CN114434045A - 一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，属于焊接材料技术领域，所述焊条包括焊芯和药皮，以质量份数计，所述药皮的原料包括：金红石：14.0‑16.0份；钛白粉：1.3‑1.7份；大理石：5.0‑7.0份；萤石：1.3‑1.8份；氧化稀土：1.0‑1.6份；煅烧长石：3.5‑4.1份；微碳铬铁：8.5‑9.1份；金属镍粉：6.7‑7.3份；金属锰粉：1.0‑1.6份；钼铁：1.0‑1.6份；海藻酸钠：0.5‑0.7份；羧甲基纤维素钠：0.3‑0.5份。焊条的熔敷金属理化性能指标能够达到尿素设备关键部位设计要求，例如气提塔、高压冷凝器、洗涤塔、高压管道和合成塔。本发明还提供了一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条的制备方法。

Description

一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料制备技术领域，特别涉及一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条及其制备方法。
背景技术
尿素生产是在高压(14～25)MPa和(180～210)℃温度条件下，由CO2与氨合成，同时生成甲铵和水。尿素溶液经净化、浓缩和造粒后生成粒状尿素。尿素生产过程中处理的主要物料是CO2，NH3，NH2COONH4，(NH2)2CO，这些物料单独存在时，其腐蚀性并不强，但它们混合一起生成的反应产物对设备会产生强烈腐蚀。尿素生产过程中尿素一甲铵溶液对不锈钢的腐蚀主要是由于溶液中含有氨基甲酸铵和氰酸铵引起的，影响耐蚀性因素主要有溶液的成分、硫化物含量、温度、流体的相对运动速度以及不锈钢材料的合金元素含量、组织等。尿素合成塔衬里、汽提塔和甲铵冷凝器都很容易被甲铵腐蚀。
目前超低碳尿素级不锈钢是尿素高压设备上广泛应用的不锈钢材料，由于使用环境条件恶劣，因此开发配套的抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，要求具有良好的耐均匀腐蚀、晶界腐蚀和选择性腐蚀性能，提高工件使用寿命，对于国民经济建设的发展是一件具有重要意义的工作。
发明内容
为了解决尿素合成塔关键部位焊缝腐蚀的技术问题，本发明实施例提供了一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，焊条的熔敷金属理化性能指标能够达到尿素设备关键部位设计要求，例如气提塔、高压冷凝器、洗涤塔、高压管道和合成塔。
一方面，本发明实施例提供了一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，所述焊条包括焊芯和药皮，以质量份数计，所述药皮的原料包括：
金红石：14.0-16.0份；钛白粉：1.3-1.7份；大理石：5.0-7.0份；萤石：1.3-1.8份；氧化稀土：1.0-1.6份；煅烧长石：3.5-4.1份；微碳铬铁：8.5-9.1份；金属镍粉：6.7-7.3份；金属锰粉：1.0-1.6份；钼铁：1.0-1.6份；海藻酸钠：0.5-0.7份；羧甲基纤维素钠：0.3-0.5份。
药皮采用具有上述质量份数的原料，原理如下：
金红石：该材料是酸性焊条药皮主要组成部分，含量为TiO2，调整熔渣碱度，主要作用有减少焊接飞溅，稳定电弧，改善焊缝成型等。
钛白粉：该材料是钛铁矿与硫酸作用产生的化工产品，在焊条中主要起造渣和稳弧作用，还会增加药粉的粘性和塑性，有利于焊条的涂压和焊条表面质量提高。
大理石：该材料在焊接电弧热的作用下会分解成CaO和CO2，是焊条制造中常用的造渣、造气材料，可使熔渣的碱度得到提高，而且还能细化熔滴、稳定电弧，并有较好的脱硫能力。
萤石：一种氟化物，在不锈钢焊条中主要调整熔渣的熔点的粘度，增加熔渣的流动性，改善脱渣性。
氧化稀土：该材料用于焊条制造，主要起净化熔池、去除有害元素和细化晶粒的作用。
煅烧长石：长石经煅烧后加入，可有效降低焊缝的氢、氧含量。而且长石还具有造渣、改善焊条压涂性能，提高药皮透气性。焊接时细化熔滴，提高焊条熔化速度。
