CN112846568B

CN112846568B - 一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条及其制备方法

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Publication number: CN112846568B
Application number: CN202110290939.6A
Authority: CN
Inventors: 梁晓梅; 徐锴; 黄瑞生; 王猛; 方乃文; 杨义成; 马一鸣; 徐亦楠; 许可贵; 王国佛; 武鹏博; 曹宇堃; 宋南; 尹尧琛
Original assignee: Harbin Research Institute of Welding
Current assignee: Harbin Research Institute of Welding
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2041-03-18
Also published as: CN112846568A

Abstract

一种Cr‑Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条及其制备方法。本发明属于焊接材料技术领域。本发明的目的是研制一种焊缝成形平整、美观，具有优良抗裂性和抗晶间腐蚀能力的节镍经济型奥氏体不锈钢堆焊焊条。本发明的一种Cr‑Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条由焊芯和药皮组成，所述药皮按质量分数由金红石、云母粉、钛酸钾、电解金属锰、萤石、钾长石、大理石、冰晶石、碱、金属铬粉和铌粉制备而成。方法：先将物料混合得到药皮，然后将药皮与纯钠水玻璃混合均匀，再包覆于焊芯上，经过低温和高温烘焙后得到焊条。本发明的焊条利用锰、氮相结合代替合金元素镍以获得奥氏体组织，制造成本低，且可以提高材料抗裂性和耐腐蚀能力。

Description

一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条及其制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条及其制备方法。

背景技术

目前，随着我国不锈钢产业的迅猛发展，不锈钢的消费量也在飞速增长，但是我国的镍资源比较贫乏，国内镍资源的供给无法满足不锈钢产业增长对镍的需求，国内每年镍资源消耗总量的大约70％依赖国外进口，这对于国家经济发展而言是一项巨大的财政支出，同时也让国内发展受制于人；镍是比较稀缺且价格昂贵的元素，特别是在战争时期，由于镍也是战略物资，因此镍的供应更为紧张；而在和平时期，不锈钢的成本和售价也是随着镍价的涨跌而波动。因此大力发展节镍经济型奥氏体不锈钢具有特殊重要的意义。

气化炉设备法兰材质为Cr-Mo钢锻件，其内表面和密封面需堆焊不锈钢材质，起到耐腐蚀作用，堆焊过渡层通常采用E309L焊条，堆焊耐蚀层通常采用E347或E316的专用焊材，按照GB/T 983—2012标准中要求，E347堆焊焊条的Ni含量为9.0～11.0％，E316堆焊焊条的Ni含量更高为11.0～14.0％，而节镍经济型奥氏体不锈钢的Ni含量仅仅为2.0％左右，显而易见，新型节镍奥氏体不锈钢堆焊焊条的Ni含量降低78～86％，价格会降低35～45％，大大降低制造成本，但适用于气化炉设备法兰材质为Cr-Mo钢锻件的节镍奥氏体不锈钢堆焊焊条研发截至目前为空白，迄今为止未见相关文献报道。

因此，研发新型节镍经济型奥氏体不锈钢堆焊焊条，提高堆焊耐蚀层表面的抗腐蚀能力具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是研制一种焊缝成形平整、美观，具有优良抗裂性和抗晶间腐蚀能力的节镍经济型奥氏体不锈钢堆焊焊条，而提供了一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条及其制备方法。

本发明的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条由焊芯和药皮组成，所述药皮按质量分数由金红石40％～45％、云母粉5％～9％、钛酸钾1％～3％、电解金属锰4％～8％、萤石6％～8％、钾长石10％～14％、大理石8％～12％、冰晶石0.5％～1.5％、碱0.5％～1.5％、金属铬粉8％～12％和铌粉1％～3％制备而成。

进一步限定，所述按质量分数由金红石42％、云母粉7％、钛酸钾2％、电解金属锰6％、萤石7％、钾长石12％、大理石10％、冰晶石1％、碱1％、金属铬粉10％和铌粉2％制备而成。

进一步限定，所述焊芯的化学成分及质量百分含量为C：0.05％～0.07％、Si：0.40％～0.60％、Mn：6.00％～8.00％、S≤0.010％、P：0.025％～0.035％、Cr：18.00％～19.00％、Ni：2.00％～3.20％，Cu:1.00％～3.00％，N：0.20％～0.30％和余量的Fe。

