CN110605502A - 一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条及其制备，焊条包括焊芯以及压涂在所述焊芯的药皮，所述药皮由固体组分与液体组分混合，其中，所述固体组分包括以下重量份数的组分：天然金红石25‑30份，钾长石6‑8份，萤石2‑5份，大理石7‑13份，钛铁矿5‑8份，烘焙云母5‑9份，氮化铬铁2‑5份，微碳铬铁5‑10份，锰硅合金3‑5份，钼铁5‑10份；所述液体组分为3:7钾钠水玻璃。与现有技术相比，本发明制得的焊条在焊缝金属具有良好的耐腐蚀性能，适用于022Cr22Ni5Mo3N等双相不锈钢的焊接。

Description

一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条及其制备

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条及其制备。

背景技术

双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点,自问世以来就得到人们的青睐。目前,双相不锈钢已广泛应用于石油、化工、天然气高压系统、海水处理、原子能工业、化学品运输船舶等行业，其中SAF2205是双相不锈钢系列的主力，占该钢材总产量的80％。

随着我国双相不锈钢应用领域的不断扩展,对焊接材料的需求日益旺盛。目前双相不锈钢焊材主要依赖进口。因此,开发此焊接材料不仅可以满足市场迫切需求,还可以提升企业的市场竞争力。

目前SAF2205双相不锈钢已代替316L和317L奥氏体不锈钢,成为化学品容器用钢的标准用材。而同时其对应焊材B2209-16药皮类型为钛钙型的焊条还没出现。本申请正是基于上述问题而提出的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条及其制备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一在于提供一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条，包括焊芯以及压涂在所述焊芯的药皮，所述药皮由固体组分与液体组分混合，其中，

所述固体组分包括以下重量份数的组分：天然金红石25-30份，钾长石6-8份，萤石2-5份，大理石7-13份，钛铁矿5-8份，烘焙云母5-9份，氮化铬铁2-5份，微碳铬铁5-10份，锰硅合金3-5份，钼铁5-10份。

进一步的，所述液体组分为为钾钠水玻璃(其中，氧化钾和氧化钠的质量比例优选为3:7)。

更进一步的，所述钾钠水玻璃在在20℃下婆美度为43°Be’，模数为3.2M。

进一步的，所述焊芯包含以下质量百分比的元素成分：C 0～0.03％，Mn1.00％～2.5％，Si 0～0.25％，Cr 19.5％～22％，Ni 9.0％～11％，S 0～0.02％，P 0～0.025％，余量为Fe。

进一步的，液体组分的加入质量为固体组分质量的22～24％。

进一步的，固体组分的各原料成分中，天然金红石中，TiO₂的质量含量不小于90％；

钾长石中，KAlSi₃O₈≥90wt％；

萤石中，CaF₂≥97wt％；

大理石中，CaCO3≥97wt％；

钛铁矿中，TiO₂≥48wt％；

烘焙云母中，SiO₂的质量含量为44～58％；

氮化铬铁中，Cr≥60.0wt％，N≥3.0wt％；

微碳铬铁中，Cr的质量含量为65.0-75.0％；

锰硅合金中，Mn的质量含量为66～70％，Si的质量含量为17～20％；

钼铁中，Mo≥55.0wt％。

本发明的技术方案之二在于提供一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条的制备方法，包括以下步骤：

(1)取固体组分的各原料过筛后，按比例混合均匀，再加入液体组分，搅拌均匀后，即制得药皮；

(2)再取步骤(1)所得药皮压涂在焊芯上，制得焊条，即为目的产物。

进一步的，步骤(1)中，过筛为采用40目的筛子过筛到40目以下。

与现有技术相比，本发明制得的焊条应用于超低碳不锈钢材料，尤其适用于022Cr22Ni5Mo3N等双相不锈钢的焊接，能很好地满足熔敷金属的力学性能等要求，该焊条使得在焊接过程中有良好的焊接工艺性能以及焊缝金属具有良好的抗裂性能和耐腐蚀性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施例中，如无特别说明的原料或技术，则表明均为本领域的常规市售产品或常规处理技术。

本发明药皮中的固体组分中：

1)天然金红石(TiO₂≥90％)：主要作用是稳弧、造渣，引起短渣效应，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成型，减少飞溅。

2)钾长石(KAlSi₃O₈≥90％)：主要作用是造渣、调节熔渣的物理性能，增加焊接过程中熔渣的流动性，同时具有强烈的稳弧和细化熔滴的作用。

3)萤石(CaF₂≥97％)：主要作用是造渣和除氢，也可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，降低熔渣的熔点，使得焊缝成型美观。当药皮中CaF2含量过低时，熔渣的流动性差，熔渣覆盖和焊缝成型差，当药皮中CaF2含量过高时，熔渣的流动性过于活泼，药皮熔化速度快，出现覆盖不完全、流动性不佳的现象。故药皮中的CaF2含量应控制在2-5份。

