TW201318757A

TW201318757A - 不鏽鋼帶極電渣堆焊材料

Info

Publication number: TW201318757A
Application number: TW100139772A
Authority: TW
Inventors: tai-sheng Zhou
Original assignee: Sorex Welding Co Ltd
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-05-16
Also published as: TWI499470B

Abstract

本發明提供一種不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，包含一焊帶及一焊劑，過渡層焊帶中不添加Mo元素，依舊保證表面層具有足量的Mo元素，焊帶配合焊劑可用於容器內壁或外壁大面積堆焊，滿足耐腐蝕及耐高溫的要求。焊帶配合焊劑堆焊具有5～12%的超低稀釋率且生產效率高；脫渣容易，焊道成型美觀，無焊接缺陷；有極佳的抗晶間腐蝕能力，堆焊彎曲完全無裂紋。

Description

不鏽鋼帶極電渣堆焊材料

本發明是有關一種焊帶焊接，特別是提供一種不鏽鋼帶極電渣堆焊材料。

近年來，伴隨著石化行業向大型化、規模化發展，對加氫設備、原流合成塔、煤液化反應器等壓力容器的品質要求越來越高，另外包括核電站的厚壁壓力容器及尿素設備中，內壁都要求堆焊奧氏體不鏽鋼做內襯，以實現抗腐蝕、耐高溫等的品質要求。對於大面積堆焊而言，手工電弧焊和絲極堆焊效率低且堆焊層內部和表面品質差，堆焊層與基層母材結合處極易產生缺陷。

要滿足大型容器表面堆焊，需滿足以下幾點品質要求：

1.　焊接作業性優良：焊接過程穩定、飛濺少、煙霧少、良好的脫渣性；

2.　美觀的焊道外觀：焊道表面光滑、平整、波紋均勻，無氣孔、夾渣、咬邊、未融合等焊接缺陷；

3.　堆焊層具有優良的抗熱裂能力和抗晶間腐蝕能力，彎曲無裂紋；

4.　高的焊接效率。

帶極自動堆焊技術由20世紀70年代引入，由於其效率高、堆焊品質均勻、稀釋率較低、堆焊層焊帶性能優良等特點廣泛應用於容器內壁大面積堆焊之中。

採用一定厚度(0.4 mm或0.5 mm)和寬度(30～300 mm)的不鏽鋼焊帶作為電極是帶極堆焊實現高效焊接和滿足抗腐蝕、耐高溫等品質要求的關鍵因素；若以同一焊帶作堆焊電極會因焊劑的不同而實現不同的焊接過程，根據焊接原理的不同，可分為埋弧自動堆焊和電渣堆焊兩種。相較於埋弧堆焊，電渣堆焊焊接效率更高，可以是埋弧堆焊的1.5～2倍；焊接品質更加穩定，可達到5～12%的低稀釋率；焊道美觀、平整，可避免對堆焊層的再加工；搭接處平滑，可避免各類焊接缺陷，因此採用帶極電渣堆焊技術是實現大面積高效堆焊的首選。

實際生產中，某些場合需要堆焊焊帶中含有一定量的Mo元素，以提高耐熱及耐腐蝕性能，為保證表面層具有適量的Mo，往往不僅要求表面層堆焊焊帶中含有Mo，且過渡層焊帶中也需要含有一定量的Mo，這樣不僅提高了焊帶冶煉、軋製的困難，且大大提高了成本。

在焊劑方面，在實際生產電渣型焊劑時往往難以保證焊劑成分的均勻性及穩定性，且所得焊道存在以下幾點問題：

1.　表面波紋大，不平整；

2.　焊道與母材融合處不平滑，在多道焊時搭接處極易產生咬邊、夾渣等缺陷；

3.　焊接速度一般只能達到16 cm/min，無法達到更高的焊接效率。

加之現在市場上在焊帶的加工生產中，為提高鋼材的成材率而限制了不鏽鋼鋼帶中Cr、Ni的含量，難以保證堆焊層實現優良的抗腐蝕能力，保證彎曲後無裂紋產生，這些情況已越來越難以滿足石化等行業的發展要求。