进一步限定，所述焊芯的化学成分及质量百分含量为C：0.06％、Si：0.51％、Mn：7.22％、S：0.004％、P：0.035％、Cr：18.75％、Ni：3.09％，Cu:2.12％，N：0.26％和余量的Fe。

进一步限定，所述电解金属锰的化学成分及其质量分数为Mn≥99.7％、C≤0.04％、S≤0.05％、P≤0.005％。

本发明的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条的制备方法按以下步骤进行：

步骤一、按Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条金红石、云母粉、钛酸钾、电解金属锰、萤石、钾长石、大理石、冰晶石、碱、金属铬粉和铌粉，混合后得到药皮；

步骤二、将药皮与纯钠水玻璃混合均匀，得到包覆混合物，然后通过压涂机将包覆混合物包覆于焊芯上，再依次经过低温烘焙和高温烘焙，得到Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条。

进一步限定，步骤二中所述纯钠水玻璃与药皮按质量比1：(3～5)混合均匀。

进一步限定，步骤二中所述纯钠水玻璃与药皮按质量比1：3.5混合均匀。

进一步限定，步骤二中所述纯钠水玻璃的模数为2.6～2.9。

进一步限定，步骤二中所述低温烘焙温度110～130℃，保温4h～6h。高温烘焙温度350～370℃，保温2h～4h。

本发明相比现有技术的优点如下：

1)本发明的节镍经济型奥氏体不锈钢堆焊焊条主要是利用锰、氮相结合代替合金元素镍以获得奥氏体组织，节镍经济型奥氏体不锈钢堆焊焊条可以节省大量镍资源，大幅降低制造成本，它利用氮进行合金化，可以提高材料抗裂性和耐腐蚀能力。

2)本发明的节镍经济型奥氏体不锈钢堆焊焊条利用锰来稳定奥氏体的同时还显著提高了氮在焊缝中的溶解度，从而提高氮在焊缝中的含量，本发明的焊条利用锰、氮相结合的作用，既能降低形变马氏体的形成几率，极大地提高焊缝的抗裂性和耐腐蚀能力；又可以促进晶粒细化，一方面可以提高焊缝的拉伸性能，另一方面也能有效地提高焊缝的低温冲击韧性。

3)本发明的焊条药皮中电解金属锰的加入主要是向焊缝中过渡锰元素，锰元素能够提高氮在焊缝中的溶解度，一方面可以避免形成有害的氮化物，另一方面利用锰、氮相结合作用，可以极大地提高焊缝的抗裂性和耐腐蚀能力。焊条药皮中铌粉的加入主要是向焊缝中过渡铌元素，铌和碳结合形成稳定的碳化物，可以提高焊缝抗晶间腐蚀能力。焊条药皮中金属铬粉的加入主要是向焊缝中过渡铬元素，其作用与铌粉相同，只是与铌粉相比作用稍弱。以上三种金属元素协同作用能够提高焊缝的抗裂性和耐腐蚀能力。

4)本发明的焊条药皮中大理石的加入，主要是稳定电弧，提高熔渣碱度，改善脱渣性能，减少焊缝金属中的氢含量；焊条药皮中萤石的加入，可以提高液态金属的流动性，使焊缝成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。焊条药皮中金红石的加入，主要是稳定电弧，改善脱渣性能和，改善焊缝成型，减少飞溅等作用。以上三种粉料的协同作用一方面能够提高焊条的焊接工艺性，主要表现在电弧稳定性和焊缝成型上，另一方面能大幅提高焊缝的抗裂性。。

附图说明

图1为采用实施例1的焊条进行焊接的单焊道焊缝照片。

具体实施方式

实施例1：本实施例的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条由焊芯和药皮组成，所述药皮按质量分数由金红石42％、云母粉7％、钛酸钾2％、电解金属锰6％、萤石7％、钾长石12％、大理石10％、冰晶石1％、碱1％、金属铬10％和铌粉2％制备而成，药皮中电解金属锰的化学成分及质量分数为Mn≥99.7％，C≤0.04％，S≤0.05％，P≤0.005％；所述焊芯的化学成分及质量百分含量为C：0.06％、Si：0.51％、Mn：7.22％、S：0.004％、P：0.035％、Cr：18.75％、Ni：3.09％，Cu:2.12％，N：0.26％和余量的Fe。

