CN113770591A - 用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的15~25%例如20~25%，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：金属铬粉，金属镍粉，中碳锰铁，氮化铬，金红石，硅钙钡合金，硅线石，萤石，氟化稀土，镁砂，铝粉。该药芯焊丝是照如下方法制备得到的：将不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入配置好的药芯粉末；将U形槽合口后，依次进行轧制成型、连续拉拔减径处理，得到焊丝；对焊丝表面进行机械清理，得到药芯焊丝的最终产品。还提供了制备该药芯焊丝的方法。本发明药芯焊丝呈现如说明书所述优良技术效果。

Description

用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料领域，涉及一种不锈钢焊接用的药芯焊丝，特别涉及一种用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝。本发明的药芯焊丝主要用于高温环境下使用的不锈钢焊接或不锈钢与其他异种钢的焊接。

背景技术

从目前世界火力发电技术水平看，大力发展的技术有提高火电机组效率、降低污染的洁净煤发电技术等。而提高火电机组效率的主要途径就是提高蒸汽的压力和蒸汽的温度，发展超临界和超超临界机组。电力工业和锅炉装备技术的发展，对不锈钢焊材除了要求常规的耐蚀、强度、抗氧化等性能外，大部分场合尤其是受热面蛇形管附件，存在高温蒸汽、烟气，存在大量的不锈钢和异种钢的接头，要求焊接部件在经历长时间高温环境后仍能具有合格的强度和韧性，以保证电站安全高效运行。像这样存在大量的需要高温热处理后使用的焊接接头的设备在其他的工业场合也有大量应用。

不锈钢在经过高温热处理后（一般为650℃以上），由于内部脆性相的产生，其韧性和塑性会出现明显的降低。而不锈钢部件由于具有耐腐蚀、耐高温等特性，在高温环境应用较多。目前，针对高温环境不锈钢及不锈钢与异种钢的焊接，主要采用实心焊丝、焊条进行，实心焊丝一般为氩弧焊焊接，存在效率偏低、成分调节困难等问题，有时甚至使用高合金焊材，生产成本被大大提高，而且焊接的不锈钢热处理后焊缝力学性能不稳定，不利于设备安全运行。药芯焊丝效率高，使用方便，成本低，但常规使用的不锈钢药芯焊丝，其焊接的不锈钢在经过高温热处理后，其焊缝金属力学性能，尤其是韧性塑性急剧下降，不能满足使用要求。

本申请人的授权专利CN103521951B公开了一种不锈钢焊接用的药芯焊丝，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的15~25%，所述的药芯粉包含如下重量配比组份：金属铬粉30-38重量份、金属镍粉6-15重量份、金属锰粉3-10重量份、金红石20-35重量份、硅铁1-6重量份、钛铁1-7重量份、长石2-10重量份、石英5-10重量份、氟化稀土1-5重量份、氮化金属粉1-5重量份、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100重量份；该药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C≤0.25%，Si≤1.25%，Mn为1.0-3.0%，P≤0.05%，S≤0.05%，Ni为6.0-12.0%，Cr为22.0-30.0%，N为0.05-0.3%，Mo≤0.8%，Cu≤0.8%，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。结果显示该发明药芯焊丝焊接的还原罐使用周期长，并且其所形成的熔敷金属的抗高温氧化能力和抗高温硫化腐蚀能力均具有优异效果。然而该焊丝的使用场合与本发明完全不同。

本申请人的专利申请CN2020105916397公开了一种超低温不锈钢焊接用的药芯焊丝，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的15~25%，所述的药芯粉包含如下重量配比组份：金属铬粉15-20重量份、金属镍粉6-10重量份、金属锰粉4-10重量份、金红石20-25重量份、硅钙合金2-4重量份、长石3-6重量份、石英3-5重量份、氟化稀土1-3重量份、氮化金属铬粉2-5重量份、铝镁合金2-4重量份、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100重量份。一种超低温不锈钢焊接用的药芯焊丝完全不适用于本发明高温环境使用的不锈钢焊接。