因此，為了克服上述缺陷，本發明之目的即在提供一種不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，包含一焊帶及一焊劑，該焊帶包括過渡層焊帶和表面層焊帶，其中，在過渡層焊帶中不添加Mo元素，依舊保證表面層堆焊焊帶具有足量的Mo元素，且使焊帶配合焊劑：焊接穩定，脫渣良好，焊道成型平整、美觀，避免各種焊接缺陷產生，堆焊層能滿足抗腐蝕、耐高溫等的品質要求且能實現高的焊接效率。

本發明為了解決其上述問題所採用的方法是提供一種不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，包含一焊帶及一焊劑，該焊帶包括過渡層焊帶和表面層焊帶，其中，該過渡層焊帶中不含Mo元素，且以該過渡層焊帶所含成分之總重量為100 wt%，該過渡層焊帶含有以下成分：C：0～0.030 wt%；Si：0.10～0.35 wt%；Mn：1.0～2.5 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.030 wt%；Ni：12.0～14.0 wt%；Cr：23.0～25.0 wt%；Cu：0～0.075 wt%；N：0～0.040 wt%；餘量為鐵與其他不可避免雜質；以該表面層焊帶之總重量為100 wt%，該表面層焊帶含有以下成分：C：0～0.030 wt%；Si：0.10～0.35 wt%；Mn：1.0～2.5 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.030 wt%；Ni：11.0～14.0 wt%；Cr：18.0～20.0 wt%；Mo：2.0～3.0 wt%；Cu：0～0.75 wt%；N：0～0.040 wt%；餘量為鐵與其它不可避免雜質；該焊劑是由以下焊劑原料組成物經高溫燒結而成，且以該焊劑原料組成物之總重量為100 wt%，該焊劑原料組成物含有：CaF₂：60～75 wt%；Al₂O₃：5～10 wt%；SiO₂：5～15 wt%；MgO：1～10 wt%；CaO：5～15 wt%。

本發明之功效在於：本發明所提供的焊帶配合焊劑，焊接過程穩定、效率高、母材稀釋率低(5～12 wt%)、脫渣良好、焊道成型美觀、可完全避免各種焊接缺陷，並且所得堆焊層與其他同類產品相比具有以下顯著效果，

1.　較低的C含量，較低的Si含量及較低的P、S含量；

2.　較高的Cr含量，較高的Ni含量及較高的Mo含量；

3.　高效的堆焊效率：堆焊速度可達到30 cm/min，可實現焊帶堆焊25 kg/小時，堆焊面積可達到每小時堆焊1.1 m²；

4.　有效避免熱裂紋的出現；

5.　有極佳的抗晶間腐蝕能力，堆焊彎曲完全無裂紋。

本發明提供一種不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，包含一焊帶及一焊劑，該焊帶包括過渡層焊帶和表面層焊帶，其中，該過渡層焊帶中不含Mo元素，且以該過渡層焊帶所含成分之總重量為100 wt%，該過渡層焊帶含有以下成分：C：0～0.030 wt%；Si：0.10～0.35 wt%；Mn：1.0～2.5 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.030 wt%；Ni：12.0～14.0 wt%；Cr：23.0～25.0 wt%；Cu：0～0.075 wt%；N：0～0.040 wt%；餘量為鐵與其他不可避免雜質；以該表面層焊帶之總重量為100 wt%，該表面層焊帶含有以下成分：C：0～0.030 wt%；Si：0.10～0.35 wt%；Mn：1.0～2.5 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.030 wt%；Ni：11.0～14.0 wt%；Cr：18.0～20.0 wt%；Mo：2.0～3.0 wt%；Cu：0～0.75 wt%；N：0～0.040 wt%；餘量為鐵與其它不可避免雜質；該焊劑是由以下焊劑原料組成物經高溫燒結而成，且以該焊劑原料組成物之總重量為100 wt%，該焊劑原料組成物含有：CaF₂：60～75 wt%；Al₂O₃：5～10 wt%；SiO₂：5～15 wt%；MgO：1～10 wt%；CaO：5～15 wt%。

