TWI732689B

TWI732689B - 超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑

Info

Publication number: TWI732689B
Application number: TW109133135A
Authority: TW
Inventors: 曾光宏
Original assignee: 國立屏東科技大學
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2021-07-01
Also published as: TW202122199A

Abstract

一種超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑，用以解決傳統雙相不銹鋼助銲劑於氬弧銲接超級型雙相不銹鋼後所形成之銲道無法達到兼顧提高深寬比與耐蝕性，以及解決銲接偏弧問題。該超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑係包含以重量百分比計20~30%的二氧化矽、20~25%的二氧化鈦、15~20%的二氧化釩、10~15%的三氧化鉬、10~15%的二硼化鋯、5~10%的氮化鋁、5~10%的碳酸錳及5~10%的碳酸鎳。

Description

超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑

本發明係關於一種助銲劑，尤其係一種用於氬弧銲接超級型雙相不銹鋼之助銲劑。

雙相不銹鋼(duplex stainless steel)屬於鐵鉻鎳系不銹鋼，其顯微組織為由肥粒鐵(ferrite)與沃斯田鐵(austenite)組成之雙相結構，其中肥粒鐵或沃斯田鐵含量需大於30%。雙相不銹鋼因存在雙相結構而使其兼具肥粒鐵不銹鋼與沃斯田鐵不銹鋼的優點。相較於肥粒鐵不銹鋼，雙相不銹鋼除了具較佳的破裂韌性、耐晶間腐蝕性及銲接性外，亦同時保留肥粒鐵不銹鋼熱膨脹係數小、熱傳導係數高的特點。相較於沃斯田鐵不銹鋼，雙相不銹鋼降伏強度是沃斯田鐵不銹鋼的兩倍，耐氯離子應力腐蝕破裂能力顯著高於SUS 304沃斯田鐵不銹鋼，而其耐孔蝕性與耐縫隙腐蝕性則和SUS 316沃斯田鐵不銹鋼相當。

超級型雙相不銹鋼代表性鋼種為SAF 2507/UNS S32750。相較於標準型雙相不銹鋼(代表性鋼種為SAF 2205/UNS S32205)，由於超級型雙相不銹鋼的特點是超低碳、高鉬及高氮，因此其具有優異的耐孔蝕性與耐縫隙腐蝕性。由於超級型雙相不銹鋼是集耐腐蝕性佳、機械強度良好，及易於製造加工等諸多優異性能於一身的特殊鋼材，因此廣泛應用於冷熱水交換器、石化壓力桶槽、油氣輸送管線及海水淡化過濾罐等高值化金屬製品。

超級型雙相不銹鋼銲接品質取決於銲道與熱影響區(weld zone)中之肥粒鐵/沃斯田鐵含量百分比。然因銲接熱循環的高溫急冷效應，容易造成超級型雙相不銹鋼銲道與熱影響區單相肥粒鐵化，此為超級型雙相不銹鋼施銲的最大難點。簡言之，超級型雙相不銹鋼銲接後，將會造成銲道與熱影響區存在較高含量百分比的肥粒鐵結構，進而降低銲道與熱影響區的耐蝕性。由此可知，當銲接超級型雙相不銹鋼時，銲道與熱影響區的肥粒鐵/沃斯田鐵含量百分比必須嚴格控制(肥粒鐵含量百分比應低於50%或沃斯田鐵含量百分比應高於50%)。

中華民國專利第I633059號揭露一種習用氬弧銲接助銲劑，包含以重量百分比計25~35%二氧化矽、20~25%三氧化二鉻、10~20%三氧化鉬、10~15%氧化鎳、5~10%氧化鐵、5~10%四氧化三鈷、5~10%二氧化錳及3~5%氧化銅，使用該習用氬弧銲接助銲劑於氬弧銲接標準型雙相不銹鋼(如SAF 2205/UNS S32205)時，可以提高該銲道深寬比及其耐蝕性。然而，倘若將該習用氬弧銲接助銲劑用於氬弧銲接超級型雙相不銹鋼(SAF 2507/UNS S32750)時，無法兼顧提高銲道深寬比及其耐蝕性，以及無法避免發生銲接偏弧問題。

有鑑於此，確實有必要提供一種可以用於氬弧銲接超級型雙相不銹鋼工件的超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑。

為解決上述問題，本發明之目的係提供一種超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑，適合應用於氬弧銲接超級型雙相不銹鋼工件。

本發明全文所記載之元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本發明提供一種超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑係可以包含以重量百分比計20~30%的二氧化矽、20~25%的二氧化鈦、15~20%的二氧化釩、10~15%的三氧化鉬、10~15%的二硼化鋯、5~10%的氮化鋁、5~10%的碳酸錳及5~10%的碳酸鎳。

據此，當使用該超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑來進行超級型雙相不銹鋼工件的氬弧銲接時，藉由其包含特定之二氧化矽、二氧化鈦、二氧化釩、三氧化鉬、二硼化鋯、氮化鋁、碳酸錳及碳酸鎳之組分配比，在二超級型雙相不銹鋼工件之間所形成之銲道具有提高之深寬比與耐蝕性，且於氬弧銲接過程中亦無銲接偏弧發生，為本發明之功效。

