CN113146096B - 一种节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带和配套用焊剂及其制备方法 - Google Patents

一种节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带和配套用焊剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带和配套用焊剂及其制备方法。本发明属于焊接材料领域。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，堆焊层金属耐腐蚀性能、抗氢剥离性能不高的技术问题。本发明的焊带的化学成分以质量分数计为：C：≤0.04％，Si：≤0.65％，Mn：5.00％～9.00％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr：18.00％～22.00％，Ni：2.50％～3.00％，Mo：≤0.65％，Cu：≤0.75％，N：0.10％～0.30％，余量为Fe。焊剂由干粉和硅酸钾钠制备而成；所述干粉由氟石、镁砂、刚玉、硅灰石、红柱石、莫来石、微碳铬铁中的多种混合而成。方法：干粉原料干拌，加入硅酸钾钠继续搅拌，然后先低温烘干，再高温烧结，过筛，得到焊剂。本发明焊带成本低，焊剂性能优异。堆焊层金属具有良好的抗腐蚀、抗氢剥离性能。

Description

一种节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带和配套用焊剂及 其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带和配套用焊剂及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的发展对材料的要求越来越高，为了满足各种各样苛刻的使用条件，各种新型材料的研究和开发得到了极大的重视，其相应的焊接材料也得到了相应的发展。低镍含氮奥氏体不锈钢凭借自身良好的塑性、耐蚀性、耐高温性，在船舶航空化工、石油容器等行业广泛应用。
氮是形成奥氏体组织的主要元素，在奥氏体不锈钢中利用氮来部分取代或与锰元素结合来完全取代贵金属镍，可以更加稳定奥氏体组织。在不损害其延展性的情况下，既显著提高了强度，也提高了不锈钢的耐腐蚀能力。而且氮在自然界中大量存在，成本低廉。出于产品质量和成本方面的考虑，近年来低镍含氮奥氏体不锈钢的研究已处于材料科学的前沿领域。
使用常规不锈钢焊带对低镍含氮奥氏体不锈钢进行焊接容易产生氮元素损失、热影响区氮化物析出引起点腐、焊接成本高等问题。低镍含氮奥氏体不锈钢的大规模应用也得到了限制。
以节约成本为目的，推广低镍含氮奥氏体不锈钢的应用。研发一种节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊材，配合低镍含氮奥氏体不锈钢使用，焊接工艺性能良好、堆焊层金属耐腐蚀性能优异、抗氢剥离性能优良、又具有较宽焊接参数的带极堆焊用焊材，具有重大实际应用意义与前景。
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，堆焊层金属耐腐蚀性能、抗氢剥离性能不高的技术问题，而提供了一种节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带和配套用焊剂及其制备方法。
本发明的一种节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带的化学成分以质量分数计为：C：≤0.04％，Si：≤0.65％，Mn：5.00％～9.00％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr：18.00％～22.00％，Ni：2.50％～3.00％，Mo：≤0.65％，Cu：≤0.75％，N：0.10％～0.30％，余量为Fe。
本发明的一种与节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带配套用的焊剂由干粉和硅酸钾钠制备而成；所述干粉按质量分数由氟石：30％～50％、镁砂：10％～20％、刚玉：5％～15％、硅灰石：5％～20％、红柱石：5％～10％、莫来石：5％～10％、微碳铬铁:1％～5％混合而成。
本发明的一种与节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带配套用的焊剂由干粉和硅酸钾钠制备而成；所述干粉按质量分数由氟石：50％～70％、刚玉:5％～20％、硅灰石：5％～10％、红柱石：15％～20％、莫来石：15％～20％、微碳铬铁:1％～5％混合而成。
进一步限定，所述氟石的主要成分是CaF2，刚玉的主要成分为Al2O3，硅灰石主要是由CaO和SiO2组成，红柱石与莫来石主要由Al2O3和SiO2组成。
进一步限定，所述带极堆焊为带极埋弧堆焊或带极电渣堆焊。
本发明的一种与节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带配套用的焊剂的制备方法按以下步骤进行：
步骤一、将干粉原料混合干拌3min～5min，然后加入硅酸钾钠继续搅拌4min～6min，得到混合物；
步骤二、将步骤一得到的混合物先低温烘干，再高温烧结，过筛，得到与带极堆焊用焊带配套用的焊剂。