因此，本领域技术人员仍然期待有一种新的适用于高温环境的不锈钢焊接用的药芯焊丝，并且该种药芯焊丝呈现一种或者多种优异性能，例如期待该种药芯焊丝可以很好地改善焊接工艺性，提高焊接效率，尤其是焊缝金属经高温热处理后具有稳定的拉伸性能和冲击韧性，满足高温环境使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的适用于高温环境的不锈钢焊接用的药芯焊丝，并且该种药芯焊丝呈现一种或者多种优异性能。已经出人意料地发现，具有本发明组成的药芯焊丝显示出令人鼓舞的技术优点，例如，该药芯焊丝可以很好地改善焊接工艺性，提高焊接效率，尤其是焊缝金属经高温热处理后具有稳定的拉伸性能和冲击韧性。例如，本发明药芯焊丝具有优良的焊接工艺性能，焊接效率高，其焊接的不锈钢在经高温热处理（750℃±15℃×1.5h）后，其熔敷金属具有稳定的拉伸性能和冲击韧性，满足：抗拉强度≥520MPa，断后延伸率≥25%，常温冲击≥31J的优异性能，完全能够满足高温环境使用要求，并且在施焊时熔渣能够均匀完全地覆盖于熔敷金属表面。本发明基于此类发现而得以完成。

本发明第一方面的提供了一种用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的15~25%例如20~25%，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：25-30份金属铬粉，15-20份金属镍粉，3-5份中碳锰铁，1-5份氮化铬，15-25份金红石，2-5份硅钙钡合金，2-8份硅线石，2-5份萤石，1-4份氟化稀土，3-7份镁砂，1-5份铝粉。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉中还可任选的添加铁粉适量以调节熔敷金属的整体比例。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉以15~25%的填充率填充在不锈钢钢带内。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉以16~24%的填充率填充在不锈钢钢带内。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉以17~23%的填充率填充在不锈钢钢带内。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉以18~22%的填充率填充在不锈钢钢带内。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：26份金属铬粉，18.2份金属镍粉，3.6份中碳锰铁，4.6份氮化铬，24份金红石，4份硅钙钡合金，7份硅线石，2份萤石，2.8份氟化稀土，6份镁砂，1.8份铝粉。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：27.5份金属铬粉，17.5份金属镍粉，4.1份中碳锰铁，2.5份氮化铬，20份金红石，3份硅钙钡合金，5.7份硅线石，4份萤石，4份氟化稀土，5份镁砂，3份铝粉。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：25.5份金属铬粉，19.7份金属镍粉，3.1份中碳锰铁，3.2份氮化铬，23份金红石，5份硅钙钡合金，6份硅线石，5份萤石，3份氟化稀土，4份镁砂，2.5份铝粉。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：29.3份金属铬粉，15.8份金属镍粉，4.7份中碳锰铁，3.5份氮化铬，18份金红石，3.5份硅钙钡合金，8份硅线石，5份萤石，3.5份氟化稀土，3份镁砂，4份铝粉。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，其中所述的不锈钢带可以是任何材质组成的不锈钢，例如但不限于309、309S、304L、316L、904L、317LMN、254SMO、654SMO型不锈钢、常规的奥氏体不锈钢，例如但不限于309、309S等材质。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述外用不锈钢带和药芯粉各组分的硫含量均不高于0.05%，磷含量均不高于0.1%。从而至少使得所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成中P≤0.05%、S≤0.03%，例如P≤0.03%、S≤0.02%。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，其中所述的不锈钢带经卷曲以形成中空条状物。该条状物内的空间用以填充所述的药芯粉。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.08-0.15%，Si≤1.0%，Mn为0.5-2.5%，P≤0.03%，S≤0.02%，Ni为12.0-14.0%，Cr为22.0-25.0%，Mo≤0.05%，Cu≤0.05%，N为0.06-0.12%，Al为0.004-0.02%，余量为Fe和任选的不可避免的杂质。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.11%，Si为0.67%，Mn为1.21%，P为0.021%，S为0.010%，Ni为13.1%，Cr为23.7%，Mo为0.010%，Cu为0.011%，N为0.11%，Al为0.009%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.10%，Si为0.61%，Mn为1.25%，P为0.022%，S为0.011%，Ni为12.7%，Cr为24.2%，Mo为0.011%，Cu为0.010%，N为0.06%，Al为0.008%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.08%，Si为0.69%，Mn为1.18%，P为0.020%，S为0.009%，Ni为13.9%，Cr为22.9%，Mo为0.009%，Cu为0.008%，N为0.09%，Al为0.01%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.12%，Si为0.61%，Mn为1.27%，P为0.023%，S为0.009%，Ni为12.4%，Cr为24.6%，Mo为0.008%，Cu为0.010%，N为0.092%，Al为0.007%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的直径在0.5mm~5mm范围内，例如在0.8~2.5mm范围内，例如在0.8~2.0mm范围内，例如在0.8~1.5mm范围内，下面实施例中，实施例1所得药芯焊丝的直径为1.2mm，实施例2所得药芯焊丝的直径为0.8mm，实施例3所得药芯焊丝的直径为1.5mm，其余实施例和对照例所得药芯焊丝的直径为1.2mm，已经发现，对于直径在0.8mm~1.5mm范围内对本发明药芯焊丝性能参数考察无影响。

