CN110539100A - 一种高氮低镍高温药芯焊丝及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高氮低镍高温药芯焊丝及制备工艺,所述高氮低镍高温药芯焊丝由以下元素按质量百分比组成:C:0.04wt%以下、Si:0.8wt%以下、Mn:0.5~5.0wt%、Cu:1.0wt%以下、Ni:25~33wt%、Cr:17~26wt%、Mo:3.0~6.0wt%、Nb:3.0~5.0wt%、N:0.1~0.4wt%、Ti:0.4~1.1wt%、Al:0.1~0.5wt%、Ti/Al:1.8~2.3且Ti+Al:0.5~1.5wt%、(Ti+Al)/N:1.5~4.0、V:0.04~0.12wt%、Fe:余量。本发明采用低成本的N替换部分Ni元素,制备出新型的用于316L和部分镍基高温合金焊接且其高温性能不低于镍基药芯焊丝的焊材,同时解决Ni价格高昂和稀缺的问题。本发明制备出的高氮低镍高温药芯焊丝,能够在高温(600~700℃)条件下使用,其高温力学性能、抗热裂纹性能和高温耐腐蚀性能优异。
Description
技术领域
本发明属于材料加工工程中的焊接领域,具体地涉及一种高氮低镍高温药芯焊丝及制备工艺。
背景技术
镍基药芯焊材被用于具有优异的耐高温和耐腐蚀性的不锈钢的补焊,在各种工业领域被广泛应用。但国内镍资源匮乏,需要大量的进口来维持需求,这就导致成本提高,成为不锈钢产业发展的瓶颈。在既保证性能不变又降低成本的前提下,寻找新的元素代替镍元素是目前工业生产的主要发展方向。
N元素作为一种廉价资源,与Ni元素类似,具有扩大奥氏体相区、稳定奥氏体组织的能力,受到国内外钢铁冶金工作者的青睐,先后推出了一系列高氮钢种。与C元素相比,N固溶强化效果更加明显,并且N元素还能起到强化细晶的作用。此外,N还可以提高焊接金属的耐局部腐蚀性能,如晶间腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀等。
在专利文献1中,公开一种用于不锈钢和5%Ni钢等焊接的含氮低镍的不锈钢药芯焊丝。在专利文献2中,公开一种用于耐高温钢用的药芯焊丝,能够满足500度以上环境使用。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】由株式会社神户制钢所申请专利《不锈钢药芯焊丝》,专利号:CN106994570 B。
【专利文献2】由江苏南通瑞舶莱焊业科技有限公司申请专利《一种耐高温钢用药芯焊丝》,专利号:CN 109719426 A。
但是,专利文献1所公开的不锈钢药芯焊丝,虽然采用添加N元素,但设计思想并未将其替代作用作为重点,且该药芯焊丝是为满足极低温下冲击性能要求设计的,与本发明用于高温的药芯焊丝不同。另外,专利文献2所公开的耐高温钢用药芯焊丝,虽然能用于500度以上使用环境,但高温抗拉强度未能达到700MPa以上,且该专利药芯焊丝耐高温腐蚀性能较差,与本发明采用N替代Ni的设计思想不同,且在高温条件下达到的强度要求不同。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种高氮低镍高温药芯焊丝,其能够应用在高温条件下的316L奥氏体不锈钢及部分镍基合金焊接或修复再制造作业,与Ni基合金药芯焊丝ENiCrMo3比较,其成本更低,且能够得到高温性能、抗热裂纹性和耐蚀性优异的焊接金属。