其中，該氮化鋁含量可以介於5~9%之間、該碳酸錳含量可以介於5~7%之間及該碳酸鎳含量可以介於5~7%之間。如此，使形成於該二超級型雙相不銹鋼工件之間的銲道具有提高之深寬比與耐蝕性，且於氬弧銲接過程中亦無銲接偏弧發生。

其中，該氮化鋁含量可以為5%、該碳酸錳含量可以為5%及該碳酸鎳含量可以為5%。如此，使形成於該二超級型雙相不銹鋼工件之間的銲道具有提高之深寬比與耐蝕性，且於氬弧銲接過程中亦無銲接偏弧發生。

其中，該超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑可以另包含一可揮發性溶劑。如此，使二氧化矽、二氧化鈦、二氧化釩、三氧化鉬、二硼化鋯、氮化鋁、碳酸錳及碳酸鎳粉末可以分散於該可揮發性溶劑中而形成泥漿狀，利於工者塗佈於該二超級型雙相不銹鋼工件之間。

其中，該可揮發性溶劑可以包含甲醇、丙酮或異丙醇。如此，在將形成泥漿狀的超級雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑在塗佈於該二超級型雙相不銹鋼工件之間之後，可以快速揮發而有助於縮短工者待銲時間。

其中，該超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑的粉末粒徑可以介於50~90μm之間。如此，該超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑的粉末可以形成具有良好均一性的均勻混合物，可以均勻地塗佈於超級型雙相不銹鋼表面，且於氬弧銲接時能夠完全熔融，達到提高銲道深度之功效。此外，倘若使用粉末粒徑大於90μm之該超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑進行氬弧銲接，容易形成殘渣，而倘若使用粉末粒徑小於50μm之該超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑進行氬弧銲接，則必須使用更大量的該超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑進行銲接，造成成本上的浪費。如此，粉末粒徑介於50~90μm之間的超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑，不僅可以防止形成殘渣，也可以降低製造成本。

因此，當使用本發明之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑來進行超級型雙相不銹鋼工件的氬弧銲接時，藉由其所包含之特定之二氧化矽、二氧化鈦、二氧化釩、三氧化鉬、二硼化鋯、氮化鋁、碳酸錳及碳酸鎳之組分配比，在該二超級型雙相不銹鋼工件之間所形成之銲道具有至少0.8以上之深寬比，縮小形成在該二超級型雙相不銹鋼工件之間的熱影響區(heat-affected zone，HAZ)，進而降低熱變形及殘留應力的風險；並且，各銲道之沃斯田鐵含量百分比高於肥粒鐵含量百分比而可以提高銲道的耐蝕性，且於氬弧銲接過程中亦未發生銲接偏弧現象，為本發明之功效。

〔第1圖〕使用第A08組氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接之後所形成之第B08組銲件的銲道之橫截面形態圖。

〔第2圖〕使用第A12組氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接之後所形成之第B12組銲件的銲道之橫截面形態圖。

〔第3圖〕未使用任何氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接之後所形成之第B17組銲介的銲道之橫截面形態圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑之一具體實施例，該超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑以重量百分比計，係可以包含20~30%的二氧化矽、20~25%的二氧化鈦、15~20%的二氧化釩、10~15%的三氧化鉬、10~15%的二硼化鋯、5~10%的氮化鋁、5~10%的碳酸錳及5~10%的碳酸鎳。在另一具體實施例中，該氮化鋁含量為9%、該碳酸錳含量為5%及該碳酸鎳含量為5%。在另一具體實施例中，該氮化鋁含量為5%、該碳酸錳含量為6%及該碳酸鎳含量為5%。在另一具體實施例中，該氮化鋁含量為5%、該碳酸錳含量為5%及該碳酸鎳含量為5%。在另一具體實施例中，該氮化鋁含量為9%、該碳酸錳含量為5%及該碳酸鎳含量為6%。在另一具體實施例中，該氮化鋁含量為6%、該碳酸錳含量為6%及該碳酸鎳含量為5%。在另一具體實施例中，該氮化鋁含量為5%、該碳酸錳含量為10%及該碳酸鎳含量為5%。

當使用本發明之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑來進行超級型雙相不銹鋼工件的氬弧銲接時，透過特定組分配比之二氧化矽、二氧化鈦、二氧化釩、三氧化鉬、二硼化鋯、氮化鋁、碳酸錳及碳酸鎳，在二超級型雙相不銹鋼工件之間所形成之銲道具有至少0.8以上之深寬比，縮小形成在該二超級型雙相不銹鋼工件之間的熱影響區(heat-affected zone，HAZ)，進而降低熱變形及殘留應力的風險；並且，該銲道之沃斯田鐵含量百分比高於肥粒鐵含量百分比而具有較佳耐蝕性，且於氬弧銲接過程中亦無銲接偏弧發生。

在一具體實施例中，本發明之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑另可包含一可揮發性溶劑。在另一具體實施例中，該可揮發性溶劑包含但不限於甲醇、丙酮或異丙醇。