根据本发明第一方面的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，其是按包括以下步骤的方法制备得到的：

(1)按照所述药芯组成配置好药芯粉末，将不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入药芯粉末；

(2)将U形槽合口后，依次进行轧制成型、连续拉拔减径处理，得到焊丝；

(3)对焊丝表面进行机械清理，得到药芯焊丝的最终产品。

进一步地，本发明第二方面提供了制备药芯焊丝例如本发明第一方面任一方案所述药芯焊丝的方法，其特征在于，所述药芯焊丝由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的15~25%例如20~25%，所述的药芯粉包含如下重量配比组份：25-30份金属铬粉，15-20份金属镍粉，3-5份中碳锰铁，1-5份氮化铬，15-25份金红石，2-5份硅钙钡合金，2-8份硅线石，2-5份萤石，1-4份氟化稀土，3-7份镁砂，1-5份铝粉；该方法包括以下步骤：

(1)按照所述药芯组成配置好药芯粉末，将不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入药芯粉末；

(2)将U形槽合口后，依次进行轧制成型、连续拉拔减径处理，得到焊丝；

(3)对焊丝表面进行机械清理，得到药芯焊丝的最终产品。

根据本发明第二方面的方法，所述药芯粉中还可任选的添加铁粉适量以调节熔敷金属的整体比例。

根据本发明第二方面的方法，所述药芯粉以15~25%的填充率填充在不锈钢钢带内。

根据本发明第二方面的方法，所述药芯粉以16~24%的填充率填充在不锈钢钢带内。

根据本发明第二方面的方法，所述药芯粉以17~23%的填充率填充在不锈钢钢带内。

根据本发明第二方面的方法，所述药芯粉以18~22%的填充率填充在不锈钢钢带内。

根据本发明第二方面的方法，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：26份金属铬粉，18.2份金属镍粉，3.6份中碳锰铁，4.6份氮化铬，24份金红石，4份硅钙钡合金，7份硅线石，2份萤石，2.8份氟化稀土，6份镁砂，1.8份铝粉。

根据本发明第二方面的方法，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：27.5份金属铬粉，17.5份金属镍粉，4.1份中碳锰铁，2.5份氮化铬，20份金红石，3份硅钙钡合金，5.7份硅线石，4份萤石，4份氟化稀土，5份镁砂，3份铝粉。

根据本发明第二方面的方法，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：25.5份金属铬粉，19.7份金属镍粉，3.1份中碳锰铁，3.2份氮化铬，23份金红石，5份硅钙钡合金，6份硅线石，5份萤石，3份氟化稀土，4份镁砂，2.5份铝粉。

根据本发明第二方面的方法，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：29.3份金属铬粉，15.8份金属镍粉，4.7份中碳锰铁，3.5份氮化铬，18份金红石，3.5份硅钙钡合金，8份硅线石，5份萤石，3.5份氟化稀土，3份镁砂，4份铝粉。

根据本发明第二方面的方法，所述不锈钢带可以是任何材质组成的不锈钢，例如但不限于309、309S、304L、316L、904L、317LMN、254SMO、654SMO型不锈钢、常规的奥氏体不锈钢，例如但不限于309、309S等材质。

根据本发明第二方面的方法，所述不锈钢带和药芯粉各组分的硫含量均不高于0.05%，磷含量均不高于0.1%。从而至少使得所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成中P≤0.05%、S≤0.03%，例如P≤0.03%、S≤0.02%。

根据本发明第二方面的方法，所述不锈钢带经卷曲以形成中空条状物。该条状物内的空间用以填充所述的药芯粉。

根据本发明第二方面的方法，所制得的药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.08-0.15%，Si≤1.0%，Mn为0.5-2.5%，P≤0.03%，S≤0.02%，Ni为12.0-14.0%，Cr为22.0-25.0%，Mo≤0.05%，Cu≤0.05%，N为0.06-0.12%，Al为0.004-0.02%，余量为Fe和任选的不可避免的杂质。

根据本发明第二方面的方法，所制得的药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.11%，Si为0.67%，Mn为1.21%，P为0.021%，S为0.010%，Ni为13.1%，Cr为23.7%，Mo为0.010%，Cu为0.011%，N为0.11%，Al为0.009%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)。