更具体地说,在本发明目的在于,提供一种在高温(600~700℃)条件下使用的的高氮低镍高温药芯焊丝,其高温力学性能、抗热裂纹性能和高温耐腐蚀性能优异的药芯焊丝。
本发明者们反复锐意研究的结果,发现了以下的事项。
在本发明中,为了使完全奥氏体组织的焊接金属在高温的抗拉强度提高,有效添加C和N等间隙型固溶强化元素均可替代Ni。C是提高热裂纹敏感性的元素,因此C的添加量受到限制。N具有扩大和稳定奥氏体组织的元素的作用,因此在本发明中为药芯中添加N的设计。
但是,焊接过程中固N效果不理想,达到过饱和的N引起气泡发生,提高产生气孔的风险,导致高温性能显著劣化。
即,N作为替代Ni的添加元素,焊接过程中容易逸出。为了降低N的逸出量,需控制粉末配比及焊接工艺,以促进焊接金属固氮。
元素V、Nb、Cr、Mn等元素可促进N在钢液中的溶解度,另外Ti与N结合能力强,容易生成TiN弥散分布在晶粒内部及晶界上,降低了N的逸出。
本发明中运用显微组织观察和热力学模拟进行研究,对合金元素的影响进行调查。其结果发现,Ti对于N的亲和力要强于V、Nb等元素,通过Ti的添加可以有效的固溶N元素,并提高了焊缝的高温强度。
通过上述结论,发明人通过调整焊接金属的化学成分来达成焊接金属所要求的高温性能。此外限制V、Nb、Cr、Mn、Ti等合金元素的添加量在特定的范围,从而增加N的固溶度,提高了焊缝金属的高温力学性能。
本发明是通过以下技术方案进行实现的:
一种高氮低镍高温药芯焊丝,由镍带外皮和内部填充的焊剂粉末组成;所述镍带外皮是由99.9%的纯镍经压制而成;所述焊剂粉末由高氮铬铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钛铁粉、铝粉、镍粉、铌铁粉、钼粉、铜粉中的几种组成。
所述高氮低镍高温药芯焊丝,其中,以焊丝总质量计含有:
C:0.04wt%以下、
Si:0.8wt%以下、
Mn:0.5~5.0wt%、
Cu:1.0wt%以下、
Ni:25~33wt%、
Cr:17~26wt%、
Mo:3.0~6.0wt%、
Nb:3.0~5.0wt%、
N:0.1~0.4wt%、
Ti:0.4~1.1wt%、
Al:0.1~0.5wt%
Ti/Al:1.8~2.3且Ti+Al:0.5~1.5wt%、
(Ti+Al)/N:1.5~4.0、
V:0.04~0.12wt%、
Fe:余量。
进一步的,所述高氮低镍高温药芯焊丝,其各成分含量满足下述关系式:
A/B≧1.5,
A=Ni+30×C+28×N+0.5×Mn+0.3×Cu+10.4,
B=Cr+Mo+1.5×Si+0.5×Nb+5×V。
本发明的含氮低镍型药芯焊丝,在高温(600~700℃)用316L焊接中,能够得到具有良好的高温力学性能、抗热裂纹性能和高温耐腐蚀性能的焊接金属。
所述焊剂粉末,粒度在80~100目之间,各粉体纯度不低于99.9%。
进一步的,所述镍带厚度×宽度为0.4×10mm。
进一步的,所述高氮低镍高温药芯焊丝的直径为1.2mm。
进一步的,所述的高氮低镍高温药芯焊丝的制备方法,包括如下步骤:
(1)焊剂粉末的制备:将焊剂粉末按照所需质量百分数混合均匀;
(2)焊剂填充:镍带外皮清理后轧制成“U”型,将混合均匀的焊剂粉末填充入其中,再将镍带外皮轧制成“O”密封焊剂粉末,得到半成品焊丝;
(3)减径拉丝:半成品焊丝润滑处理,然后从直径3.18mm经过五个道次拉至1.2mm,最终得高氮低镍高温药芯焊丝。
