，得到不锈钢药芯焊丝；

所述的不锈钢钢带优选为304L不锈钢钢带；

所述的药粉的填充率为23～28wt％；

所述的不锈钢药芯焊丝的直径优选为1.2mm；

所述的焊丝药粉和不锈钢药芯焊丝在石化、压力容器、造船、钢结构和工程机械等领域中的应用；

所述的焊丝药粉和不锈钢药芯焊丝优选在石化、压力容器、造船、钢结构和工程机械等领域结构件的焊接和耐蚀层的堆焊中的应用；

本发明采用以下途径降低不锈钢药芯焊丝的热裂纹敏感性：

(1)严格控制熔敷金属中S、P等杂质含量。S、P易在熔敷金属中生成低熔点相，并在粗大的奥氏体边界偏析并形成液态薄膜，凝固时在收缩应力的作用下极易产生热裂纹，因此应该严格限制。S应控制在0.015wt％以下，P控制在0.020wt％以下。

(2)药皮中添加一定的稀土元素，可降低熔敷金属中S、P等杂质含量，提高熔敷金属的纯净度，从而降低热裂纹的敏感性。

(3)控制熔敷金属的成分，使其凝固组织具有3～5wt％的铁素体(FN)，可减少S、P等低熔点元素在奥氏体边界的偏析，从而极大提高其抗裂性。

(4)控制Si熔敷金属含量。熔敷金属中的硅主要来源于石英、硅铝酸盐等，熔敷金属中Si含量过高会造成低熔点物质的偏析，增加热裂纹的敏感性。熔敷金属的硅含量应控制在0.65wt％以下，相对应的药粉中的总SiO₂含量10wt％以下。

本发明的提供的焊丝药粉中各成分的主要作用如下：

金属铬：向焊缝金属中过渡铬元素，本发明加入量范围为12～15wt％。

金属镍：向焊缝金属中过渡镍元素，本发明加入量范围为9～12wt％。

金属锰：一方面向焊缝金属中过渡锰元素，提高强度，另一方面对焊缝金属进行脱氧、脱硫。锰含量过低会降低焊缝金属强度，含量过高则生成过多的氧化锰，增大表面张力，影响焊缝铺展。因此金属锰的加入量为6～8wt％。

钼铁：向焊缝金属中过渡钼元素，增强耐腐蚀能力，本发明加入量范围为13～15wt％。

稀土硅铁：一方面硅与锰联合脱氧，合适的Mn/Si可以很好地固定焊缝里的氧元素，生成氧化物质点进入渣中，净化焊缝金属；另一方面向焊缝金属中渗硅，提高不锈钢耐腐蚀性能。稀土元素能够和S等低熔点物质结合，减少熔敷金属凝固时低熔点物质偏析，降低热裂纹倾向。本发明加入稀土硅铁的范围为1～2wt％。

铝铁：一方面辅助脱氧，另一方面配合刚玉调节熔渣黏度和熔点，本发明加入铝铁的范围为1～3wt％。

金红石：主要作用是造渣，决定熔渣的流动性。加入量过少，造成熔渣覆盖不全；加入量过多，熔渣多且波纹粗，不易脱渣且成型不美观，本发明加入量为22～26wt％。

锆英砂、石英、氧化铝：造渣的同时调节熔渣熔点和黏度。石英加入量过少，易出现熔渣覆盖不全。石英加入量过多，焊缝铺展不好，余高大，且易粘渣。本发明锆英砂、石英、氧化铝的加入量分别控制在锆英砂2～3.5wt％、石英4.5～7wt％、氧化铝2～4wt％。

磁铁矿：调节熔渣碱度和粘度，从而改善焊缝铺展，本发明加入磁铁矿的范围为3.5～5wt％。

钛酸钾钠：稳定电弧并改善铺展，本发明加入钛酸钾钠的范围为2.5～5wt％。

氟化钠：起到降低表面张力和改善铺展的作用，但是加入量过多会使飞溅增大。本发明氟化钠加入量控制在1～2wt％。

脱水钾长石：一方面长石中的Na₂O和K₂O可以提高电弧的稳定性起到稳弧作用，另一方面长石中的SiO₂和Al₂O₃代替一部分石英和氧化铝可以改善脱渣，有利于全位置焊接。但是加入量太高使熔渣变黏，影响铺展。本发明脱水钾长石的加入量控制在3～5wt％。

氧化铋：表面活性物质，改善脱渣性，但量过多会形成低熔点夹杂物，恶化焊缝质量，氧化铋的加入量控制在0.1～0.2wt％。

氟化稀土：主要作用土能够和S等低熔点物质结合，减少熔敷金属凝固时低熔点物质偏析，降低热裂纹倾向。氟可以降低熔敷金属中的氢含量，降低气孔敏感性。用来调节焊缝抗裂性能，加入量为0.5～1wt％。

铁粉：主要作用是调节药粉松装比，以保持合适的药粉填充率。铁粉加入量过多会产生大量烟尘。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明提供的不锈钢药芯焊丝适应大范围焊接，其中，焊接电流160A～240A，焊接电压28～35V。