制备上述焊条的方法按以下步骤进行：

一、按所述节镍经济型奥氏体不锈钢堆焊焊条的配比称取金红石、云母粉、钛酸钾、电解金属锰、萤石、钾长石、大理石、冰晶石、碱、金属铬和铌粉，混合后得到药皮；

二、将药皮与模数为2.8的纯钠水玻璃按质量比1：3.5混合均匀，得到包覆混合物，然后通过压涂机将包覆混合物包覆于焊芯上，再经过低温和高温烘焙，低温烘焙温度120℃，保温5h，高温烘焙温度360℃，保温3h，最后得到直径Φ5.0mmCr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条。

验证试验

采用实施例1的Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条，在焊接电流170～200A、电弧电压25～30V和焊接速度大于150mm/min的工艺参数下焊接堆焊试板，试板母材为Cr-Mo钢材质锻件，试板尺寸为300mm×300mm×50mm，使用直径Φ5.0mm的E309L-16焊条堆焊过渡层，堆焊高度3mm，然后使用研制的焊条堆焊耐蚀层，堆焊高度控制在3mm～3.5mm，将焊接好的堆焊试板按照GB/T 4334E—2020标准制取晶间腐蚀试样，按照NB/T47018—2017标准制取弯曲试样，硬度试验按照GB/T 4340.1—2009标准进行，不同焊接工艺参数下晶间腐蚀、弯曲试验和HV硬度试验结果如表1所示。单焊道焊缝成形如图1所示。

表1焊接试验参数及结果

本发明的焊条药皮配比合理，焊接工艺适应性良好，焊缝成形平整、美观，未发现晶间腐蚀倾向，弯曲无裂纹，适用于气化炉设备法兰Cr-Mo钢锻件的堆焊焊接，尤其是对晶间腐蚀、抗裂性和硬度有特殊要求的材质的堆焊焊接。

Claims

1.一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条，其特征在于，该焊条由焊芯和药皮组成，所述药皮按质量分数由金红石40％～45％、云母粉5％～9％、钛酸钾1％～3％、电解金属锰4％～8％、萤石6％～8％、钾长石10％～14％、大理石8％～12％、冰晶石0.5％～1.5％、碱0.5％～1.5％、金属铬粉8％～12％和铌粉1％～3％制备而成；所述焊芯的化学成分及质量百分含量为C：0.05％～0.07％、Si：0.40％～0.60％、Mn：6.00％～8.00％、S≤0.010％、P：0.025％～0.035％、Cr：18.00％～19.00％、Ni：2.00％～3.20％，Cu:1.00％～3.00％，N：0.20％～0.30％和余量的Fe。

2.根据权利要求1所述的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条，其特征在于，所述按质量分数由金红石42％、云母粉7％、钛酸钾2％、电解金属锰6％、萤石7％、钾长石12％、大理石10％、冰晶石1％、碱1％、金属铬粉10％和铌粉2％制备而成。

3.根据权利要求1所述的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条，其特征在于，所述焊芯的化学成分及质量百分含量为C：0.06％、Si：0.51％、Mn：7.22％、S：0.004％、P：0.035％、Cr：18.75％、Ni：3.09％，Cu:2.12％，N：0.26％和余量的Fe。

4.根据权利要求1所述的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条，其特征在于，所述电解金属锰的化学成分及其质量分数为Mn≥99.7％、C≤0.04％、S≤0.05％、P≤0.005％。

5.如权利要求1-4任意一项权利要求所述的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，该制备方法按以下步骤进行：

6.根据权利要求5所述的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，步骤二中所述纯钠水玻璃与药皮按质量比1：(3～5)混合均匀。

7.根据权利要求5所述的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，步骤二中所述纯钠水玻璃与药皮按质量比1：3.5混合均匀。

8.根据权利要求5所述的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，步骤二中所述纯钠水玻璃的模数为2.6～2.9。

9.根据权利要求5所述的一种Cr-Mo钢法兰锻件堆焊用节镍型奥氏体不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，步骤二中所述低温烘焙温度110～130℃，保温4h～6h，高温烘焙温度350～370℃，保温2h～4h。