进一步的,步骤(2)中焊剂粉末填充率的计算,通过以下进行实现:
焊剂粉末在传送带的带动下填充到U形镍带中,通过相关物理量计算焊剂粉末填充率数学模型。具体公式如下:
单位时间T内,填充焊剂粉末质量:
m1=ρ1υ1TB1δ1
式中:m1为填充焊剂粉末质量,g;ρ1为焊剂粉末松装密度,g/cm3;υ1为焊剂粉末给进速度(即下分传送带前进速度),m/s;B1为焊剂粉末带的宽度(即下粉闸口宽度),mm;δ1为焊剂粉末带的厚度(即下粉闸口高度),mm;T为单位时间,s。
单位时间T内,包裹焊剂粉末的镍带质量:
m0=ρ0υ0TB0δ0
式中:m0为镍带自身质量,g;ρ0为镍带密度,g/cm3;υ0为镍带前进速度,m/s;B0为镍带横向宽度(即镍带横向弧长度值),mm;δ0为镍带厚度,mm;T为单位时间,s。
根据前面的计算,该段药芯焊丝填充率F为:
F=m1/(m1+m0)=ρ1υ1TB1δ1/(ρ1υ1TB1δ1+ρ0υ0TB0δ0)
经过计算,焊剂粉末填充率在25%~30%满足药芯焊丝的品质。
进一步的,所述步骤(3)的润滑处理中,半成品焊丝在进入减径拉丝前先通过硬脂酸钠或硬脂酸钾的干燥固体润滑剂进行润滑处理,其中润滑剂中可以含有高压润滑剂和软化点调节剂。
进一步的,所述步骤(3)的拉丝过程中,将拉拔药芯焊丝从直径3.18mm经过五个道次拉至1.20mm,首先求出总的logSR(3.182/1.202)=0.846,其中SR是面积比值;其次将0.846用五个道次平分,即0.846÷5≈0.169,这个平均值是拉拔第三道次的logSR值;根据实际生产的拉拔条件适当调整各个道次的logSR的偏移量(本实验经过多次验证,最终确定上下道次logSR偏移量以0.007递增和递减的),因此它的系列是0.155+0.162+0.169+0.176+0.183=0.845,比总的logSR小0.001,所以调整第一个道次为0.156。最后列出计算所得拉拔路线列于表1。
表中第一栏为各道次的logSR;第二栏为各道次的直径比的对数,即logφR;第三栏为各道次的模子直径的对数Log模φ;第四栏为药芯焊丝的直径。表中计算二栏是一栏数字除以2得到的;根据4栏中成品直径求得对数值作为3栏的基数,即log1.2得到0.079作为3栏的基数,加上2栏中相对应的道次logφR即得3栏中各道次的模径对数值,再将3栏各道次的log模φ求反对数,即得各道次的直径。
表1拉拔路线
针对此焊丝的物理特点,制定专属焊接工艺规范:焊接方法为MIG、保护气体使用80%Ar+20%N2、焊接电流(280~340A)、电弧电压(28~34V),焊接速度为0.4m/min,层间温度控制在150~250℃。其中20%N2为工艺核心,它可以保障氮气分压向熔池渗氮,实现增氮、固氮的作用,同时电弧的总热功率提高到最佳值。
相比于现有技术,本发明的有益效果在于:镍基药芯焊丝中的镍含量高达60%以上,每年的使用量巨大。因此,采用低成本的N替换部分Ni元素,制备出新型的用于316L和部分镍基高温合金焊接且其高温性能不低于镍基药芯焊丝的焊材,同时解决Ni价格高昂和稀缺的问题。本发明制备出的高氮低镍高温药芯焊丝,能够在高温(600~700℃)条件下使用,其高温力学性能、抗热裂纹性能和高温耐腐蚀性能优异。本发明的有益效果已通过实验方法进行验证。
具体实施方式
