CN111266761B - 一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝及其制备方法。本发明属于焊接材料技术领域。本发明为解决目前针对低镍含氮奥氏体不锈钢进行焊接时，在焊接接头中容易产生氮元素损失、气孔、焊缝区热裂纹以及热影响区氮化物析出引起点蚀的技术问题。本发明的药芯焊丝由药芯和不锈钢外皮制备而成，焊接时无需气体保护；所述药芯由合金组分和渣系混合而成；所述合金组分按质量分数由电解锰、硅铁、金属铬、金属镍、钼铁、铜粉和氮化铬铁粉混合而成；所述渣系按质量分数由复合氟化物、碳酸盐混合物、钾长石、金红石、锆英砂和Al‑Mg合金混合而成。方法：将合金组分与渣系混合后，填充于不锈钢外皮中，拉拔、减径后得到低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝。

Description

一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
低镍含氮奥氏体不锈钢主要是利用氮元素部分甚至完全代替合金元素镍以获得单相奥氏体组织,利用氮进行合金化具有很多优点，如与碳相比,氮是更加有效的固溶强化元素,同时可以促进晶粒细化、氮是强烈的奥氏体形成化元素,可以节省镍含量,并减少铁素体和形变马氏体形成机会、氮可以极大地提高材料抗点蚀能力。
低镍含氮奥氏体不锈钢因具有良好的塑性、耐蚀性、耐高温性，在船舶、航空、化工、石油容器等行业用途较为广泛，然而采用常规不锈钢焊条对其进行焊接，在焊接接头中容易产生氮元素损失、气孔、焊缝区热裂纹以及热影响区氮化物析出引起点蚀等问题，且低温冲击韧性较低，进而限制其推广应用，因此，研发配套焊丝对于提高低镍含氮奥氏体不锈钢焊接工艺适用性，提高焊接接头的低温冲击韧性及抗点腐蚀能力具有重大意义。
发明内容
本发明为解决目前针对低镍含氮奥氏体不锈钢进行焊接时，在焊接接头中容易产生氮元素损失、气孔、焊缝区热裂纹以及热影响区氮化物析出引起点蚀的技术问题，而提供了一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝及其制备方法。
本发明的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝由药芯和不锈钢外皮制备而成，焊接时无需要气体保护；
所述药芯由合金组分和渣系混合而成，药芯中各组分质量分数之和为100％；
所述合金组分按质量分数由电解锰：26％～30％、硅铁：1％～3％、金属铬：14％～21％、金属镍：9％～14％、钼铁：0％～1％、铜粉：5％～10％和氮化铬铁粉：4％～9％混合而成；
所述渣系按质量分数由复合氟化物：5％～12％、碳酸盐混合物：1％～5％、钾长石：1％～10％、金红石：10％～35％、锆英砂：1％～2％和Al-Mg合金：1％～4％混合而成。
进一步限定，所述复合氟化物按氟化钡：氟化钠：氟化镁：氟化钙的质量比为6:1:3:10混合而成。
进一步限定，所述碳酸盐混合物按碳酸钠：碳酸钙：碳酸锂的质量比为2:6:1混合而成。
进一步限定，所述氮化铬铁粉氮含量为6～8％。
进一步限定，所述不锈钢外皮为430不锈钢钢带，其中杂质元素及质量分数为P≤0.045％，S≤0.03％。
进一步限定，所述药芯中所有组分的粒度均为80～200目。
制备本发明的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝的方法按以下步骤进行：
一、将金红石和钾长石高温烘焙后，备用；
二、将氟化钙、氟化钠、氟化钡和氟化镁混合，得到复合氟化物，经高温烘焙后，备用；
三、按药芯成分配比称取电解锰、硅铁、金属铬、金属镍、钼铁、铜粉、氮化铬铁粉、步骤二后的复合氟化物、碳酸盐混合物、步骤一后的钾长石和金红石、锆英砂以及Al-Mg合金，过筛后混合，然后低温烘干，得到药芯；
四、将步骤三得到的药芯填充在不锈钢外皮中，经拉拔、减径后得到低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝。
进一步限定，步骤一中所述高温烘焙参数为：温度为800～1000℃，时间为50min～70min。
进一步限定，步骤一中所述金红石和钾长石的粒度均为80～200目。
进一步限定，步骤二中所述高温烘焙参数为：温度为750～950℃，时间为50min～70min。
进一步限定，步骤二中所述氟化钙、氟化钠、氟化钡和氟化镁的粒度均为100～200目。
进一步限定，步骤三中所述过筛为过80目筛。
进一步限定，步骤三中所述低温烘干参数为：温度为100℃，时间为50min～60min。