4)大理石(CaCO₃≥97％)：主要起到的作用为造渣剂和造气剂，对焊接冶金反应影响较大。分解产生的CaO属于碱性氧化物。能提高熔渣的碱度，增强熔渣的脱S、脱P能力。但同也增加熔渣的表面张力和熔渣与熔化金属之间的界面张力，粗化熔滴(量过大时，电弧吹力过大，飞溅增大)。

5)钛铁矿(TiO₂≥48％)：主要作用是造渣剂，减小飞溅率。TiO2降低，会使熔渣流动性变差，熔渣黏度增加，恶化焊接工艺性能。经过试验并综合有利和不利因素，确定钛铁矿的加入量在5-8份范围内。

6)烘焙云母(SiO₂ 44～58％)：主要作用是增加焊条药皮的弹塑性，改善焊条的压涂性能，同时也是造渣剂。在不锈钢焊条中可以降低气孔敏感性。

7)氮化铬铁(Cr≥60.0％；N≥3.0％)：主要作用是增加焊缝金属中奥氏体的形成，其中，经试验测试，N扩大奥氏体区的作用是Ni的30倍，从而降低贵重金属Ni的使用量，降低成本。

8)微碳铬铁(Cr:65.0-75.0％)：主要起到合金剂的作用，过渡Cr起到防氧化、防腐蚀的作用，同时给熔滴增碳，又能起到细化熔滴的作用。

9)锰硅合金(Mn:66～70％，Si:17～20％)：主要起到脱氧剂和合金剂作用，因而硅是具有较强的脱氧剂用于沉淀和扩散脱氧，锰的加入增加强度同时又可以改善焊缝金属的塑性和韧性。

10)钼铁(Mo≥55.0％)：主要作用是提高焊缝金属强度和韧性。

实施例1：

本实施例提供一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条，包括焊芯以及压涂在所述焊芯的药皮，所述药皮由固体组分与液体组分混合，其中，液体组份的加入质量为固体组份质量的23％。

焊芯重量100Kg，其化学成分质量百分数为：C：0.026％、Mn：1.70％、Si：0.17％、Cr：20.4％、Ni：9.7％、S：0.006％、P：0.023％、Fe：余量；

药皮中固体组分的各成分重量：天然金红石：15.8Kg，钾长石：3.4Kg，萤石：1.7Kg，大理石：4.9Kg，钛铁矿：3.4Kg，烘焙云母：3.4Kg，氮化铬铁：1.5Kg，微碳铬铁：3.5Kg，锰硅合金：2.2Kg，钼铁：4.0Kg。

液体组分为20℃下43°Be`，模数为3.2M的3:7钾钠水玻璃，加入10.1Kg。

将上述药皮原材料混合均匀后，用40目的筛子过筛到40目以下，干粉搅拌均匀后加入占固体组分质量含量23％的20℃下43°Be`的钾纳3:7水玻璃，再搅拌均匀后，通过常规焊条生产设备将其压涂在上述焊芯上制备出焊条。

将所得焊条进行焊接试验，熔敷金属化学成分为：C：0.035％，Si：0.54％，Mn：1.10％，S：0.003％，P：0.023％，Cr：22％，Mo：2.92％，Ni：8.95％，N:0.15％，其余为不可避免的杂质。经过测量得出熔敷金属腐蚀速率为10g.m^-2.h^-1同时生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

实施例2

与实施例1相比，绝大部分都一样，除了本实施例中，焊芯重量100Kg，药皮中各组分重量：天然金红石：15.8Kg，钾长石：3.4Kg，萤石：1.7Kg，大理石：4.9Kg，钛铁矿：3.4Kg，烘焙云母：3.4Kg，氮化铬铁：1.5Kg，微碳铬铁：3.8Kg，锰硅合金：2.2Kg，钼铁：4.0Kg。

将所得焊条进行焊接试验，熔敷金属化学成分为：C：0.035％，Si：0.54％，Mn：1.10％，S：0.003％，P：0.023％，Cr：22.6％，Mo：2.92％，Ni：8.95％，N:0.15％，其余为不可避免的杂质。经过测量得出熔敷金属腐蚀速率为9g.m^-2.h^-1同时生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

实施例3

与实施例1相比，绝大部分都一样，除了本实施例中，焊芯重量100Kg，药皮中各组分重量：天然金红石：15.8Kg，钾长石：3.4Kg，萤石：1.7Kg，大理石：4.9Kg，钛铁矿：3.4Kg，烘焙云母：3.4Kg，氮化铬铁：1.5Kg，微碳铬铁：4.2Kg，锰硅合金：2.2Kg，钼铁：4.0Kg。