一种高氮低镍高温药芯焊丝,由镍带外皮和内部填充的焊剂粉末组成;所述镍带外皮是由99.9%的纯镍经压制而成;所述焊剂粉末由高氮铬铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钛铁粉、铝粉、镍粉、铌铁粉、钼粉、铜粉中的几种组成。
所述高氮低镍高温药芯焊丝,由以下元素按质量百分比组成:
C:0.04wt%以下;
Si:0.8wt%以下;
Mn:0.5~5.0wt%;
Cu:1.0wt%以下;
Ni:25~33wt%;
Cr:17~26wt%;
Mo:3.0~6.0wt%;
Nb:3.0~5.0wt%;
N:0.1~0.4wt%;
Ti:0.4~1.1wt%;
Al:0.1~0.5wt%
Ti/Al:1.8~2.3且Ti+Al:0.5~1.5wt%;
(Ti+Al)/N:1.5~4.0;
V:0.04~0.12wt%;
Fe:余量。
进一步的,所述高氮低镍高温药芯焊丝,其各成分含量满足下述关系式:
A/B≧1.5;
A=Ni+30×C+28×N+0.5×Mn+0.3×Cu+10.4;
B=Cr+Mo+1.5×Si+0.5×Nb+5×V。
本发明的含氮低镍型药芯焊丝,在高温(600~700℃)用316L焊接中,能够得到具有良好的高温力学性能、抗热裂纹性能和高温耐腐蚀性能的焊接金属。
所述焊剂粉末,粒度在80~100目之间,各粉体纯度不低于99.9%。
进一步的,所述镍带厚度×宽度为0.4×10mm。
进一步的,所述高氮低镍高温药芯焊丝的直径为1.2mm。
进一步的,所述的高氮低镍高温药芯焊丝的制备方法,包括如下步骤:
(1)焊剂粉末的制备:将焊剂粉末按照所需质量百分数混合均匀;
(2)焊剂填充:镍带外皮清理后轧制成“U”型,将混合均匀的焊剂粉末填充入其中,再将镍带外皮轧制成“O”密封焊剂粉末,得到半成品焊丝;
(3)减径拉丝:半成品焊丝润滑处理,然后从直径3.18mm经过五个道次拉至1.2mm,最终得高氮低镍高温药芯焊丝。
进一步的,步骤(2)中焊剂粉末填充率的计算,通过以下进行实现:
焊剂粉末在传送带的带动下填充到U形镍带中,通过相关物理量计算焊剂粉末填充率数学模型。具体公式如下:
单位时间T内,填充焊剂粉末质量:
m1=ρ1υ1TB1δ1
式中:m1为填充焊剂粉末质量,g;ρ1为焊剂粉末松装密度,g/cm3;υ1为焊剂粉末给进速度(即下分传送带前进速度),m/s;B1为焊剂粉末带的宽度(即下粉闸口宽度),mm;δ1为焊剂粉末带的厚度(即下粉闸口高度),mm;T为单位时间,s。
单位时间T内,包裹焊剂粉末的镍带质量:
m0=ρ0υ0TB0δ0
式中:m0为镍带自身质量,g;ρ0为镍带密度,g/cm3;υ0为镍带前进速度,m/s;B0为镍带横向宽度(即镍带横向弧长度值),mm;δ0为镍带厚度,mm;T为单位时间,s。
根据前面的计算,该段药芯焊丝填充率F为:
F=m1/(m1+m0)=ρ1υ1TB1δ1/(ρ1υ1TB1δ1+ρ0υ0TB0δ0)
经过计算,焊剂粉末填充率在25%~30%满足药芯焊丝的品质。
进一步的,所述步骤(3)的润滑处理中,半成品焊丝在进入减径拉丝前先通过硬脂酸钠或硬脂酸钾的干燥固体润滑剂进行润滑处理,其中润滑剂中可以含有高压润滑剂和软化点调节剂。