(2)本发明提供的不锈钢药芯焊丝熔敷金属力学性能稳定，强度合适(室温抗拉：550～620MPa)，延伸率不小于40％。

(3)本发明提供的不锈钢药芯焊丝焊接电弧稳定、飞溅小；铺展性和熔合性好，焊缝成形美观；脱渣容易。

(4)本发明提供的不锈钢药芯焊丝热裂纹敏感性极低，可采用大的热输入、高的道间温度焊接，且焊接工艺性优良，成本较低，不仅适用于薄板焊接，也适用于厚板焊接，具有较大的市场推广前景和较好的经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种焊丝药粉，包含如下组分：

一种不锈钢药芯焊丝，包含上述药粉和外皮(不锈钢钢带)；

所述的不锈钢药芯焊丝的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述焊丝药粉的组分混合均匀，得到药粉；

(2)将304L不锈钢钢带包裹步骤(1)制得的药粉经轧制减径，得到不锈钢药芯焊丝，其中，药粉的填充率为28wt％，不锈钢药芯焊丝的直径为1.2mm。

实施例2

一种焊丝药粉，包含如下组分：

一种不锈钢药芯焊丝，包含上述药粉和外皮(不锈钢钢带)；

所述的不锈钢药芯焊丝的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述焊丝药粉的组分混合均匀，得到药粉；

(2)将304L不锈钢钢带包裹步骤(1)制得的药粉经轧制减径，得到不锈钢药芯焊丝，其中，药粉的填充率为25.5wt％，不锈钢药芯焊丝的直径为1.2mm。

实施例3

一种焊丝药粉，包含如下组分：

一种不锈钢药芯焊丝，包含上述药粉和外皮(不锈钢钢带)；

所述的不锈钢药芯焊丝的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述焊丝药粉的组分混合均匀，得到药粉；

(2)将304L不锈钢钢带包裹步骤(1)制得的药粉经轧制减径，得到不锈钢药芯焊丝，其中，药粉的填充率为23wt％，不锈钢药芯焊丝的直径为1.2mm。

效果实施例

实施例1～3中焊丝药粉的组分的化学成分要求如表1所示。

表1焊丝药粉的组分的化学成分要求

将实施例1～3制得的不锈钢药芯焊丝按照如下规范进行焊接：保护气体采用100％CO₂，接入直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流160A～240A，焊接电压28～35V，焊接速度25～35cm/min，150℃的预热和道间温度。按照中国国家标准GB/T17853-1999《不锈钢药芯焊丝》对焊接熔敷金属性能进行检测，其化学成分、力学性能如表2、表3所示。

表2实施例1～3制得的不锈钢药芯焊丝熔敷金属化学成分(wt％)

项目	C	Cr	Ni	Mo	Mn	Si	P	S
									实施例1	0.035	18.0	12.49	2.73	1.67	0.60	0.013	0.012
实施例2	0.039	18.99	12.89	2.53	1.47	0.62	0.016	0.011
									实施例3	0.031	20.28	13.12	2.41	1.44	0.64	0.015	0.012

表3实施例1～3制得的不锈钢药芯焊丝熔敷金属力学性能

项目	Rm/MPa	A/％
			要求值	≥485	≥30
实施例1	538	40.5
			实施例2	523	43
实施例3	548	41

按照中国国家标准《GB/T 2653-2008焊接接头弯曲试验方法》、《GB/T 4334-2008金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法》对堆焊金属进行侧弯曲试验以及晶间腐蚀试验，均满足要求。对160A、200A、240A焊接的试板进行超声和射线探伤，均没有发现裂纹，说明其裂纹敏感性较小。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种焊丝药粉，其特征在于包含如下组分：

2.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的钼铁的粒度为80目，化学成分为Mo≥55wt％，C≤0.015wt％，S≤0.10wt％，P≤0.080wt％。

3.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的稀土硅铁的粒度为80目，化学成分为RE：30～34wt％，Si≥40.0wt％，Ce/RE≥46wt％。

4.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的铝铁的粒度为80目，化学成分为Al≥50wt％，C≤0.01wt％，S≤0.040wt％，P≤0.040wt％。

5.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的磁铁矿的粒度为80目，化学成分为Fe₃O₄≥92wt％，S≤0.050wt％，P≤0.050wt％。

6.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的氟化稀土的化学成分为REO≥83wt％，CeO₂/REO≥45wt％，F≥26wt％。

7.一种不锈钢药芯焊丝，其特征在于包含权利要求1～6任一项所述的焊丝药粉。

8.根据权利要求7所述的不锈钢药芯焊丝，其特征在于还包含外皮；所述的外皮为不锈钢钢带。

9.根据权利要求7或8所述的不锈钢药芯焊丝，其特征在于：

所述的焊丝药粉的填充率为23～28wt％。

10.权利要求1～6任一项所述的焊丝药粉和权利要求7～9任一项所述的不锈钢药芯焊丝在石化、压力容器、造船、钢结构和工程机械领域中的应用。