CN110524136A

CN110524136A - 一种可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条

Info

Publication number: CN110524136A
Application number: CN201910839664.XA
Authority: CN
Inventors: 周峙宏; 陈国栋; 王登峰
Original assignee: KUNSHAN GINTUNE WELDING CO Ltd
Current assignee: KUNSHAN GINTUNE WELDING CO Ltd
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2039-09-05
Also published as: CN110524136B

Abstract

本发明公开了一种可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.6，所述焊芯由如下组分组成：C：0.006～0.010％；Si：0.10～0.25％；Mn：1.50～2.10％；Cr：18.0～20.5％；Ni：9.5～10.5％；P：0.008～0.012％；S：0.003～0.008％；Fe：余量。本发明焊条具有优异的焊接工艺性能，其熔敷金属的超低温冲击性能优异，其熔敷金属具有一定数量的FN，抗裂性优良，且经550±10℃*1～5h PWHT后‑196℃冲击韧性均＞50J。

Description

一种可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条

技术领域

本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条。

背景技术

随着国际化工及能源物流的快速发展，不锈钢储罐、集装箱等被广泛应用于化工、食品饮料、能源等物资运输与储存中。奥氏体不锈钢因其优良的低温韧性及良好的耐蚀性被广泛应用于低温储罐、设备及大型低温结构的建造。

为顺应时代不断前进和发展，伴随着高、精、尖项目的多元化和日益广泛的需求，从源头到终端对母材、焊接工艺以及配套焊材都提出了更为严苛的要求。特别要求焊接材料不仅要具有优异的耐低温性，还应该具备良好的抗裂性，尤其是热处理后的低温韧性。同样因结构成型、返修等多方面的需要，也要求焊材具备热处理后良好的耐低温性和抗裂性；因此迫切需要一种除具备优异的焊接性外，还应具有集超低温韧性优良，抗裂性好，热处理后具有优良超低温韧性于一身的焊接材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条，本发明具有优异的全位置焊接工艺性能，且熔敷金属化学成分和机械性能稳定，具有一定量的铁素体数FN，尤其是低温冲击和焊后热处理后的低温冲击韧性尤其出色。

本发明的技术方案是：一种可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.6，以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯由如下组分组成：C：0.006～0.010％；Si：0.10～0.25％；Mn：1.50～2.10％；Cr：18.0～20.5％；Ni：9.5～10.5％；P：0.008～0.012％；S：0.003～0.008％；Fe：余量；

以药皮重量为基准，按重量百分比计，所述药皮的组分如下：碳酸钙：10～25％；碳酸钡：3～10％；氟化钙：8～16％；氟化钡：5～15％；氟化稀土：3～8％；冰晶石：10～20％；硅微粉：3～10％；金红石：5～10％；钛白粉：1～3％；电解锰：2～5％；稀土硅铁：1～3％；金属镍：2～6％；铝镁合金：0.5～3％；铁粉：5～10％；藻酸盐：0.5％～2.5％；

所述药皮组分混合均匀后加入粘结剂。

所述粘结剂为钾钠水玻璃。

以重量百分比计，所述焊条的熔敷金属的组分包括：C：0.028～0.035％；Mn：1.35～1.85％；Si：0.35～0.65％；P：0.015～0.020％；S：0.003～0.008％；Ni：10.0～11.75％；Cr：18.3～19.6％。

硅微粉的SiO₂纯度>98.5％。

具体分析本发明中药皮各组分在焊条中各自发挥的作用如下：

焊条中碳酸盐的主要作用为造渣和造气，当碳酸盐含量较低时，药皮的造气和造渣能力下降，对焊缝的保护作用降低，造成焊缝力学性能的下降；如果碳酸盐的含量过高，药皮造气量过大，电弧稳定性下降，飞溅增大，焊渣熔点升高，焊缝成型粗糙，故本发明中碳酸盐的含量控制在13～35％；

氟化物为造渣剂，可调节渣的熔点，由于本发明的焊条的焊缝金属的合金含量较高，液态金属的表面张力较大，流动性差，焊缝成形变差，焊缝中气体不易逸出，从氟化钙、冰晶石、氟化钡、氟化稀土等得到的氟化物可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，有调整熔融焊渣的黏性改善焊渣覆盖性的效果，使得焊缝成型美观，降低焊缝形成气孔的缺陷。氟化物含量低，会使得焊缝成形不好，焊缝中易出气孔，氟化物含量过高，容易破坏电弧稳定性，使焊条工艺性变差，此外，由于熔融焊渣的黏性变得过低，导致在立下焊、立上焊及仰焊焊接时容易发生金属下淌，焊道外观及焊道形状变得不良，故本发明焊条中氟化物的含量为16～45％；