进一步的,所述步骤(3)的拉丝过程中,将拉拔药芯焊丝从直径3.18mm经过五个道次拉至1.20mm,首先求出总的logSR(3.182/1.202)=0.846,其中SR是面积比值;其次将0.846用五个道次平分,即0.846÷5≈0.169,这个平均值是拉拔第三道次的logSR值;根据实际生产的拉拔条件适当调整各个道次的logSR的偏移量(本实验经过多次验证,最终确定上下道次logSR偏移量以0.007递增和递减的),因此它的系列是0.155+0.162+0.169+0.176+0.183=0.845,比总的logSR小0.001,所以调整第一个道次为0.156。最后列出计算所得拉拔路线列于表1。
表中第一栏为各道次的logSR;第二栏为各道次的直径比的对数,即logφR;第三栏为各道次的模子直径的对数Log模φ;第四栏为药芯焊丝的直径。表中计算二栏是一栏数字除以2得到的;根据4栏中成品直径求得对数值作为3栏的基数,即log1.2得到0.079作为3栏的基数,加上2栏中相对应的道次logφR即得3栏中各道次的模径对数值,再将3栏各道次的log模φ求反对数,即得各道次的直径。
表1拉拔路线
针对此焊丝的物理特点,制定专属焊接工艺规范:焊接方法为MIG、保护气体使用80%Ar+20%N2、焊接电流(280~340A)、电弧电压(28~34V),焊接速度为0.4m/min,层间温度控制在150~250℃。其中20%N2为工艺核心,它可以保障氮气分压向熔池渗氮,实现增氮、固氮的作用,同时电弧的总热功率提高到最佳值。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,本发明不受以下说明的实施方式限制。
本发明的药芯焊丝,其特征在于,是在镍带的外皮中填充有焊剂的高氮低镍高温药芯焊丝,在焊丝总质量中,规定量含有C、Si、Mn、Cu、Mo、Fe、Ni、Al、Cr、Nb、Ti、V及N。
以下,对于本发明的药芯焊丝的各成分,说明焊丝总质量的含量。
<C:0.04wt%以下>
C是有利于奥氏体形成元素,同时使焊接金属抗拉强度提高的元素。另一方面,C元素含量高于0.04wt%,会提高高强钢焊接接头的淬透性。因此在焊丝总质量中的添加量抑制在0.04wt%以下。另外,优选为0.03wt%以下。也可以不含C,但为了确保强度,优选含有0.01wt%以上。
<Si:0.5wt%以下>
Si是能溶于铁素体中,对焊缝金属具有强化并脱氧作用。若Si含量高于0.5wt%,则凝固偏析促进,热烈纹敏感性高。另外,优选为0.4wt%以下。另外,也可以不含Si,但为了确保焊接金属的强度和韧性,抑制气孔等,优选含有0.1wt%以上。
<Mn:0.5~4.0wt%>
Mn具有脱氧去硫效果,可以通过固溶强化提高钢的抗拉强度和屈服强度,且Mn具有使奥氏体组织稳定化的效果,且很强的固N作用,因此添加。Mn添加量低于0.5wt%时,脱氧效果不明显。另一方面,若Mn含量高于4wt%,容易发生热烈纹。因此,药芯焊丝中的Mn含量,在焊丝总质量中为0.5~4.0wt%。另外,优选为1.0wt%以上,优选为4.0wt%以下。
<Cu:2.0wt%以下>
Cu是奥氏体形成和稳定元素,Cu含量增加使奥氏体相区扩大,可以溶解更多的N。Cu添加量1.0wt%以下,具有一定的耐腐蚀效果。另一方面,若Cu含量高于2.0wt%,焊缝金属会产生热脆性。因此,药芯焊丝中Cu含量,在焊丝总质量中为2.0wt%以下。另外,优选为1.0wt%以下。
<Ni:30~33wt%>