进一步限定，步骤二中所述低温烘干的参数为：温度为180～230℃，时间为35min～60min。
进一步限定，步骤二中所述高温烧结的参数为：温度为700～900℃，时间为50min～70min。
进一步限定，步骤二中所述过筛是指过10～60目筛。
进一步限定，一种节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带和配套用焊剂的熔敷金属化学成分的质量分数为：C：≤0.04％，Si：≤0.80％，Mn：4.00％～9.00％，P≤0.025％，S≤0.020％，Cr：17.00％～21.00％，Ni：2.00％～3.00％，Mo：≤0.65％，Cu：≤0.75％，N：0.10％～0.30％，余量为Fe。
本发明相比现有技术的优点如下：
1)本发明利用奥氏体不锈钢焊带中的氮元素部分取代Ni元素，以此促进奥氏体组织的形成，在保证堆焊层耐腐蚀能力的同时，降低生产成本。
2)本发明通过控制卤素化合物与碱性氧化物的加入量来调整熔渣的熔点、密度、黏度、张力等，保证焊缝质量。
3)本发明通过烧结焊剂一般干燥温度为180～230℃，除去99％的水分，再经过700～900℃的高温烧结，确保所得焊剂强度高、吸湿性小。进而保证堆焊层金属的扩散氢含量和氧含量。
4)本发明通过向焊剂中添加合金元素，以保证焊缝中获得合理的合金元素配比；控制渣系的碱度，降低硅的过渡；提高原材料品味，减少原材料中带来的有害杂质，提高焊缝的纯净度。
5)本发明加入较多的CaF2、Al2O3为主要造渣剂，有效的抑制了H、O等有害元素向焊缝过渡，且S、P增量低，保证了焊缝金属的纯净度；焊缝金属合金元素配比合理，烧损小，具有较好的耐腐蚀性能。
6)本发明合理调配了焊剂各组份的比例，同一组份以多种形式加入，设计出合理的焊剂渣系，很好的调整了熔渣的黏度、表面张力和流动性，焊剂施焊时，焊接过程稳定、烟尘量少、飞溅小(主要针对电渣堆焊)、脱渣性能优良。堆焊层金属成形美观，搭边过渡平滑，且化学成分稳定，具有良好的抗腐蚀、抗氢剥离性能。
具体实施方式
实施例1：根据本发明设计的焊带组分，共制备3种焊带，记为H1～H3，其化学成分见表1。
实施例2：根据本发明设计的焊剂组分，设计3种带极埋弧堆焊(SAW)用焊剂，记作S1～S3，其组份及各组份质量分数见表2。
实施例3：根据本发明设计的焊剂组分，设计3种带极电渣堆焊(ESW)用焊剂，记作E1～E3，其组份及各组份质量分数见表2。
实施例4：上述焊剂S1～S3和E1～E3的制备方法如下：
步骤一、根据表1将干粉原料混合干拌5min，然后加入硅酸钾钠继续搅拌5min，得到混合物；
步骤二、将步骤一得到的混合物先于200℃下低温烘干45min，再于800℃下高温烧结60min，过60目筛，得到与极堆焊用焊带配套用的焊剂。
实施例5：将制备好的6种焊剂与3种焊带配合使用进行堆焊试验，试验用钢板材质为16MnR，板厚40mm，焊带规格：60mm×0.5mm(宽×厚)，带极堆焊工艺为母材板上单层搭道堆焊，工艺参数见表3，得到焊接工艺性能见表4。
实施例6：按照NB/T47018.5中相关规定，进行化学分析试样、腐蚀试验试样、弯曲试验试样的制备，得到焊带及堆焊金属化学成分见表5，堆焊金属弯曲试验结果见表6，堆焊金属晶间腐蚀试验结果见表7，堆焊金属氢剥离试验结果见表8。
表1焊带化学成分质量分数(％)
Figure BDA0002959767970000041
表2焊剂组份及各组分质量分数(％)
Figure BDA0002959767970000042
表3带极堆焊工艺及工艺参数
Figure BDA0002959767970000043
表4焊剂的焊接工艺性能
Figure BDA0002959767970000044
表5堆焊层金属的化学成分(％)
C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu N
H1+S1 0.018 0.38 7.27 0.021 0.006 17.67 2.33 0.02 0.01 0.29
H2+S2 0.022 0.36 7.34 0.018 0.004 17.92 2.48 0.01 0.01 0.28
H1+S3 0.021 0.40 7.31 0.020 0.006 17.86 2.37 0.01 0.02 0.27
H3+E1 0.022 0.41 7.53 0.020 0.005 17.60 2.49 0.02 0.02 0.28
H2+E2 0.021 0.37 7.36 0.017 0.003 17.89 2.53 0.01 0.01 0.28
H3+E3 0.019 0.39 7.51 0.019 0.005 17.62 2.43 0.02 0.02 0.27
注：分析方法参照NB/T47018.5中相关规定。
表6堆焊金属的弯曲试验结果
Figure BDA0002959767970000051
注：试验条件、试验方法及评定方法参照NB/T47018.5及GB/T2653中相关规定。
表7堆焊金属晶间腐蚀试验结果
Figure BDA0002959767970000052
注：试验条件、试验方法及评定方法参照NB/T47018.5及GB/T4334中相关规定。
表8堆焊金属氢剥离试验结果
Figure BDA0002959767970000061
注：试验条件、试验方法及评定方法参照ASTM G146-01中相关规定。