根据本发明第二方面的方法，所制得的药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.10%，Si为0.61%，Mn为1.25%，P为0.022%，S为0.011%，Ni为12.7%，Cr为24.2%，Mo为0.011%，Cu为0.010%，N为0.06%，Al为0.008%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)。

根据本发明第二方面的方法，所制得的药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.08%，Si为0.69%，Mn为1.18%，P为0.020%，S为0.009%，Ni为13.9%，Cr为22.9%，Mo为0.009%，Cu为0.008%，N为0.09%，Al为0.01%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)。

根据本发明第二方面的方法，所制得的药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.12%，Si为0.61%，Mn为1.27%，P为0.023%，S为0.009%，Ni为12.4%，Cr为24.6%，Mo为0.008%，Cu为0.010%，N为0.092%，Al为0.007%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)。

根据本发明第二方面的方法，所制得的药芯焊丝的直径在0.5mm~5mm范围内，例如在0.8~2.5mm范围内，例如在0.8~2.0mm范围内，例如在0.8~1.5mm范围内，下面实施例中，实施例1所得药芯焊丝的直径为1.2mm，实施例2所得药芯焊丝的直径为0.8mm，实施例3所得药芯焊丝的直径为1.5mm，其余实施例和对照例所得药芯焊丝的直径为1.2mm，已经发现，对于直径在0.8mm~1.5mm范围内对本发明药芯焊丝性能参数考察无影响。

在本发明上述制备方法的步骤中，虽然其描述的具体步骤在某些细节上或者语言描述上与下文具体实施方式部分的制备例中所描述的步骤有所区别，然而，本领域技术人员根据本发明全文的详细公开完全可以概括出以上所述方法步骤。

本发明的任一方面的任一实施方案，可以与其它实施方案进行组合，只要它们不会出现矛盾。此外，在本发明任一方面的任一实施方案中，任一技术特征可以适用于其它实施方案中的该技术特征，只要它们不会出现矛盾。下面对本发明作进一步的描述。

本发明所引述的所有文献，它们的全部内容通过引用并入本文，并且如果这些文献所表达的含义与本发明不一致时，以本发明的表述为准。此外，本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义，即便如此，本发明仍然希望在此对这些术语和短语作更详尽的说明和解释，提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本发明所表述的含义为准。

本发明使用的各种原材料，例如金属铬粉、金属镍粉、中碳锰铁、氮化铬、金红石、硅钙钡合金、硅线石、萤石、氟化稀土、镁砂、铝粉，都是本领域技术人员可以容易地获得的，例如可以容易地从市售途径获得。

本发明的特点在于：通过调整粉料比例，本发明焊丝在使用时焊接工艺性能良好，无气孔、夹渣、裂纹等缺陷。通过在不锈钢合金中调整合金元素含量，包括调整中碳锰铁、硅钙钡合金、铝粉等的含量，加入适量的N元素，使焊缝金属经高温热处理后具有稳定的拉伸性能和冲击韧性，满足锅炉行业不锈钢制品在高温环境下的使用要求，焊接效率较高，并且熔渣能够均匀完全地覆盖于熔敷金属表面。

具体实施方式

通过下面的实施例可以对本发明进行进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。本发明对试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性和/或具体的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。以下实施例进一步说明本发明，而不是限制本发明。

本发明的各种具体实例的药芯焊丝，如无另外说明，均照以下方法制备：

(1)按照所述药芯组成配置好药芯粉末，将厚度0.4mm、宽度10mm的不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入药芯粉末，药芯粉末填充率分别见各实例；

(2)将U形槽合口后，依次进行轧制成型、连续拉拔减径处理，得到焊丝；

(3)对焊丝表面进行机械清理，得到药芯焊丝的最终产品。

本领域技术人员公知，焊缝金属的性能通常与熔敷金属化学成分有关，而熔敷金属化学成分取决于焊条本身的组成。因此，在本文下面的各种试验中，如未特别说明，提供的是使用100%CO2气体作为保护气体采用本发明各实施例和/或对比例所得焊丝对309不锈钢进行施焊的熔敷金属的测试结果。

实施例1：制备药芯焊丝

用于高温热处理不锈钢焊接用药芯焊丝，其是通过将药芯粉以21%的填充率填充在不锈钢(309不锈钢)钢带内经轧制而成，所述药芯粉质量组成比例如下：26份金属铬粉，18.2份金属镍粉，3.6份中碳锰铁，4.6份氮化铬，24份金红石，4份硅钙钡合金，7份硅线石，2份萤石，2.8份氟化稀土，6份镁砂，1.8份铝粉。