較佳地，該過渡層焊帶中C相對於該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中C相對於該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為0～0.02 wt%。

較佳地，該表面層焊帶中Mo相對於該表面層焊帶的重量百分含量為2.5～3.0 wt%。

較佳地，該過渡層焊帶中S相對於該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中S相對於該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為0～0.02 wt%，進一步優選為0～0.01 wt%。

較佳地，該過渡層焊帶中P相對於該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中P相對於該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為0～0.02 wt%，進一步優選為0～0.01 wt%。

較佳地，該焊劑是經650～850℃高溫燒結而成，粒度為15～60目。

較佳地，以該過渡層焊帶配合焊劑所得過渡層之所有成分總重量為100 wt%，該過渡層之成分含有：C：0～0.030 wt%；Si：0.30～0.65 wt%；Mn：1.0～2.0 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.020 wt%；Ni：11.0～14.0 wt%；Cr：20.0～24.0 wt%；Mo：0 wt%；Cu：0～0.75 wt%；N：0～0.070 wt%；餘量為鐵與其它不可避免雜質。

較佳地，以該表面層焊帶配合焊劑所得表面層之所有成分總重量為100 wt%，該表面層之成分含有：C：0～0.030 wt%；Si：0.30～0.65 wt%；Mn：1.0～2.0 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.030 wt%；Ni：11.0～14.0 wt%；Cr：18.0～20.0 wt%；Mo：2.0～3.0 wt%；Cu：0～0.75 wt%；N：0～0.060 wt%；餘量為鐵與其它不可避免雜質。

如何獲得良好的抗腐蝕能力，是容器內壁耐蝕層堆焊首要考慮的問題，堆焊焊帶成分是實現良好抗腐蝕能力的主要原因，下面通過合金元素在堆焊焊帶中的作用對本發明所提供焊帶的特點加以說明：C：C是奧氏體形成元素，但在奧氏體不鏽鋼中，C含量往往是限定在一個較低的範圍，因為在合金中若C是以單獨成分存在會和鉻結合從而減少了固溶體中能夠確保抗腐蝕的鉻的含量，易引發局部腐蝕，造成所謂的「晶間腐蝕」。本焊帶中的C含量設定在0～0.03 wt%，較佳為0～0.02 wt%。

Cr：含有15 wt%以上的Cr是確保不鏽鋼耐氧化、耐高溫腐蝕的重要因素，理論上Cr含量越高耐蝕性越優異，但為了更經濟的材料利用又能避免「貧鉻」而造成的晶間腐蝕，在過渡層焊帶中將Cr含量設定在23.0～25.0 wt%，表面層焊帶的Cr含量設定在18.0～20.0 wt%。

Ni：在奧氏體不鏽鋼中Ni是確保穩定的奧氏體組織的必要元素，若含量不足，難以形成穩定的奧氏體組織，且在高溫下長時間使用會導致σ相等的脆化相析出，使高溫強度、韌性明顯變差，但若Ni含量過高，不僅成本增加，造成資源浪費且會使不鏽鋼形成單一的奧氏體組織，使裂紋敏感性增加。本發明將過度層焊帶Ni含量設定為12.0～14.0 wt%，表面層焊帶Ni含量設定為11.0～14.0 wt%。

Mo：Mo可以有效提高不鏽鋼的高溫強度和蠕變強度，不鏽鋼中含有一定量的Mo還可使不鏽鋼耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕，本發明將表面層焊帶Mo含量設定為2～3 wt%，較佳為2.5～3.0 wt%，過渡層焊帶不含Mo。

Mn：Mn是良好的去氧元素且能抑制作為雜質的S在奧氏體不鏽鋼中造成的加工脆性，但Mn含量大於3 wt%時會導致不鏽鋼在高溫時延展性、韌性下降。本發明將焊帶中的Mn含量設定為1.0～2.5 wt%。

Si：Si有一定的去氧作用，Si含量0.1 wt%以上的奧氏體不鏽鋼能有效提高耐氧化性，但Si含量在0.8 wt%以上焊接凝固裂紋敏感性就增強，所以堆焊焊帶的Si含量不宜大於0.8 wt%，考慮到焊劑的增Si作用，將焊帶中的Si含量設定為0.10～0.35 wt%。