微碳铬铁：合金剂，向焊缝过渡(渗入)铬元素，提高焊缝强度和屈服点，对焊缝耐腐蚀性具有重要作用。
金属镍粉：合金剂，向焊缝过渡(渗入)镍元素。
金属锰粉：加入可起到脱硫、脱氧的作用，细化晶粒，提高焊缝强度。
钼铁：向焊缝过渡(渗入)钼元素，可有效提高焊缝强度和塑韧性。
海藻酸钠：改善焊条压涂性，提高药皮强度。
CMC(羧甲基纤维素钠)：提高药粉粘性，改善焊条压涂性和偏心稳定性。
可选的，以质量份数计，所述药皮的原料包括：
金红石：16.0份、钛白粉：1.5份、大理石：5.0份、萤石：1.5份、氧化稀土：1.3份、煅烧长石：3.5份、微碳铬铁：8.5份、金属镍粉：7.0份、金属锰粉：1.3份、钼铁：1.3份、海藻酸钠：0.3份、羧甲基纤维素钠：0.4份；或
金红石：15.0份、钛白粉：1.7份、大理石：7.0份、萤石：1.3份、氧化稀土：1.0份、煅烧长石：3.8份、微碳铬铁：8.8份、金属镍粉：7.3份、金属锰粉：1.0份、钼铁：1.6份、海藻酸钠：0.3份、羧甲基纤维素钠：0.4份；或
金红石：14.0份、钛白粉：1.3份、大理石：6.0份、萤石：1.8份、氧化稀土：1.6份、煅烧长石：4.1份、微碳铬铁：9.1份、金属镍粉：6.7份、金属锰粉：1.6份、钼铁：1.0份、海藻酸钠：0.3份、羧甲基纤维素钠：0.4份。
可选的，以质量分数计，所述药皮原料的颗粒度为：
金红石：40目、钛白粉：200目、大理石：40目、萤石：40目、氧化稀土：40目、煅烧长石：40目、微碳铬铁：40目、金属镍粉：60目、金属锰粉：40目、钼铁：40目、海藻酸钠：140目、羧甲基纤维素钠：80目。
可选的，以质量分数计，含有所述颗粒度的药皮原料的含量为：
40目金红石：≥98％、200目钛白粉：100％、40目大理石：≥97％、40目萤石：≥97％、40目氧化稀土：≥98％、40目煅烧长石：≥97％、40目微碳铬铁：≥98％、60目金属镍粉：≥95％、40目金属锰粉：≥98％、40目钼铁：≥98％、140目海藻酸钠：≥97％、80目羧甲基纤维素钠：≥98％。
可选的，以质量分数计，所述焊芯的化学成分为：
C：≤0.01％；Cr：27.0-29.0％；Ni：23.0-25.0％；Mo：2.0-3.0％；Mn：3.0-5.0％；Si：≤0.15％；Cu：≤0.40％；S：≤0.010％；P：≤0.020％；余量为Fe和不可避免杂质。
本发明实施例焊芯采用具有上述化学成分的铬镍锰钼合金不锈钢丝，原理如下：
一方面，焊接材料的成分对焊缝金属的化学成分、组织与性能有重要影响，焊缝金属合金化就是把所需的合金元素通过焊接材料焊接过渡到焊缝金属中去。而本发明实施例为高合金钢焊条，若采用纯药皮进行全部合金元素的过渡，会导致合金元素大量烧损，焊缝金属化学成分不稳定，成本增大。另一方面，为保证焊缝金属的高韧性和抗腐蚀性能，必须控制焊缝金属碳含量在0.03％以下，属于超低碳，因此必须设计焊芯的碳含量在0.01％以下。
本发明实施例药皮和焊芯同时加入适量铁合金，焊缝金属合金化采用药皮、焊芯联合过渡，可降低合金元素烧损，提高焊缝金属化学成分稳定性，进而消除某些焊接工艺缺陷，改善焊缝金属的组织及力学性能。
可选的，以质量分数计，所述焊条形成的熔敷金属化学成分包括：
C：≤0.03％；Mn：3.5-4.5％；Si：≤0.75％；Cr：25.0-28.0％；Ni：20.0-22.0％；Mo：2.0-3.0％；Cu：≤0.75％；N：≤0.20％；S：≤0.030％；P：≤0.030％；余量为Fe和不可避免杂质。
第二方面，基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种如第一方面所述的抗腐蚀尿素级不锈钢焊条的制备方法，包括：
将药皮原料混合，获得第一混合料；
将粘结剂加入所述第一混合料后混合，获得第二混合料；
将所述第二混合料包裹于焊芯外部，后烘焙，获得焊条。
可选的，所述粘结剂与所述第一混合料的用量关系为：
M粘结剂＝M第一混合料＊(21％-22.5％)
式中，M粘结剂表示粘接剂的质量，M第一混合料表示第一混合料的质量。
可选的，所述粘结剂为质量浓度41°Be′-42°Be′的钾钠水玻璃。
可选的，所述烘焙包括：
第一阶段烘焙和第二阶段烘焙；
所述第一阶段烘焙的参数包括：温度80-90℃，时间4-5h；