Ni是奥氏体组织稳定化的元素。可以使它容纳更多的合金元素以达到抵抗各种环境的能力。Ni含量低于30wt%时,奥氏体组织不稳定。另一方面,若Ni含量高于33wt%时,则N和C的固溶度降低,容易造成N逸出,形成气孔。因此,药芯焊丝中Ni含量,在焊丝总质量中为30~33wt%。Ni含量优选为31以上。另外,优选为33wt%以下。
<Cr:18~29wt%>
Cr是具有使焊接金属的强度、耐蚀性提高的作用。Cr含量高于18wt%时,焊接金属的高温耐蚀性才比较优异。且钢液的溶氮能力与Cr含量呈线性关系。另一方面,若Cr的含量高于29wt%,则焊接金属的高温韧性劣化。因此,药芯焊丝中的Cr含量,在焊丝总质量中为18~29wt%。Cr含量优选为19wt%以上。另外,优选为27wt%以下。
<Mo:4.0~7.0wt%>
Mo与Cr相同,主要是提高焊接金属高温的力学和耐腐蚀性能。Mo含量低于4wt%时,焊接金属得不到充分强度。另一方面,若Mo含量高于7.0wt%,则焊接金属的韧塑性和耐蚀性产生不利影响。因此,药芯焊丝中的Mo含量,在焊丝总质量中为4.0~7.0wt%。Mo含量优选为4.5wt%以上。另外,优选为6.0wt以下。
<Nb:2.0~5.0wt%>
Nb可以固溶形成NbN第二相,产生显著的沉淀强化效果,不仅提高焊接金属的高温力学性能,同时对高温蠕变强度也有良好的效果。Nb含量低于2.0wt%时,强化效果不明显。另一方面,若Nb含量高于5.0wt%时,焊接金属性能恶化。因此,药芯焊丝中的Nb的含量,在焊丝总质量中为2.0~5.0wt%。Nb含量优选3wt%以上。另外,优选为4wt%以下。
<V:0.04~0.12wt%>
V和N具有较强的亲和力,在焊接金属中发挥了细晶强化和沉淀强化作用。V含量低于0.04wt%时,固氮作用不明显。另一方面,若V含量高于0.12wt%,则焊接金属的韧塑性产生不利影响。因此,药芯焊丝中的V含量,在焊丝总质量中为0.04~0.12wt%。V含量优选为0.06wt%以上。另外,优选为0.1wt以下。
<N:0.1~0.4wt%>
N是固溶强化元素,具有使焊接金属的高温强度和耐腐蚀性能提高的效果。N含量低0.1wt%时,得不到充分的强度。另一方面,若N含量高于0.4wt%,容易发生气孔。因此,药芯焊丝中的N含量,在焊丝总质量中为0.1~0.4wt%。N含量优选为0.15wt%以上。另外,优选为0.38wt%以下。
<Ti:0.4~1.1wt%>
Ti是固氮元素,形成TiN相在基体内弥散分布,通过影响位错行为强化合金。Ti含量低0.4wt%时,得不到充分的强度。另一方面,若Ti含量高于1.1wt%,会使晶界脆化。因此,药芯焊丝中Ti含量,在焊丝总质量中为0.4~1.1wt%。
<Al:0.1~0.5wt%>
Al是γ’相的主要形成元素,γ’相稳定性较高,强化合金。Al含量低0.1wt%时,得不到充分的强度。另一方面,若Al含量高于0.5wt%,恶化焊缝金属。因此,药芯焊丝中Al含量,在焊丝总质量中为0.1~0.5wt%。
<Ti/Al:1.8~2.3>
Ti/Al比对焊缝金属的高温强度和耐腐蚀性能有影响。Ti/Al比低于1.8,焊缝金属的高温耐腐蚀性能较差。另一方面,Ti/Al比高于2.3,焊缝金属的高温蠕变性能较差。因此,药芯焊丝中Ti/Al比为1.8~2.3。另外,Ti/Al比优选1.9~2.1。
<Ti+Al:0.5~1.5wt%>
Ti+Al加入总量对焊缝金属的高温强度和耐腐蚀性能有影响。Ti、Al总量低于0.5wt%时,焊缝金属高温性能提高效果不明显。另一方面,Ti、Al总量高于1.5wt%时,对焊缝金属高温性能不利。因此,药芯焊丝中Ti、Al总量在0.5~1.5wt%。另外,Ti、Al总量优选0.8~1.3wt%。