本发明的低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝主要是利用氮元素部分代替合金元素镍以获得单相奥氏体组织，对新型低镍奥氏体不锈钢进行焊接，低镍含氮奥氏体不锈钢焊条可以节省大量镍资源，它利用氮进行合金化，采用本发明的低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝进行焊接，焊接接头抗拉强度可达677Mpa，断裂伸长率可达37％，综合性能优异，在船舶航空化工、石油容器等行业用途较为广泛。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝由药芯和不锈钢外皮(宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带)制备而成，焊接时无需要气体保护；
所述药芯由合金组分和渣系混合而成，药芯中各组分质量分数之和为100％；
所述合金组分按质量分数由电解锰：28％、硅铁：2.5％、金属铬：16％、金属镍：12.5％、钼铁：0.8％、铜粉：8.5％和氮化铬铁粉：6％混合而成；
所述渣系按质量分数由复合氟化物：5％、碳酸盐混合物：3％、钾长石：2％、金红石：10.7％、锆英砂：2％和Al-Mg合金：3％混合而成。
所述复合氟化物按氟化钡：氟化钠：氟化镁：氟化钙的质量比为6:1:3:10混合而成。
所述碳酸盐混合物按碳酸钠：碳酸钙：碳酸锂的质量比为2:6:1混合而成。
所述氮化铬铁粉氮含量为8％。
所述药芯中所有组分的粒度均为80～200目。
制备方法按以下步骤进行：
一、将金红石和钾长石于900℃下高温烘焙60min后，备用；
二、将氟化钙、氟化钠、氟化钡和氟化镁混合，得到复合氟化物，经850℃高温烘焙60min后，备用；
三、按药芯成分配比称取电解锰、硅铁、金属铬、金属镍、钼铁、铜粉、氮化铬铁粉、步骤二后的复合氟化物、碳酸盐混合物、步骤一后的钾长石和金红石、锆英砂以及Al-Mg合金，过筛后混合，然后于100℃下低温烘干60min，得到药芯；
四、先将宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带轧成U形，再向U形槽中加入步骤三得到的药芯，然后将U形槽合口，使药芯粉末轧密实，填充率为24％，经拉拔、减径后得到直径为1.6mm的低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝。
具体实施方式二：本实施方式中的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝由药芯和不锈钢外皮(宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带)制备而成，焊接时无需要气体保护；
所述药芯由合金组分和渣系混合而成，药芯中各组分质量分数之和为100％；
所述合金组分按质量分数由电解锰：28％、硅铁：2.5％、金属铬：15％、金属镍：12.2％、钼铁：0.8％、铜粉：8.5％和氮化铬铁粉：7％混合而成；
所述渣系按质量分数由复合氟化物：6％、碳酸盐混合物：2％、钾长石：2％、金红石：11％、锆英砂：2％和Al-Mg合金：3％混合而成。
所述复合氟化物按氟化钡：氟化钠：氟化镁：氟化钙的质量比为6:1:3:10混合而成。
所述碳酸盐混合物按碳酸钠：碳酸钙：碳酸锂的质量比为2:6:1混合而成。
所述氮化铬铁粉氮含量为8％。
所述药芯中所有组分的粒度均为80～200目。
制备方法按以下步骤进行：
一、将金红石和钾长石于900℃下高温烘焙60min后，备用；
二、将氟化钙、氟化钠、氟化钡和氟化镁混合，得到复合氟化物，经850℃高温烘焙60min后，备用；
三、按药芯成分配比称取电解锰、硅铁、金属铬、金属镍、钼铁、铜粉、氮化铬铁粉、步骤二后的复合氟化物、碳酸盐混合物、步骤一后的钾长石和金红石、锆英砂以及Al-Mg合金，过筛后混合，然后于100℃下低温烘干60min，得到药芯；
四、先将宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带轧成U形，再向U形槽中加入步骤三得到的药芯，然后将U形槽合口，使药芯粉末轧密实，填充率为24％，经拉拔、减径后得到直径为1.6mm的低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝。
具体实施方式三：本实施方式中的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝由药芯和不锈钢外皮(宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带)制备而成，焊接时无需要气体保护；