所述第二阶段烘焙的参数包括：温度350-380℃，时间1.5-2.0h。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，设计铬镍锰钼合金不锈钢丝作为焊芯，并通过对焊条的药皮成分进行设计，调整Cr、Ni、Mn、Mo等元素含量，获得的焊条熔敷金属Mn、Mo含量高，C含量低，既提高了熔敷金属材料的抗拉强度和淬透性，又能提高韧性和抗腐蚀性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条的制备方法流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
作为一些实施方式，本发明实施例提供了一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，所述焊条包括焊芯和药皮，以质量份数计，所述药皮的原料包括：
金红石：14.0-16.0份；钛白粉：1.3-1.7份；大理石：5.0-7.0份；萤石：1.3-1.8份；氧化稀土：1.0-1.6份；煅烧长石：3.5-4.1份；微碳铬铁：8.5-9.1份；金属镍粉：6.7-7.3份；金属锰粉：1.0-1.6份；钼铁：1.0-1.6份；海藻酸钠：0.5-0.7份；羧甲基纤维素钠：0.3-0.5份。
作为一些实施方式，如图1所示，本发明实施例提供了一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条的制备方法，包括：
S1、将药皮原料混合，获得第一混合料；
S2、将粘结剂加入所述第一混合料后混合，获得第二混合料；
S3、将所述第二混合料包裹于焊芯外部，后烘焙，获得焊条。
下面结合实施例、对比例及实验数据对本申请一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条及其制备方法进行详细说明。
实施例1
本实施例以铬镍锰钼合金不锈钢丝为焊芯，焊芯具体化学成分为(wt％)：C：0.008％；Cr：28.50％；Ni：24.0％；Mo：2.4％；Mn：4.4％；Si：0.10％；Cu：0.02％；S：0.005％；P：0.010％；余量为Fe及必不可少的杂质。
取药皮，药皮原料各成分质量份数如下：金红石16.0kg、钛白粉1.5kg、大理石5.0kg、萤石1.5kg、氧化稀土1.3kg、煅烧长石3.5kg、微碳铬铁8.5kg、金属镍粉7.0kg、金属锰粉1.3kg、钼铁1.3kg、海藻酸钠0.3kg、羧甲基纤维素钠0.4kg。
将上述药皮原料搅拌混合均匀后，加入粘结剂钾钠水玻璃10.6kg混合均匀，然后送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经80-90℃低温烘焙4小时、280-300℃高温烘焙1.5小时，即得抗腐蚀尿素级不锈钢焊条。
实施例2
本实施例除药皮原料成分配比不同外，焊芯和制备工艺均与实施例1相同。
本实施例中药皮原料各成分质量份数如下：金红石15.0kg、钛白粉1.7kg、大理石7.0kg、萤石1.3kg、氧化稀土1.0kg、煅烧长石3.8kg、微碳铬铁8.8kg、金属镍粉7.3kg、金属锰粉1.0kg、钼铁1.6kg、海藻酸钠0.3kg、羧甲基纤维素钠0.4kg。
实施例3
本实施例除药皮原料成分配比不同外，焊芯和制备工艺均与实施例1相同。
本实施例中药皮原料各成分质量份数如下：金红石14.0kg、钛白粉1.3kg、大理石6.0kg、萤石1.8kg、氧化稀土1.6kg、煅烧长石4.1kg、微碳铬铁9.1kg、金属镍粉6.7kg、金属锰粉1.6kg、钼铁1.0kg、海藻酸钠0.3kg、羧甲基纤维素钠0.4kg。
应用
将实施例1-3所得的抗腐蚀尿素级不锈钢焊条根据GB/T 983《不锈钢焊条》试验方法进行焊接实验，实施例1-3焊条焊接时电弧稳定，焊缝成型美观，飞溅小，脱渣好，操作性能好。
本发明实施例1-3所得的抗腐蚀尿素级不锈钢焊条按GB/T 983规定的方法进行熔敷金属化学成分分析，试验结果见表1。
表1熔敷金属化学成分(％)
C Mn Si S P Cr Ni Mo Cu N
设计标准 ≤0.03 3.5-4.5 ≤0.75 ≤0.030 ≤0.030 25.0-28.0 20.0-22.0 2.0-3.0 ≤0.75 ≤0.20