金红石的氧化性比较弱，热脱渣性好，能使焊接电弧稳定，熔池平静，可细化过渡熔滴，使金属以细雾状过渡，方向焊接性好，美化焊缝成形，确保熔渣覆盖性，但过量使用容易使机械性能下降，故其含量控制在5～10％；

钛白粉可增加焊条药皮塑性，改善焊条的涂装性，为造渣剂，但改进工艺性能不如金红石，其含量控制在1～3％；

从硅微粉、硅酸钾钠水玻璃等得到的硅氧化物能够调整熔融焊渣的黏性使得焊渣覆盖性良好，并且改善焊道外观及焊道形状。当硅氧化物的组分比例不足3％时，由于焊渣的黏性变低，导致全位置焊接时的焊渣覆盖性变差，焊道外观及焊道形状也变得不良。另一方面，硅氧化物的组分比例超过10％时，会降低焊缝的力学性能，尤其是低温冲击韧性。因此焊药中的硅氧化物组分比例应控制在3～10％；

铝和镁在熔池中形成氧化铝及氧化镁并调整熔融焊渣的黏性及熔点，有防止在立上焊及仰焊焊接时发生金属下淌的效果。此外铝和镁在熔池中起到脱氧剂作用，可减少焊缝金属的氧含量来提高韧性。当铝和镁的组分比例合计不足0.5％时，熔融焊渣的熔点变低，在立上焊及仰焊焊接时容易发生金属下淌，焊道外观及焊道形状也变得不良。而且焊缝金属的氧含量变多导致韧性降低。另一方面，当铝和镁的组分比例合计超过3％时，熔融焊渣的熔点变得过高，在全位置焊接时发生残渣。且电弧状态变粗，熔滴过度变得不规则且飞溅发生量变多。焊缝金属中铝和镁含量过高，还会导致低温冲击韧性下降，因此铝和镁的组分比例合计应控制在0.5～3％。

另外，铝可从焊芯和药皮中的金属铝、及铝合金来添加。镁可从药皮的金属镁、铝镁合金等镁合金来添加。

电解锰、镍粉、稀土硅铁的主要作用在于脱氧和过渡合金，保证焊缝中合金元素成分，确保焊缝强度并通过合理的元素设计将焊缝铁素体FN控制在一定范围；

铁粉的加入可以加速药皮的熔化速度，提高熔敷效率，由于本配方采用的是特殊碱性渣系，故可同时提高电弧稳定性，但过多则使生产困难，其含量控制在5～10％；

氟化稀土和稀土硅铁中的稀土元素的加入，主要是净化和除杂，纯化焊缝金属，另一方面细化焊缝金属晶粒，优化焊缝性能，但成本较高；

粘结剂采用钾钠水玻璃搭配藻酸盐，水玻璃除了涂装粘结焊条，还有造渣、调整熔渣状态和稳弧的作用。

以上为本发明的可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条的药皮成分组成限制理由。残余部分为铁及无法避免的杂质，药皮中的铁是从铁粉、铁合金粉而来。

本发明采用超低碳、低P、S的焊芯，因而具有优异的抗热裂性能；药皮采用CaCO₃-CaF₂碱性渣系，因而具有十分优异的全位置尤其是立/仰焊工艺性能以及良好的超低温韧性和抗裂性；特定成分的焊芯搭配特定原料配比的焊药，得到精准化学成分和铁素体范围的熔敷金属，熔敷金属的机械性能优异且稳定，尤其是具有优异的热处理后的-196℃冲击韧性。

本发明的有益效果是：本发明焊条在焊接时电弧稳定，飞溅少，焊缝成型好，脱渣容易，焊条操作性能优异；本发明精确控制合金成分，确保焊缝组织比例，在严格按照规定的工艺焊接后，控制焊缝组织中铁素体的含量在特定范围；焊缝具有良好的机械性能尤其是优异的-196℃低温冲击韧性，且焊缝在经550℃±10℃*1～5h热处理后-196℃冲击≥50J。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明由焊芯和药皮组成，药皮涂覆在焊芯外，采用超低C，低P、S的不锈钢308L焊芯，其焊芯组分(重量百分比％)如下表：