所述药芯由合金组分和渣系混合而成，药芯中各组分质量分数之和为100％；
所述合金组分按质量分数由电解锰：28％、硅铁：2.5％、金属铬：14％、金属镍：12.2％、钼铁：0.8％、铜粉：8.5％和氮化铬铁粉：8％混合而成；
所述渣系按质量分数由复合氟化物：7％、碳酸盐混合物：1％、钾长石：2％、金红石：12％、锆英砂：2％和Al-Mg合金：2％混合而成。
所述复合氟化物按氟化钡：氟化钠：氟化镁：氟化钙的质量比为6:1:3:10混合而成。
所述碳酸盐混合物按碳酸钠：碳酸钙：碳酸锂的质量比为2:6:1混合而成。
所述氮化铬铁粉氮含量为8％。
所述药芯中所有组分的粒度均为80～200目。
所述SUS430不锈钢带中杂质元素及质量分数为P≤0.045％，S≤0.03％。
制备方法按以下步骤进行：
一、将金红石和钾长石于900℃下高温烘焙60min后，备用；
二、将氟化钙、氟化钠、氟化钡和氟化镁混合，得到复合氟化物，经850℃高温烘焙60min后，备用；
三、按药芯成分配比称取电解锰、硅铁、金属铬、金属镍、钼铁、铜粉、氮化铬铁粉、步骤二后的复合氟化物、碳酸盐混合物、步骤一后的钾长石和金红石、锆英砂以及Al-Mg合金，过筛后混合，然后于100℃下低温烘干60min，得到药芯；
四、先将宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带轧成U形，再向U形槽中加入步骤三得到的药芯，然后将U形槽合口，使药芯粉末轧密实，填充率为24％，经拉拔、减径后得到直径为1.6mm的低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝。
具体实施方式四：本实施方式中的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝由药芯和不锈钢外皮(宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带)制备而成，焊接时无需要气体保护；
所述药芯由合金组分和渣系混合而成，药芯中各组分质量分数之和为100％；
所述合金组分按质量分数由电解锰：29％、硅铁：2.5％、金属铬：20％、金属镍：9.5％、铜粉：6.5％和氮化铬铁粉：8％混合而成；
所述渣系按质量分数由复合氟化物：6％、碳酸盐混合物：1％、钾长石：2％、金红石：13.5％、锆英砂：1％和Al-Mg合金：1％混合而成。
所述复合氟化物按氟化钡：氟化钠：氟化镁：氟化钙的质量比为6:1:3:10混合而成。
所述碳酸盐混合物按碳酸钠：碳酸钙：碳酸锂的质量比为2:6:1混合而成。
所述氮化铬铁粉氮含量为8％。
所述药芯中所有组分的粒度均为80～200目。
所述SUS430不锈钢带中杂质元素及质量分数为P≤0.045％，S≤0.03％。
制备方法按以下步骤进行：
一、将金红石和钾长石于950℃下高温烘焙60min后，备用；
二、将氟化钙、氟化钠、氟化钡和氟化镁混合，得到复合氟化物，经780℃高温烘焙60min后，备用；
三、按药芯成分配比称取电解锰、硅铁、金属铬、金属镍、铜粉、氮化铬铁粉、步骤二后的复合氟化物、碳酸盐混合物、步骤一后的钾长石和金红石、锆英砂以及Al-Mg合金，过筛后混合，然后于100℃下低温烘干60min，得到药芯；
四、先将宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带轧成U形，再向U形槽中加入步骤三得到的药芯，然后将U形槽合口，使药芯粉末轧密实，填充率为24％，经拉拔、减径后得到直径为1.6mm的低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝。
具体实施方式五：本实施方式中的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝由药芯和不锈钢外皮(宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带)制备而成，焊接时无需要气体保护；
所述药芯由合金组分和渣系混合而成，药芯中各组分质量分数之和为100％；
所述合金组分按质量分数由电解锰：28％、硅铁：2.5％、金属铬：19％、金属镍：12.2％、钼铁：1％、铜粉：6.3％和氮化铬铁粉：9％混合而成；
所述渣系按质量分数由复合氟化物：5％、碳酸盐混合物：1％、钾长石：1％、金红石：12％、锆英砂：1％和Al-Mg合金：2％混合而成。
所述复合氟化物按氟化钡：氟化钠：氟化镁：氟化钙的质量比为6:1:3:10混合而成。