经药芯焊丝生产线轧制、拉拔完成之后，该药芯焊丝采用多种保护气体(100%CO₂气体、80%Ar+20%CO₂混合气体、100%Ar三者)分别对309不锈钢进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学成分质量百分比均在如下范围内：C为0.08-0.15%，Si≤1.0%，Mn为0.5-2.5%，P≤0.03%，S≤0.02%，Ni为12.0-14.0%，Cr为22.0-25.0%，Mo≤0.05%，Cu≤0.05%，N为0.06-0.12%，Al为0.004-0.02%，余量为Fe。例如，100%CO₂气体对309不锈钢施焊后熔敷金属化学成分质量百分比为：C为0.11%，Si为0.67%，Mn为1.21%，P为0.021%，S为0.010%，Ni为13.1%，Cr为23.7%，Mo为0.010%，Cu为0.011%，N为0.11%，Al为0.009%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)；三种气体施焊所形成的焊缝均成形美观、工艺性能良好、焊缝金属各项性能优良；100%CO₂气体施焊所形成的熔敷金属经750℃±15℃×1.5h焊后热处理后，经测定：抗拉强度590MPa、断后延伸率30%、常温冲击韧性平均为46J。

实施例2：制备药芯焊丝

用于高温热处理不锈钢焊接用药芯焊丝，其是通过将药芯粉以20%的填充率填充在不锈钢(309不锈钢)钢带内经轧制而成，所述药芯粉质量百分比成分如下：27.5份金属铬粉，17.5份金属镍粉，4.1份中碳锰铁，2.5份氮化铬，20份金红石，3份硅钙钡合金，5.7份硅线石，4份萤石，4份氟化稀土，5份镁砂，3份铝粉。

经药芯焊丝生产线轧制、拉拔完成之后，该药芯焊丝采用多种保护气体(100%CO₂气体、80%Ar+20%CO₂混合气体、100%Ar三者)分别对309不锈钢进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学成分质量百分比均在如下范围内：C为0.08-0.15%，Si≤1.0%，Mn为0.5-2.5%，P≤0.03%，S≤0.02%，Ni为12.0-14.0%，Cr为22.0-25.0%，Mo≤0.05%，Cu≤0.05%，N为0.06-0.12%，Al为0.004-0.02%，余量为Fe。例如，100%CO₂气体对309不锈钢施焊后熔敷金属化学成分质量百分比为：C为0.10%，Si为0.61%，Mn为1.25%，P为0.022%，S为0.011%，Ni为12.7%，Cr为24.2%，Mo为0.011%，Cu为0.010%，N为0.06%，Al为0.008%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)；三种气体施焊所形成的焊缝均成形美观、工艺性能良好、焊缝金属各项性能优良；100%CO₂气体施焊所形成的熔敷金属经750℃±15℃×1.5h焊后热处理后，经测定：抗拉强度585MPa、断后延伸率32%、常温冲击韧性平均为48J。

实施例3：制备药芯焊丝

用于高温热处理不锈钢焊接用药芯焊丝，其是通过将药芯粉以23%的填充率填充在不锈钢(309不锈钢)钢带内经轧制而成，所述药芯粉质量百分比成分如下：25.5份金属铬粉，19.7份金属镍粉，3.1份中碳锰铁，3.2份氮化铬，23份金红石，5份硅钙钡合金，6份硅线石，5份萤石，3份氟化稀土，4份镁砂，2.5份铝粉。

经药芯焊丝生产线轧制、拉拔完成之后，该药芯焊丝采用多种保护气体(100%CO₂气体、80%Ar+20%CO₂混合气体、100%Ar三者)分别对309不锈钢进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学成分质量百分比均在如下范围内：C为0.08-0.15%，Si≤1.0%，Mn为0.5-2.5%，P≤0.03%，S≤0.02%，Ni为12.0-14.0%，Cr为22.0-25.0%，Mo≤0.05%，Cu≤0.05%，N为0.06-0.12%，Al为0.004-0.02%，余量为Fe。例如，100%CO₂气体对309不锈钢施焊后熔敷金属化学成分质量百分比为：C为0.08%，Si为0.69%，Mn为1.18%，P为0.020%，S为0.009%，Ni为13.9%，Cr为22.9%，Mo为0.009%，Cu为0.008%，N为0.09%，Al为0.01%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)；三种气体施焊所形成的焊缝均成形美观、工艺性能良好、焊缝金属各项性能优良；100%CO₂气体施焊所形成的熔敷金属经750℃±15℃×1.5h焊后热处理后，经测定：抗拉强度562MPa、断后延伸率35%、常温冲击韧性平均为50J。