实施例1 0.027 4.14 0.45 0.0037 0.019 26.37 21.41 2.46 0.027 0.14
实施例2 0.025 3.89 0.42 0.0040 0.020 26.62 21.70 2.65 0.025 0.13
实施例3 0026 4.25 043 0.0042 0.018 26.98 21.11 2.13 0.026 0.14
本发明实施例1-3所得的抗腐蚀尿素级不锈钢焊条熔敷金属力学性能按GB/T2652《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》规定的方法进行室温拉伸试验，按GB/T 2650《焊接接头冲击试验方法》规定的方法进行V型缺口20℃冲击试验，按GB/T 4334《金属和合金的腐蚀-不锈钢晶间腐蚀试验方法》中E方法进行晶间腐蚀，试验结果见表2。
表2熔敷金属力学性能
Figure BDA0003488714180000061
对比例1
本对比例除药皮不同外，焊芯成分和制备工艺均与实施例1相同。
本实施例焊芯的化学成分以质量分数计为：C：0.008％；Cr：28.50％；Ni：24.0％；Mo：2.4％；Mn：4.4％；Si：0.10％；Cu：0.02％；S：0.005％；P：0.010％；余量为Fe及必不可少的杂质。
药皮的原料包括：金红石14.0kg、钛白粉1.3kg、大理石6.0kg、萤石1.8kg、氧化稀土1.6kg、煅烧长石4.1kg、微碳铬铁9.1kg、金属镍粉6.7kg、金属锰粉0kg、钼铁0kg、海藻酸钠0.3kg、羧甲基纤维素钠0.4kg；
本实施例所得焊条按GB/T 983规定的方法进行熔敷金属化学成分分析，试验结果见表3。
表3熔敷金属化学成分(％)
C Mn Si S P Cr Ni Mo Cu N
对比实施例1 0.028 1.32 0.41 0.0040 0.018 27.05 21.50 0.60 0.030 0.12
本实施例所得焊条熔敷金属力学性能按GB/T 2652《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》规定的方法进行室温拉伸试验，按GB/T 2650《焊接接头冲击试验方法》规定的方法进行V型缺口20℃冲击试验，按GB/T 4334《金属和合金的腐蚀-不锈钢晶间腐蚀试验方法》中E方法进行晶间腐蚀，试验结果见表4。
表4熔敷金属力学性能
Figure BDA0003488714180000071
从上述表3和表4可以看出，对比例1的焊条熔敷金属化学成分Mn、Mo含量偏低，抗拉强度和冲击韧性偏低，且有晶间腐蚀倾向，不能用于尿素设备关键部位焊接，耐冲击腐蚀性较差。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，设计铬镍锰钼合金不锈钢丝作为焊芯，并通过对焊条的药皮成分进行设计，调整Cr、Ni、Mn、Mo等元素含量，获得的焊条熔敷金属Mn、Mo含量高，C含量低，既提高了熔敷金属材料的抗拉强度和淬透性，又能提高韧性和抗腐蚀性能。
(2)本发明实施例提供的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条的制备方法，该方法得到的焊条药皮成分均匀稳定、药皮强度优良、熔敷金属化学成分、力学性能及抗腐蚀性优良且稳定。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，所述焊条包括焊芯和药皮，其特征在于，以质量份数计，所述药皮的原料包括：
金红石：14.0-16.0份；钛白粉：1.3-1.7份；大理石：5.0-7.0份；萤石：1.3-1.8份；氧化稀土：1.0-1.6份；煅烧长石：3.5-4.1份；微碳铬铁：8.5-9.1份；金属镍粉：6.7-7.3份；金属锰粉：1.0-1.6份；钼铁：1.0-1.6份；海藻酸钠：0.5-0.7份；羧甲基纤维素钠：0.3-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，其特征在于，以质量份数计，所述药皮的原料包括：