将所得焊条进行焊接试验，熔敷金属化学成分为：C：0.035％，Si：0.54％，Mn：1.10％，S：0.003％，P：0.023％，Cr：23.46％，Mo：2.92％，Ni：8.95％，N:0.15％，其余为不可避免的杂质。经过测量得出熔敷金属腐蚀速率为8g.m^-2.h^-1同时生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

实施例2相对于实施例1，绝大部分都相同，微碳铬铁改为3.8Kg，熔敷金属腐蚀速率下降。故增加Cr的含量有利于降低腐蚀效率。

实施例3相对于实施例2，绝大部分都相同，且从效果上来讲，微碳铬铁的含量的增加进一步降低了熔敷金属腐蚀速率。

实施例4

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例药皮中固体组分的各成分的质量含量为：天然金红石：15Kg，钾长石：2.9Kg，萤石：1.7Kg，大理石：4.0Kg，钛铁矿：3Kg，烘焙云母：3Kg，氮化铬铁：1.7Kg，微碳铬铁：4.0Kg，锰硅合金：2.0Kg，钼铁：4.0Kg。生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

实施例5

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例药皮中固体组分的各成分的质量含量为：天然金红石：16.5Kg，钾长石：3Kg，萤石：1.7Kg，大理石：5.5Kg，钛铁矿：3Kg，烘焙云母：3Kg，氮化铬铁：2.5Kg，微碳铬铁：4.0Kg，锰硅合金：2.4Kg，钼铁：4.0Kg。生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

实施例6

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例药皮中固体组分的各成分的质量含量为天然金红石：30份，钾长石：6份，萤石：2份，大理石：8份，钛铁矿：5份，烘焙云母：5份，氮化铬铁：2份，微碳铬铁：5份，锰硅合金：3份，钼铁：5份。生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

实施例7

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例药皮中固体组分的各成分的质量含量为：天然金红石：35份，钾长石：8份，萤石：5份，大理石：13份，钛铁矿：8份，烘焙云母：8份，氮化铬铁：5份，微碳铬铁：10份，锰硅合金：5份，钼铁：10份。生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。

实施例8

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例所采用的焊芯中，各元素的质量百分数如下：C：0.03％，Mn：2.50％，Cr：22.0％，Ni：9.0％％，S：0.020％，其余为Fe。

实施例9

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例所采用的焊芯中，各元素的质量百分数如下：Mn：1.00％，Si：0.250％，Cr：19.5％，Ni：11.0％，P：0.025％；其余为Fe。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条，其特征在于，包括焊芯以及压涂在所述焊芯的药皮，所述药皮由固体组分与液体组分混合而成，其中，

所述固体组分包括以下重量份数的组分：天然金红石25-30份，钾长石6-8份，萤石2-5份，大理石7-13份，钛铁矿5-8份，烘焙云母5-9份，氮化铬铁2-5份，微碳铬铁5-10份，锰硅合金3-5份，钼铁5-10份。

2.根据权利要求1所述的一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条，其特征在于，所述液体组分为钾钠水玻璃。

3.根据权利要求2所述的一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条，其特征在于，所述钾钠水玻璃在20℃下婆美度为43°Be’，模数为3.2M。

4.根据权利要求1所述的一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条，其特征在于，所述焊芯包含以下质量百分比的元素成分：C 0～0.03％，Mn 1.00％～2.5％，Si 0～0.25％，Cr 19.5％～22％，Ni 9.0％～11％，S 0～0.02％，P 0～0.025％，余量为Fe。

5.根据权利要求1所述的一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条，其特征在于，液体组分的加入质量为固体组分质量的22～24％。

6.根据权利要求1所述的一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条，其特征在于，天然金红石中，TiO₂的质量含量不小于90％；

钾长石中，KAlSi₃O₈≥90wt％；

萤石中，CaF₂≥97wt％；

大理石中，CaCO3≥97wt％；

钛铁矿中，TiO₂≥48wt％；

烘焙云母中，SiO₂的质量含量为44～58％；

氮化铬铁中，Cr≥60.0wt％，N≥3.0wt％；

微碳铬铁中，Cr的质量含量为65.0-75.0％；

锰硅合金中，Mn的质量含量为66～70％，Si的质量含量为17～20％；

钼铁中，Mo≥55.0wt％。

7.如权利要求1-6任一所述的一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取固体组分的各原料过筛后，按比例混合均匀，再加入液体组分，搅拌均匀后，即制得药皮；

(2)再取步骤(1)所得药皮压涂在焊芯上，制得焊条，即为目的产物。

8.根据权利要求7所述的一种钛钙型渣系双相不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，过筛为采用40目的筛子过筛到40目以下。