所述碳酸盐混合物按碳酸钠：碳酸钙：碳酸锂的质量比为2:6:1混合而成。
所述氮化铬铁粉氮含量为8％。
所述药芯中所有组分的粒度均为80～200目。
所述SUS430不锈钢带中杂质元素及质量分数为P≤0.045％，S≤0.03％。
制备方法按以下步骤进行：
一、将金红石和钾长石于850℃下高温烘焙60min后，备用；
二、将氟化钙、氟化钠、氟化钡和氟化镁混合，得到复合氟化物，经900℃高温烘焙60min后，备用；
三、按药芯成分配比称取电解锰、硅铁、金属铬、金属镍、钼铁、铜粉、氮化铬铁粉、步骤二后的复合氟化物、碳酸盐混合物、步骤一后的钾长石和金红石、锆英砂以及Al-Mg合金，过筛后混合，然后于100℃下低温烘干60min，得到药芯；
四、先将宽度为9.8mm,厚度为0.4mm的SUS430不锈钢带轧成U形，再向U形槽中加入步骤三得到的药芯，然后将U形槽合口，使药芯粉末轧密实，填充率为24％，经拉拔、减径后得到直径为1.6mm的低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝。
检测试验
(一)对具体实施方式一至五的低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝的化学成分进行检测，得到如表1所示的药芯焊丝熔敷金属化学成分。
表1为药芯焊丝熔敷金属化学成分
Figure BDA0002386682400000061
(二)采用具体实施方式一至五的低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝进行焊接，然后对焊接接头进行力学性能检测，得到如表2所示的焊接接头力学性能值。
表2为焊接接头力学性能
焊接方法 焊接电流A 焊接电压V 抗拉强度Mpa 伸长率％
具体实施方式一 180～220 26～28 651 38
具体实施方式二 180～220 26～28 637 41
具体实施方式三 180～220 26～28 625 45
具体实施方式四 180～220 26～28 603 51
具体实施方式五 180～220 26～28 677 37

Claims (4)

1.一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝，其特征在于，该低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝由药芯和不锈钢外皮制备而成；
所述药芯由合金组分和渣系混合而成；
所述合金组分按质量分数由电解锰：26％～30％、硅铁：1％～3％、金属铬：14％～21％、金属镍：9％～14％、钼铁：0％～1％、铜粉：5％～10％和氮化铬铁粉：4％～9％混合而成；
所述渣系按质量分数由复合氟化物：5％～12％、碳酸盐混合物：1％～5％、钾长石：1％～10％、金红石：10％～35％、锆英砂：1％～2％和Al-Mg合金：1％～4％混合而成；所述复合氟化物按氟化钡：氟化钠：氟化镁：氟化钙的质量比为6:1:3:10混合而成；所述碳酸盐混合物按碳酸钠：碳酸钙：碳酸锂的质量比为2:6:1混合而成；所述不锈钢外皮为430不锈钢钢带；所述药芯焊丝在焊接时无需要气体保护。
2.根据权利要求1所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝，其特征在于，所述氮化铬铁粉氮含量为6％～8％。
3.根据权利要求1所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝，其特征在于，所述药芯中所有组分的粒度均为80～200目。
4.制备如权利要求1～3任意一项权利要求所述的一种低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
一、将金红石和钾长石高温烘焙后，备用；所述高温烘焙参数为：温度为800～1000℃，时间为50min～70min；
二、将氟化钙、氟化钠、氟化钡和氟化镁混合，得到复合氟化物，经高温烘焙后，备用；所述高温烘焙参数为：温度为750～950℃，时间为50min～70min；
三、按药芯成分配比称取电解锰、硅铁、金属铬、金属镍、钼铁、铜粉、氮化铬铁粉、步骤二后的复合氟化物、碳酸盐混合物、步骤一后的钾长石和金红石、锆英砂以及Al-Mg合金，过筛后混合，然后低温烘干，得到药芯；所述低温烘干参数为：温度为100℃，时间为50min～60min；
四、将步骤三得到的药芯填充在不锈钢外皮中，经拉拔、减径后得到低镍含氮奥氏体不锈钢药芯焊丝。
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