实施例4：制备药芯焊丝

用于高温热处理不锈钢焊接用药芯焊丝，其是通过将药芯粉以24%的填充率填充在不锈钢(309不锈钢)钢带内经轧制而成，所述药芯粉质量百分比成分如下：29.3份金属铬粉，15.8份金属镍粉，4.7份中碳锰铁，3.5份氮化铬，18份金红石，3.5份硅钙钡合金，8份硅线石，5份萤石，3.5份氟化稀土，3份镁砂，4份铝粉。

经药芯焊丝生产线轧制、拉拔完成之后，该药芯焊丝采用多种保护气体(100%CO₂气体、80%Ar+20%CO₂混合气体、100%Ar三者)分别对309不锈钢进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学成分质量百分比均在如下范围内：C为0.08-0.15%，Si≤1.0%，Mn为0.5-2.5%，P≤0.03%，S≤0.02%，Ni为12.0-14.0%，Cr为22.0-25.0%，Mo≤0.05%，Cu≤0.05%，N为0.06-0.12%，Al为0.004-0.02%，余量为Fe。例如，100%CO₂气体对309不锈钢施焊后熔敷金属化学成分质量百分比为：C为0.12%，Si为0.61%，Mn为1.27%，P为0.023%，S为0.009%，Ni为12.4%，Cr为24.6%，Mo为0.008%，Cu为0.010%，N为0.092%，Al为0.007%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)；三种气体施焊所形成的焊缝均成形美观、工艺性能良好、焊缝金属各项性能优良；100%CO₂气体施焊所形成的熔敷金属经750℃±15℃×1.5h焊后热处理后，经测定：抗拉强度595MPa、断后延伸率32%、常温冲击韧性平均为51J。

以上实施例1~4焊接过程中工艺性能良好，经高温热处理（750℃±15℃×1.5h）后，其熔敷金属具有稳定的拉伸性能和冲击韧性，抗拉强度≥520MPa、断后延伸率≥25%、常温冲击韧性≥31J的常规要求，完全满足使用要求。

补充实施例A：分别参照实施例1~4的配方和制法制备焊丝，不同的仅是未添加硅钙钡合金，得到四种药芯焊丝，将四种药芯焊丝分别采用多种保护气体(100%CO₂气体、80%Ar+20%CO₂混合气体、100%Ar三者)分别对309不锈钢进行施焊。

补充实施例B：分别参照实施例1~4的配方和制法制备焊丝，不同的仅是未添加硅线石，得到四种药芯焊丝，将四种药芯焊丝分别采用多种保护气体(100%CO₂气体、80%Ar+20%CO₂混合气体、100%Ar三者)分别对309不锈钢进行施焊。

补充实施例C：分别参照实施例1~4的配方和制法制备焊丝，不同的仅是未添加硅钙钡合金和硅线石，得到四种药芯焊丝，将四种药芯焊丝分别采用多种保护气体(100%CO₂气体、80%Ar+20%CO₂混合气体、100%Ar三者)分别对309不锈钢进行施焊。

对于上述补充实施例A~C所得各种药芯焊丝，分别使用三种气体进行施焊，所形成的焊缝均成形美观、工艺性能良好、焊缝金属各项性能优良。100%CO₂气体施焊所形成的熔敷金属经750℃±15℃×1.5h焊后热处理后，经测定：

补充实施例A全部焊丝施焊结果为：抗拉强度均在560~590MPa范围内、断后延伸率均在30~35%范围内、常温冲击韧性平均值均在45~51J范围内，例如补充实施例A参照实施例1所得焊丝施焊结果为：抗拉强度580MPa、断后延伸率33%、常温冲击韧性平均值为48J；

补充实施例B全部焊丝施焊结果为：抗拉强度均在570~585MPa范围内、断后延伸率均在31~34%范围内、常温冲击韧性平均值均在46~50J范围内，例如补充实施例B参照实施例1所得焊丝施焊结果为：抗拉强度580MPa、断后延伸率33%、常温冲击韧性平均值为50J；

补充实施例C全部焊丝施焊结果为：抗拉强度均在565~595MPa范围内、断后延伸率均在30~34%范围内、常温冲击韧性平均值均在46~52J范围内，例如补充实施例C参照实施例1所得焊丝施焊结果为：抗拉强度590MPa、断后延伸率32%、常温冲击韧性平均值为49J。这些结果表明，出人意料的发现，在实施例1~4的焊丝配料基础上，即使不添加硅钙钡合金和/或硅线石，对于上述技术参数均无明显影响。