S：S在奧氏體不鏽鋼中一般作為雜質元素存在，S含量增加會導致不鏽鋼耐蝕性下降，且使熱加工性能和焊接性變差，特別當S含量大於0.03 wt%時會明顯變差，因此將S含量設定為0～0.030 wt%，較佳為0～0.020 wt%，更佳為0～0.010 wt%。

P：P在奧氏體不鏽鋼中一般作為雜質元素存在，P含量增加能降低鋼的塑性和韌性且對焊接性有不良的影響，作為不鏽鋼中的有害元素將P含量設定為0～0.030 wt%，較佳為0～0.020 wt%，更佳為0～0.010 wt%。

本發明同時提供一種堆焊焊劑，下面具體說明各組成成分及其含量的限制理由等問題。

CaF₂主要是作為造渣劑和導電成分，通過熔化後電離成Ca²⁺和F^-起到導電作用。若氟化物含量過低，堆焊時會產生電弧，若含量過高電阻熱降低，熔合不好。本發明焊劑CaF₂含量設定為60～75 wt%；Al₂O₃是良好的造渣劑，其熔點高，化學性能穩定，且具有較高的粘度和電阻，可增加熔渣的電阻熱來熔化電極。還能調節熔渣粘度，改善焊道成型；但Al₂O₃含量太高會容易產生電弧，本發明焊劑Al₂O₃含量設定為5～10 wt%；SiO₂主要作為造渣劑，它可以與MgO、Al₂O₃等作用，生成低熔點複合物增加焊渣的高溫粘度，調節濕潤角，改善焊道成型，但SiO₂的化學活性大，會與氟化物反應生成氣體，焊接時誘發飛濺，為保證良好的焊接製程性能及焊道成型，本發明焊劑SiO₂含量設定為5～15 wt%；MgO用作造渣劑，它能與SiO₂作用穩定焊接過程，還可以提高渣的導電性；含量過高則會影響脫渣性和焊道成型，含量太低堆焊時會產生電弧。本發明焊劑MgO含量設定為1～10 wt%；CaO用作造渣劑且可以穩定焊接過程，有良好的脫硫作用，本發明焊劑CaO含量設定為5～15 wt%。

較佳地，該焊劑經650～850℃高溫燒結而成，粒度為15～60目。

本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

＜實施例＞

按照本發明所提供焊帶的化學成分選原料，經冶煉→澆注→鍛打→熱軋→酸洗→冷軋→分條、分卷製成鋼帶，規格為0.5 mm厚、60 mm寬，過渡層焊帶記為H1、H2、H3、H4(成分見表1)，表面層焊帶記為D1、D2、D3、D4(成分見表1)；按照本發明設計的焊劑成分，配製十六種焊劑，記為焊劑1～焊劑16(成分見表2)。分別用它們在50 mm厚的Q345B鋼板上實施以下焊接(堆焊參數見表3)：