<(Ti+Al)/N:1.5~4.0>
Ti和Al与N的结合能力较强,形成TiN和AlN等沉淀相分散在晶粒内和晶界上,提高了焊缝金属的强度。(Ti+Al)/N比低于1.5,固氮效果不理想。另一方面,(Ti+Al)/N比高于4.0,对焊缝金属的高温性能不利。因此,药芯焊丝中(Ti+Al)/N比为1.5~4.0。另外,(Ti+Al)/N比优选2.0~3.5。
A/B≧1.5
A=Ni+30×C+28×N+0.5×Mn+0.3×Cu+10.4
B=Cr+Mo+1.5×Si+0.5×Nb+5×V
在此由A表示的算式意思是Ni等量,由B表示的算式意思是Cr等量。即A/B表示的值达到1.5以上,便成为完全奥氏体组织,因此优选。另外,A/B更优选为1.6以上,进一步优选为1.7以上。
以下,列举实施例更具体地说明本发明,但本发明不受这些实施例限定,可以在能够符合本发明的宗旨的范围内加以变更实施,这些均包含在本发明的技术范围内。
【实施例】
<实施例1-6和比较例1-3>
制作表2所示的化学组成的药芯焊丝。
其中,比较例1为ENiCrMo3镍基高温合金药芯焊丝。比较例2为316L不锈钢药芯焊丝。比较例3为316LN不锈钢药芯焊丝。
所得的药芯焊丝的丝径均为1.2mm,填充率为25~30wt%。
还有,表2的化学组成,以相对于焊丝总质量的wt%表示。另外,所谓“式A”式焊丝包含的各成分的含量之中,由[Ni+30×C+28×N+0.5×Mn+0.3×Cu+10.4]表示的值,所谓“式B”式焊丝所包含的各成分的含量之中,由[Cr+Mo+1.5×Si+0.5×Nb+5×V]表示的值。
对于所得到的药芯焊丝以及使用该焊丝进行焊接的特性评价。
具体来说,作为焊接金属性能,就高温抗拉强度、屈服强度和抗热裂纹性能进行评价。另外,对焊接金属耐腐蚀性能进行评价
还有,焊接操作性由焊接金属进行评价。具体来说,保护气体使用75%Ar+25%N2,焊接电流为280~340A,焊接电压为28~34V,焊接速度为0.4m/min,层间温度控制在150~250℃。
对焊接金属进行各评价的具体方法如下,评价结果在表3中。
(抗拉强度/屈服强度)
通过焊接物的依据AWS B4.0的试验进行抗拉强度、屈服强度的评价。
(抗热裂纹性)
对于焊接后的焊道表面实施渗透探伤试验,调查有无裂纹。具体来说,在FISCO裂纹试验中,焊接电流300A且焊接速度0.4m/min时没有发生裂纹,则评价为◎(优),如果焊接电流180A且焊接速度0.4m/min时没有发生裂纹,则Δ(良),焊接电流180A且焊接速度0.4m/min时发生裂纹,为×。
(抗腐蚀性)
对于焊接金属进行恒电位阳极极化曲线测试,扫描速度为0.05V/s,扫描电位范围-3V到3V,腐蚀液为3.5%NaCl。另外,根据阳极极化曲线测试结果,将自腐蚀电流密度作为抗腐蚀性能的指标。自腐蚀电流密度越小,防腐蚀性能越理想。
Claims (10)
1.一种高氮低镍高温药芯焊丝,由镍带外皮和内部填充的焊剂粉末组成;
所述高氮低镍高温药芯焊丝,其中,以焊丝总质量计含有:
C:0.04wt%以下、
Si:0.8wt%以下、
Mn:0.5~5.0wt%、
Cu:1.0wt%以下、
Ni:25~33wt%、
Cr:17~26wt%、
Mo:3.0~6.0wt%、