在焊接过程中，熔渣均匀地覆盖熔敷金属是有益的。在进行施焊实验时，熔敷金属上覆盖有熔渣，焊剂配料不好时熔渣覆盖不均匀，可能会有未全覆盖的地方尤其是熔敷金属边缘，通过拍照方式计算熔敷金属上覆盖有熔渣区域的面积占熔敷金属总面积的百分数，即为熔渣覆盖率(%)。结果：实施例1~4分别使用三种保护气体进行施焊时熔渣覆盖率均在98.5%以上，在98.5~99.8%范围内，均显示基本完全覆盖，例如实施例1焊剂使用100%CO2气体施焊时熔渣覆盖率99.3%。

同上文方法考察补充实施例A~C所得各种药芯焊丝进行施焊时的熔渣覆盖率(%)。结果：补充实施例A所得各焊丝分别使用三种保护气体进行施焊时熔渣覆盖率均在78~83%范围内，均显示边缘不能完全覆盖的典型结果，例如补充实施例A参照实施例1所得焊剂使用100%CO2气体施焊时熔渣覆盖率81.6%；补充实施例B所得各焊丝分别使用三种保护气体进行施焊时熔渣覆盖率均在74~80%范围内，均显示边缘不能完全覆盖的典型结果，例如补充实施例B参照实施例1所得焊剂使用100%CO2气体施焊时熔渣覆盖率77.9%；补充实施例C所得各焊丝分别使用三种保护气体进行施焊时熔渣覆盖率均在75~79%范围内，均显示边缘不能完全覆盖的典型结果，例如补充实施例C参照实施例1所得焊剂使用100%CO2气体施焊时熔渣覆盖率78.3%；这些结果表明，出人意料的发现，只有在本发明实施例1~4焊丝配料中同时添加硅钙钡合金和硅线石二者，才能获得优良的熔渣覆盖率性能，二者缺一不可。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的15~25%例如20~25%，所述的药芯粉包含如下质量配比组份：25-30份金属铬粉，15-20份金属镍粉，3-5份中碳锰铁，1-5份氮化铬，15-25份金红石，2-5份硅钙钡合金，2-8份硅线石，2-5份萤石，1-4份氟化稀土，3-7份镁砂，1-5份铝粉。

2.根据权利要求1所述的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉中还可任选的添加铁粉适量以调节熔敷金属的整体比例。

3.根据权利要求1所述的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，

所述药芯粉以15~25%的填充率填充在不锈钢钢带内；或者，

所述药芯粉以16~24%的填充率填充在不锈钢钢带内；或者，

所述药芯粉以17~23%的填充率填充在不锈钢钢带内；或者，

所述药芯粉以18~22%的填充率填充在不锈钢钢带内。

4.根据权利要求1所述的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，

所述的药芯粉包含如下质量配比组份：26份金属铬粉，18.2份金属镍粉，3.6份中碳锰铁，4.6份氮化铬，24份金红石，4份硅钙钡合金，7份硅线石，2份萤石，2.8份氟化稀土，6份镁砂，1.8份铝粉；或者，

所述的药芯粉包含如下质量配比组份：27.5份金属铬粉，17.5份金属镍粉，4.1份中碳锰铁，2.5份氮化铬，20份金红石，3份硅钙钡合金，5.7份硅线石，4份萤石，4份氟化稀土，5份镁砂，3份铝粉；或者，

所述的药芯粉包含如下质量配比组份：25.5份金属铬粉，19.7份金属镍粉，3.1份中碳锰铁，3.2份氮化铬，23份金红石，5份硅钙钡合金，6份硅线石，5份萤石，3份氟化稀土，4份镁砂，2.5份铝粉；或者，

所述的药芯粉包含如下质量配比组份：29.3份金属铬粉，15.8份金属镍粉，4.7份中碳锰铁，3.5份氮化铬，18份金红石，3.5份硅钙钡合金，8份硅线石，5份萤石，3.5份氟化稀土，3份镁砂，4份铝粉。

5.根据权利要求1所述的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，

其中所述的不锈钢带可以是任何材质组成的不锈钢，例如但不限于309、309S、304L、316L、904L、317LMN、254SMO、654SMO型不锈钢、常规的奥氏体不锈钢，例如但不限于309、309S等材质；或者，