Claims (1)

1.一种与节镍高氮奥氏体不锈钢带极堆焊用焊带配套用的焊剂的制备方法，其特征在于，所述焊带的化学成分以质量分数计为：C：≤0.04％，Si：≤0.65％，Mn：5.00％～9.00％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr：18.00％～22.00％，Ni：2.50％～3.00％，Mo：≤0.65％，Cu：≤0.75％，N：0.10％～0.30％，余量为Fe；
所述焊剂由干粉和硅酸钾钠制备而成；所述干粉按质量分数由氟石：30％～50％、镁砂：10％～20％、刚玉：5％～15％、硅灰石：5％～20％、红柱石：5％～10％、莫来石：5％～10％、微碳铬铁:1％～5％混合而成；
或者所述干粉按质量分数由氟石：50％～70％、刚玉:5％～20％、硅灰石：5％～10％、红柱石：15％～20％、莫来石：15％～20％、微碳铬铁:1％～5％混合而成；
所述氟石的主要成分是CaF2，刚玉的主要成分为Al2O3，硅灰石主要是由CaO和SiO2组成，红柱石主要由Al2O3和SiO2组成，莫来石主要由Al2O3和SiO2组成；
所述制备方法按以下步骤进行：
步骤一、将干粉原料混合干拌3min～5min，然后加入硅酸钾钠继续搅拌4min～6min，得到混合物；
步骤二、将步骤一得到的混合物先低温烘干，再高温烧结，过筛，得到与带极堆焊用焊带配套用的焊剂，所述低温烘干的参数为：温度为180～230℃，时间为35min～60min，所述高温烧结的参数为：温度为700～900℃，时间为50min～70min，所述过筛是指过10～60目筛。
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Applicant after: BEIJING JINWEI WELDING MATERIAL Co.,Ltd.

Applicant after: HARBIN WELDING INSTITUTE Ltd.

Applicant after: FUJIAN QINGTUO SPECIAL STEEL TECHNOLOGY RESEARCH Co.,Ltd.

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