1.　過渡層堆焊：選用H2，接電流900 A，電壓29 V，焊接速度22 cm/min；

2.　表面層堆焊：在過渡層上堆焊D2，焊接電流900 A,焊接電壓29 V，焊接速度20 cm/min；

3.　記錄堆焊製程性能(表4)，選擇有代表性的焊劑1、焊劑6、焊劑15配合表面層焊帶2檢測堆焊焊帶物理性能(表5)和化學成分(表6)。

通過以上焊接測試，比對各項焊接性能，我們可以看到：

1.　本發明中過渡層焊帶中不添加Mo元素，表面層成分完全能滿足生產中Mo元素的成分需求，避免因燒損、稀釋等造成的堆焊層成分不足問題；

2.　本發明中的焊劑有著很強的焊接適應性，在基本成分不變的情況下在實際生產焊接中可多次回收利用；

3.　由於該焊劑成分設計簡單且焊接適應性強，在焊劑生產中可完全避免由於生產原因造成的焊劑成分不均勻性引起的焊接缺陷；

4.　本發明焊帶配合焊劑所得堆焊焊道，可避免焊道成型不平整及焊道搭接處容易產生缺陷等問題，避免焊後修補的麻煩。

綜上所述，本發明所提供之焊帶及焊劑，有著優良的焊接性，其物理、化學性能均能滿足各種類型容器內壁大面積堆焊的使用。

惟以上該者，僅為本發明之較佳實施例與具體例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，包含一焊帶及一焊劑，該焊帶包括過渡層焊帶和表面層焊帶，其中，該過渡層焊帶中不含Mo元素，且以該過渡層焊帶所含成分之總重量為100 wt%，該過渡層焊帶含有以下成分：C：0～0.030 wt%；Si：0.10～0.35 wt%；Mn：1.0～2.5 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.030 wt%；Ni：12.0～14.0 wt%；Cr：23.0～25.0 wt%；Cu：0～0.75 wt%；N：0～0.040 wt%；及餘量為鐵與其他不可避免雜質；以該表面層焊帶之總重量為100 wt%，該表面層焊帶含有以下成分：C：0～0.030 wt%；Si：0.10～0.35 wt%；Mn：1.0～2.5 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.030 wt%；Ni：11.0～14.0 wt%；Cr：18.0～20.0 wt%；Mo：2.0～3.0 wt%；Cu：0～0.75 wt%；N：0～0.040 wt%；及餘量為鐵與其它不可避免雜質；該焊劑是由以下焊劑原料組成物經高溫燒結而成，且以該焊劑原料組成物之總重量為100 wt%，該焊劑原料組成物含有：CaF₂：60～75 wt%；Al₂O₃：5～10 wt%；SiO₂：5～15 wt%；MgO：1～10 wt%；及CaO：5～15 wt%。
根據申請專利範圍第1項所述之不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，其中，分別以該過渡層焊帶之總重量為100 wt%與以該表面層焊帶之總重量為100 wt%，該過渡層焊帶中C與該表面層焊帶中C之至少之一的含量範圍為0～0.02 wt%。
根據申請專利範圍第1項所述之不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，其中，以該表面層焊帶之總重量為100 wt%，該表面層焊帶中Mo的含量範圍為2.5～3.0 wt%。
根據申請專利範圍第1項所述之不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，其中，以該表面層焊帶之總重量為100 wt%，該表面層焊帶中S的含量範圍為0～0.02 wt%。
根據申請專利範圍第4項所述之不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，其中，以該表面層焊帶之總重量為100 wt%，該表面層焊帶中S的含量範圍為0～0.01 wt%。
根據申請專利範圍第1項所述之不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，其中，該表面層焊帶中P的含量範圍為0～0.02 wt%。
根據申請專利範圍第6項所述之不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，其中，以該表面層焊帶之總重量為100 wt%，該表面層焊帶中P的含量範圍為0～0.01 wt%。
根據申請專利範圍第1項所述之不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，其中，該焊劑是經650～850℃高溫燒結而成，粒度為15～60目。
根據申請專利範圍第1項所述之不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，其中，以該過渡層焊帶配合焊劑所得過渡層之所有成分總重量為100 wt%，該過渡層之成分含有：C：0～0.030 wt%；Si：0.30～0.65 wt%；Mn：1.0～2.0 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.020 wt%；Ni：11.0～14.0 wt%；Cr：20.0～24.0 wt%；Mo：0 wt%；Cu：0～0.75 wt%；N：0～0.070 wt%；及餘量為鐵與其它不可避免雜質。
根據申請專利範圍第1項所述之不鏽鋼帶極電渣堆焊材料，其中，以該表面層焊帶配合焊劑所得表面層之所有成分總重量為100 wt%，該表面層之成分含有：C：0～0.030 wt%；Si：0.30～0.65 wt%；Mn：1.0～2.0 wt%；P：0～0.030 wt%；S：0～0.030 wt%；Ni：11.0～14.0 wt%；Cr：18.0～20.0 wt%；Mo：2.0～3.0 wt%；Cu：0～0.75 wt%；N：0～0.060 wt%；及餘量為鐵與其它不可避免雜質。