在一具體實施例中，本發明之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑的粉末粒徑為介於50~90μm之間。

在一具體實施例中，本發明之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑所應用之超級型雙相不銹鋼種類包含但不限於UNS S32750和UNS S32760超級型雙相不銹鋼。

為了證實藉由本案所提供之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑確實能透過特定之二氧化矽、二氧化鈦、二氧化釩、三氧化鉬、二硼化鋯、氮化鋁、碳酸錳及碳酸鎳之組分配比的技術手段，達到兼顧提高銲道深寬比及其耐蝕性，以及無銲接偏弧發生之功效，遂進行以下之試驗：

試驗(A)

依據下列第1表所示之組分配比，將二氧化矽、二氧化鈦、二氧化釩、三氧化鉬、二硼化鋯、氮化鋁、碳酸錳及碳酸鎳等粉末混合後，以丙酮溶劑配製成泥漿狀，以製得第A01~A15組之氬弧銲接助銲劑。

依據下列第2表所示之組分配比，將二氧化矽、三氧化二鉻、三氧化鉬、氧化鎳、氧化鐵、四氧化三鈷、二氧化錳及氧化銅等粉末混合後，以丙酮溶劑配製成泥漿狀，以製得第A16組之習用氬弧銲接助銲劑。

試驗(B)

利用粒度為400號數之碳化矽砂紙清除厚度為6mm之UNS S32750超級型雙相不銹鋼工件的表面上之汙染物後，再以丙酮擦拭該超級型雙相不銹鋼工件。之後，利用毛刷將泥漿狀之第A01~A16組的氬弧銲接助銲劑塗佈於超級型雙相不銹鋼工件的表面，待丙酮溶劑完全揮發後再進行氬弧銲接，以獲得第B01~B16組的銲件(如第3表所示)。另，第B17組係在未塗佈任何氬弧銲接助銲劑的條件下，以氬弧銲接方法銲接超級型雙相不銹鋼工件所形成的銲件。

在進行氬弧銲接時，記錄是否有銲接偏弧現象的發生；且在進行氬弧銲接之後，取樣第B01~B17組銲件的銲道之橫截面，並記錄各銲道之深度與寬度，以及計算各銲道深寬比(發生銲接偏弧現象之第B11、B13~B16組銲件之銲道未記錄其深度與寬度)。此外，量測各銲件的銲道的肥粒鐵含量百分比，以計算各銲件的銲道之肥粒鐵含量百分比與沃斯田鐵含量百分比，其結果如下列第4表所示。

第1~3圖分別顯示第B08、B12、B17組銲件之銲道的橫截面形態，其中，僅有第B08組銲件的銲道完全滲透。再如第3表及第1~3圖所示，相較於第B12、B17組銲件的銲道，第B01~10組銲件的銲道的深度較深且寬度較窄，其深寬比為至少0.80以上，甚至高達0.97，因此可以形成較小的熱影響區，降低熱變形及應力殘留的風險。

此外，如第3表所示，相較於第B11~B17組銲件的銲道，第B01~B10組銲件的銲道中的肥粒鐵含量較低，且均低於50%，意即，各銲道之沃斯田鐵含量百分比高於肥粒鐵含量百分比，顯示各銲道具有優異的耐蝕性。再者，使用第A01~A10組之氬弧銲接助銲劑進行氬弧銲接時，並未發生銲接偏弧現象。

綜上所述，當使用本發明之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑來進行超級型雙相不銹鋼工件的氬弧銲接時，藉由其含有20~30%的二氧化矽、20~25%的二氧化鈦、15~20%的二氧化釩、10~15%的三氧化鉬、10~15%的二硼化鋯、5~10%的氮化鋁、5~10%的碳酸錳及5~10%的碳酸鎳之組分配比，在該二超級型雙相不銹鋼工件之間所形成之銲道具有至少0.8以上之深寬比，縮小形成在該二超級型雙相不銹鋼工件之間的熱影響區(heat-affected zone，HAZ)，進而降低熱變形及殘留應力的風險；並且，各銲道之沃斯田鐵含量百分比高於肥粒鐵含量百分比而可以提高銲道的耐蝕性，且於氬弧銲接過程中亦未發生銲接偏弧現象，為本發明之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑，包含以重量百分比計20~30%的二氧化矽、20~25%的二氧化鈦、15~20%的二氧化釩、10~15%的三氧化鉬、10~15%的二硼化鋯、5~10%的氮化鋁、5~10%的碳酸錳及5~10%的碳酸鎳。
如請求項1之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑，其中，該氮化鋁含量為介於5~9%之間、該碳酸錳含量為介於5~7%之間及該碳酸鎳含量為介於5~7%之間。
如請求項1之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑，其中，該氮化鋁含量為5%、該碳酸錳含量為5%及該碳酸鎳含量為5%。
如請求項1之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑，另包含一可揮發性溶劑。
如請求項4之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑，其中，該可揮發性溶劑包含甲醇、丙酮或異丙醇。
如請求項1之超級型雙相不銹鋼氬弧銲接助銲劑，其中，該超級型雙相不銹鋼助銲劑的粉末粒徑為介於50~90μm之間。