表1：焊芯组分

C	Si	Mn	Cr
				0.006-0.010	0.10-0.25	1.50-2.10	18.0-20.5
Ni	P	S	Fe
				9.5-10.5	0.008-0.012	0.003-0.008	余量

表2：焊芯成分实施例(重量百分比％)

药皮采用CaCO₃-CaF₂碱性渣系，药皮占焊条全重量比例为40％～60％，芯线直径为2.6mm、3.2mm、4.0mm或5.0mm，为更好理解本发明，下面通过实施例1-5来进一步说明，其药皮组分实施例及比较例如下表：

表3：药皮组分实施例(重量百分比％)

续表3-1：药皮组分实施例(重量百分比％)

表4：药皮组分比较例(重量百分比％)

续表4-1：药皮组分比较例(重量百分比％)

各实施例和比较例对应其熔敷金属化学成分测试结果如下表：

表5：各实施例和比较例熔敷金属化学成分

各实施例和比较例对应其熔敷金属机械性能、铁素体、热处理后的-196℃低温冲击及抗裂性测试结果如下表：

表6：各实施例和比较例性能测试结果

其中铁素体的测试采用磁性法，测焊缝的十个点(除起弧和收弧处)，然后对其取平均值。

由上述实验可见，本发明焊条各实施例具有优异的焊接性，且熔敷金属机械性能优异且稳定，尤其550±10℃*1～5h热处理后的-196℃低温冲击韧性。其熔敷金属铁素体约1.0～3.5之间，焊条具有最佳的抗裂性和热处理后的-196℃冲击韧性组合，因而焊缝具有优异的超低温韧性和抗裂性。相对的，比较例6碳酸盐过高，焊条工艺性不佳，飞溅增大，且焊缝成型粗糙；比较例7碳酸盐过低气体保护不足，N含量过高，-196℃低温韧性明显恶化；比较例8铝镁合金过高，导致焊缝脱渣差，表面残渣多，且飞溅大；比较例9铝镁合金过低，全位置尤其立焊位置焊接性差，铁水过稀，焊缝成型较差；比较例10氟化物过高，焊接烟尘大，且熔渣过稀，全位置焊接成型差；比较例11氟化物过低，焊接操控性不佳，且拉棒、弯曲试片内有微气孔；比较例12镍含量过高，熔敷金属Ni含量超标，且焊缝铁素体FN偏低，虽-196℃冲击优良但弯曲试片开裂；比较例13镍含量过低，焊缝铁素体FN过高，抗裂性优异，-196℃冲击不佳，尤其热处理后的冲击韧性较差；

本发明具有优异的全位置焊接工艺性能，且熔敷金属化学成分和机械性能稳定，具有一定量的铁素体数FN，尤其是低温冲击和焊后热处理后的低温冲击韧性尤其出色。

以上所述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂覆于焊芯外壁，其特征在于，药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.6，

(a)以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，焊芯的组分如下：C：0.006～0.010％；Si：0.10～0.25％；Mn：1.50～2.10％；Cr：18.0～20.5％；Ni：9.5～10.5％；P：0.008～0.012％；S：0.003～0.008％；Fe：余量；

(b)药皮组成采用CaCO₃-CaF₂渣系，以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮的组分如下：碳酸钙：10～25％；碳酸钡：3～10％；氟化钙：8～16％；氟化钡：5～15％；氟化稀土：3～8％；冰晶石：10～20％；硅微粉：3～10％；金红石：5～10％；钛白粉：1～3％；电解锰：2～5％；稀土硅铁：1～3％；金属镍：2～6％；铝镁合金：0.5～2％；铁粉：5～10％；藻酸盐：0.5％～2.5％；

所述药皮组分混合均匀后加入粘结剂。

2.根据权利要求1所述的可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条，其特征在于，所述粘结剂为钾钠水玻璃。

3.根据权利要求1所述的可热处理的超低温抗裂超高韧性奥氏体不锈钢焊条，其特征在于，以重量百分比计，所述焊条的熔敷金属的组分包括：C：0.028～0.035％；Mn：1.35～1.85％；Si：0.35～0.65％；P：0.015～0.020％；S：0.003～0.008％；Ni：10.0～11.75％；Cr：18.3～19.6％。