所述外用不锈钢带和药芯粉各组分的硫含量均不高于0.05%，磷含量均不高于0.1%；或者，

其中所述的不锈钢带经卷曲以形成中空条状物。

6.根据权利要求1所述的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，

所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.08-0.15%，Si≤1.0%，Mn为0.5-2.5%，P≤0.03%，S≤0.02%，Ni为12.0-14.0%，Cr为22.0-25.0%，Mo≤0.05%，Cu≤0.05%，N为0.06-0.12%，Al为0.004-0.02%，余量为Fe和任选的不可避免的杂质；或者，

所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.11%，Si为0.67%，Mn为1.21%，P为0.021%，S为0.010%，Ni为13.1%，Cr为23.7%，Mo为0.010%，Cu为0.011%，N为0.11%，Al为0.009%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质) ；或者，

所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.10%，Si为0.61%，Mn为1.25%，P为0.022%，S为0.011%，Ni为12.7%，Cr为24.2%，Mo为0.011%，Cu为0.010%，N为0.06%，Al为0.008%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质) ；或者，

所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.08%，Si为0.69%，Mn为1.18%，P为0.020%，S为0.009%，Ni为13.9%，Cr为22.9%，Mo为0.009%，Cu为0.008%，N为0.09%，Al为0.01%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质) ；或者，

所述药芯焊丝在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含：C为0.12%，Si为0.61%，Mn为1.27%，P为0.023%，S为0.009%，Ni为12.4%，Cr为24.6%，Mo为0.008%，Cu为0.010%，N为0.092%，Al为0.007%，余量为Fe(和任选的不可避免的杂质)。

7.根据权利要求1所述的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的直径在0.5mm~5mm范围内，例如在0.8~2.5mm范围内，例如在0.8~2.0mm范围内，例如在0.8~1.5mm范围内。

8.根据权利要求1所述的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝，其特征在于，其是按包括以下步骤的方法制备得到的：

(1)按照所述药芯组成配置好药芯粉末，将不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入药芯粉末；

(2)将U形槽合口后，依次进行轧制成型、连续拉拔减径处理，得到焊丝；

(3)对焊丝表面进行机械清理，得到药芯焊丝的最终产品。

9.制备权利要求1~8任一项所述的用于焊接高温环境使用的不锈钢的药芯焊丝的方法，其特征在于，所述药芯焊丝由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的15~25%例如20~25%，所述的药芯粉包含如下重量配比组份：所述的药芯粉包含如下质量配比组份：25-30份金属铬粉，15-20份金属镍粉，3-5份中碳锰铁，1-5份氮化铬，15-25份金红石，2-5份硅钙钡合金，2-8份硅线石，2-5份萤石，1-4份氟化稀土，3-7份镁砂，1-5份铝粉；该方法包括以下步骤：

(1)按照所述药芯组成配置好药芯粉末，将不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入药芯粉末；

(2)将U形槽合口后，依次进行轧制成型、连续拉拔减径处理，得到焊丝；

(3)对焊丝表面进行机械清理，得到药芯焊丝的最终产品。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

所述药芯粉中还可任选的添加铁粉适量以调节熔敷金属的整体比例；或者，

所述药芯粉以15~25%的填充率填充在不锈钢钢带内；或者，

所述药芯粉以16~24%的填充率填充在不锈钢钢带内；或者，

所述药芯粉以17~23%的填充率填充在不锈钢钢带内；或者，

所述药芯粉以18~22%的填充率填充在不锈钢钢带内；或者，

所述的药芯粉包含如下质量配比组份：26份金属铬粉，18.2份金属镍粉，3.6份中碳锰铁，4.6份氮化铬，24份金红石，4份硅钙钡合金，7份硅线石，2份萤石，2.8份氟化稀土，6份镁砂，1.8份铝粉；或者，

所述的药芯粉包含如下质量配比组份：27.5份金属铬粉，17.5份金属镍粉，4.1份中碳锰铁，2.5份氮化铬，20份金红石，3份硅钙钡合金，5.7份硅线石，4份萤石，4份氟化稀土，5份镁砂，3份铝粉；或者，

所述的药芯粉包含如下质量配比组份：25.5份金属铬粉，19.7份金属镍粉，3.1份中碳锰铁，3.2份氮化铬，23份金红石，5份硅钙钡合金，6份硅线石，5份萤石，3份氟化稀土，4份镁砂，2.5份铝粉；或者，

所述的药芯粉包含如下质量配比组份：29.3份金属铬粉，15.8份金属镍粉，4.7份中碳锰铁，3.5份氮化铬，18份金红石，3.5份硅钙钡合金，8份硅线石，5份萤石，3.5份氟化稀土，3份镁砂，4份铝粉。