Nb:3.0~5.0wt%、
N:0.1~0.4wt%、
Ti:0.4~1.1wt%、
Al:0.1~0.5wt%、
V:0.04~0.12wt%、
Fe:余量;
并且满足:Ti/Al:1.8~2.3且Ti+Al:0.5~1.5wt%,(Ti+Al)/N:1.5~4.0。
2.根据权利要求1所述的高氮低镍高温药芯焊丝,其特征在于,所述焊丝中所包含的各成分的含量满足下述关系式:
A/B≧1.5,
A=Ni+30×C+28×N+0.5×Mn+0.3×Cu+10.4,
B=Cr+Mo+1.5×Si+0.5×Nb+5×V。
3.根据权利要求1所述的含氮低镍型药芯焊丝,其特征在于,所述含氮低镍型药芯焊丝由以下元素按质量百分数组成:Ni 32.0%、Cr 20.0%、N 0.35%、Mn 3.00%、Mo 5.00%、Si0.20%、C 0.02%、Nb 3.50%、V 0.08%、Ti 0.80%、Al 0.20%、Cu 0.5%、S 0.003%、P 0.002%、Fe余量。
4.根据权利要求1所述的含氮低镍型药芯焊丝,其特征在于,所述含氮低镍型药芯焊丝由以下元素按质量百分数组成:Ni 34.44%、Cr 23%、N 0.31%、Mn 3.7%、Mo 4.7%、Si 0.2%、C0.03%、Nb 3.6%、V 0.07%、Ti 0.8%、Al 0.3%、Cu 0.5%、S 0.002%、P 0.004%、Fe余量。
5.根据权利要求1所述的含氮低镍型药芯焊丝,其特征在于,所述含氮低镍型药芯焊丝由以下元素按质量百分数组成:Ni 36.86%、Cr 25.0%、N 0.45%、Mn 3.7%、Mo 4.7%、Si0.40%、C 0.02%、Nb 3.60%、V 0.12%、Ti 0.90%、Al 0.40%、Cu 0.5%、S 0.004%、P 0.002%、Fe余量。
6.根据权利要求1、权利要求3-5所述的高氮低镍高温药芯焊丝的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)焊剂粉末的制备:将焊剂粉末按照所需质量百分数混合均匀;
(2)焊剂填充:镍带外皮清理后轧制成“U”型,将混合均匀的焊剂粉末填充入其中,再将镍带外皮轧制成“O”密封焊剂粉末,得到半成品焊丝;
(3)减径拉丝:半成品焊丝润滑处理,然后从直径3.18mm经过五个道次拉至1.2mm,最终得高氮低镍高温药芯焊丝。
7.根据权利要求6所述的高氮低镍高温药芯焊丝的制备方法,其特征在于,所述焊剂粉末的粒度在80~100目之间,纯度不低于99.9%。
8.根据权利要求6所述的高氮低镍高温药芯焊丝的制备方法,其特征在于,半成品焊丝在进入减径拉丝前先通过硬脂酸钠或硬脂酸钾的干燥固体润滑剂进行润滑处理,其中润滑剂中可以含有高压润滑剂和软化点调节剂。
9.根据权利要求6所述的高氮低镍高温药芯焊丝的制备方法,其特征在于,所述半成品焊丝直径为3.18mm,所述高氮低镍高温药芯焊丝直径为1.20mm,所述步骤(3)的拉丝过程中,将拉拔药芯焊丝从直径3.18mm经过五个道次拉至1.20mm。
10.根据权利要求1、权利要求3-5所述的含氮低镍型药芯焊丝,其特征在于,所述含氮低镍型药芯焊丝在高温(600~700℃)用316L焊接中,具有良好的高温力学性能、抗热裂纹性能和高温耐腐蚀性能。
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