金红石：16.0份、钛白粉：1.5份、大理石：5.0份、萤石：1.5份、氧化稀土：1.3份、煅烧长石：3.5份、微碳铬铁：8.5份、金属镍粉：7.0份、金属锰粉：1.3份、钼铁：1.3份、海藻酸钠：0.3份、羧甲基纤维素钠：0.4份；或
金红石：15.0份、钛白粉：1.7份、大理石：7.0份、萤石：1.3份、氧化稀土：1.0份、煅烧长石：3.8份、微碳铬铁：8.8份、金属镍粉：7.3份、金属锰粉：1.0份、钼铁：1.6份、海藻酸钠：0.3份、羧甲基纤维素钠：0.4份；或
金红石：14.0份、钛白粉：1.3份、大理石：6.0份、萤石：1.8份、氧化稀土：1.6份、煅烧长石：4.1份、微碳铬铁：9.1份、金属镍粉：6.7份、金属锰粉：1.6份、钼铁：1.0份、海藻酸钠：0.3份、羧甲基纤维素钠：0.4份。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，其特征在于，以质量分数计，所述药皮原料的颗粒度为：
金红石：40目、钛白粉：200目、大理石：40目、萤石：40目、氧化稀土：40目、煅烧长石：40目、微碳铬铁：40目、金属镍粉：60目、金属锰粉：40目、钼铁：40目、海藻酸钠：140目、羧甲基纤维素钠：80目。
4.根据权利要求3所述的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，其特征在于，以质量分数计，含有所述颗粒度的药皮原料的含量为：
40目金红石：≥98％、200目钛白粉：100％、40目大理石：≥97％、40目萤石：≥97％、40目氧化稀土：≥98％、40目煅烧长石：≥97％、40目微碳铬铁：≥98％、60目金属镍粉：≥95％、40目金属锰粉：≥98％、40目钼铁：≥98％、140目海藻酸钠：≥97％、80目羧甲基纤维素钠：≥98％。
5.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，其特征在于，以质量分数计，所述焊芯的化学成分为：
C：≤0.01％；Cr：27.0-29.0％；Ni：23.0-25.0％；Mo：2.0-3.0％；Mn：3.0-5.0％；Si：≤0.15％；Cu：≤0.40％；S：≤0.010％；P：≤0.020％；余量为Fe和不可避免杂质。
6.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条，其特征在于，以质量分数计，所述焊条形成的熔敷金属化学成分包括：
C：≤0.03％；Mn：3.5-4.5％；Si：≤0.75％；Cr：25.0-28.0％；Ni：20.0-22.0％；Mo：2.0-3.0％；Cu：≤0.75％；N：≤0.20％；S：≤0.030％；P：≤0.030％；余量为Fe和不可避免杂质。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的抗腐蚀尿素级不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，包括：
将药皮原料混合，获得第一混合料；
将粘结剂加入所述第一混合料后混合，获得第二混合料；
将所述第二混合料包裹于焊芯外部，后烘焙，获得焊条。
8.根据权利要求7所述的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条及其制备方法，其特征在于，所述粘结剂与所述第一混合料的用量关系为：
M粘结剂＝M第一混合料*(21％-22.5％)
式中，M粘结剂表示粘接剂的质量，M第一混合料表示第一混合料的质量。
9.根据权利要求7或8所述的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条及其制备方法，其特征在于，所述粘结剂为质量浓度41°Be′-42°Be的钾钠水玻璃。
10.根据权利要求7所述的一种抗腐蚀尿素级不锈钢焊条及其制备方法，其特征在于，所述烘焙包括：
第一阶段烘焙和第二阶段烘焙；
所述第一阶段烘焙的参数包括：温度80-90℃，时间4-5h；
所述第二阶段烘焙的参数包括：温度350-380℃，时间1.5-2.0h。
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