不锈钢焊接用的药芯焊丝的制作方法
【专利摘要】本发明涉及不锈钢焊接用的药芯焊丝。具体地说，本发明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，其特征在于：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。本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。
【专利说明】不锈钢焊接用的药芯焊丝
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种适用于特殊不锈钢焊接用的药芯焊丝，特别是一种适用于炼镁行业用还原罐专用的不锈钢的焊接材料。
【背景技术】
[0002]镁是所有结构用金属及合金材料中密度最低的。与其他金属结构材料相比，镁及镁合金具有比强度高、比刚度好、减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，导热性、好易切削加工、易回收等一系列优点，在汽车工业、电子电器、交通运输、航空航天和国防军事领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料，并被称为21世纪的绿色工程材料。
[0003]从白云石等含镁的矿石中提炼金属镁——硅热还原法炼镁，即是将煅烧白云石和硅铁等磨成细粉，按一定比例混合压成团状，装入用耐热合金制成的还原罐内，在1150?1200°C的高温及10?20Pa的压强下进行还原得出镁蒸汽，冷凝后成为结晶镁，再融化制成镁锭。硅热还原法以其投资省、建厂快、产品质量好的特点与优势至今仍是最重要的炼镁方法。
[0004]硅热法炼镁中，多是采用加拿大的皮江设计的从外部加热的横罐真空还原炉，还原炉用耐火砖砌筑，许多个还原罐排成一列，平放在还原炉的支座上，外部燃料加热，所以，硅热还原法炼镁又称皮江法炼镁。还原罐是热法炼镁的发生器，它是由高铬镍耐热钢，经电炉冶炼、离心浇注制成，重量在500kg左右，形状呈试管状。
[0005]作为皮江法(真空还原法)炼镁过程中还原工序的重要装备是还原罐。它属于消耗材料，就其品质、生产工艺、所处工作环境而言，是集新材料，冶炼工艺，特种铸造，焊接工艺综合成一体的高技产品。还原罐寿命低、价格高是国内外炼镁业的一大难题，提高还原罐的使用寿命、降低还原罐的制造成本已成为镁业的重要课题。
[0006]还原罐的一般结构及服役条件:常用还原罐的典型结构是由半球型封头、直通罐体和冷却水套三部分组成。还原罐尺寸通常为:外径300?400mm，壁厚30?40mm，长2500?4000mm。I个大气压下，镁的沸点1107°C，正常服役时，在镁蒸汽吸收过程中抽取20Pa左右的真空，还原炉内的还原罐工作温度在1200?3000°C，受到其自重和大气压产生的载负，其工作条件为典型的高温、长时间、带载工作。
[0007]还原罐在1150?1200°C的高温及10?20Pa的压强下长期工作，要求具有良好的高温抗氧化、抗腐蚀性能，以及足够的高温强度和综合机械性能。由此看出，炼镁还原罐的工作环境恶劣，炼镁还原罐的材质要求很高。既要能耐1200°C左右的高温，能抵抗一定的烟气腐蚀，又要具有较高的抗高温蠕变能力，以抵抗因抽真空而带来的罐体变形。
[0008]目前工业上使用的还原罐多为金属还原罐。金属材料还原罐的材质为耐热不锈钢。耐热刚是使用最广泛、制造技术相对成熟的还原罐制造材料。长期以来，人们对耐热钢还原罐的制造技术进行了大量研究，通过合金化、调整成分、优化配料、控制冶炼、铸造工艺以及改善罐体结构等手段，不同程度地改善和提高了还原罐的质量，延长了其使用寿命。[0009]镁业还原罐是炼镁行业中重要的生产部件，其罐体为耐腐蚀、耐高温的低镍氮(冶炼金属镁还原罐)材质。目前国内冶炼金属镁所用还原罐的所采用的焊接材料主要为埋弧焊焊丝和焊条，但其存在着熔敷效率低、焊接设备要求高和现场施工操作不便的缺点。因此，考虑采用不锈钢药芯焊丝，可以提高焊接质量，便于现场施工，大幅提高焊接效率，降低相应成本，是行业所需。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种镁业行业特殊不锈钢用的药芯焊丝，特别是该药芯焊丝可用于冶镁行业使用的还原罐。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，该焊丝具有优良的焊接工艺性能，焊接效率高，现场操作和施工便利，其熔敷金属具有耐氧化、耐硫化、耐腐蚀性能强，具有良好的抗裂性。本发明基于此发现而得以完成。
[0011]本发明第一方面的提供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，其特征在于，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、娃铁1-6重量份、钦铁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(即加入平衡量的铁粉使得该药芯粉的总重量为100重量份，在本发明中如有类似表述均表示此含义)。
[0012]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成，其特征在于，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的15?25%，所述的药芯包含如下重量百分比组份:金属铬粉30-38%、金属镍粉6-15%、金属锰粉3-10%、金红石20_35%、硅铁1-6%、钛铁1-7%、长石2-10%、石英5-10%、氟化稀土 1_5%、氮化金属粉1_5%、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100%重量(即加入平衡量的铁粉使得该药芯粉的总重量100%，在本发明中如有类似表述均表示此含义)。
[0013]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成，其特征在于，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的18?22%，所述的药芯包含如下重量配比组份:金属铬粉32-36重量份、金属镍粉7-11重量份、金属锰粉5-8重量份、金红石25-30重量份、娃铁2-4重量份、钛铁2-5重量份、长石4_7重量份、石英6_8重量份、氟化稀土 1-3重量份、氮化金属粉1-3重量份、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100重量份。
[0014]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，其由药芯粉和包裹所述药芯粉的不锈钢带构成，其特征在于，所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的18?22%，所述的药芯包含如下重量百分比组份:金属铬粉32-36%、金属镍粉7-11%、金属锰粉5-8%、金红石25_30%、硅铁2-4%、钛铁2-5%、长石4-7%、石英6-8%、氟化稀土 1_3%、氮化金属粉1_3%、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100%重量。
[0015]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝,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。
[0016]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，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。
[0017]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，其特征在于，其具有下文任一实施例的组成。
[0018]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，其特征在于，其用于炼镁行业用还原罐的不锈钢焊接材料。
[0019]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，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304L型不锈钢、常规的奥氏体不锈钢、以及炼镁还原罐所用的不锈钢，例如但不限于ZG3Cr24Ni7N钢、ZG3Cr24Ni7NRE钢等材质。
[0020]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，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0.010%，磷含量均不高于0.025%。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PS0.05%,S ( 0.05%,例如PS0.03%,S ^ 0.03%。
[0021]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，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。
[0022]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，其特征在于，其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。
[0023]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，其特征在于，其在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含:c ( 0.2%, Mn 为 L 2-2.8%, Si ( 1.2%, S^0.03%, P^0.03%, Cr 为24.0-29.0%, Ni 为 7.0-11.0%, N 为 0.08-0.25%, Mo ( 0.75%, Cu ( 0.75%,以及余量的 Fe和任选的不可避免的杂质。
[0024]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，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~
1.5_范围内，下面实施例中，实施例1所得药芯焊丝的直径为1.2_，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。
[0025]根据本发明第一方面任一方案的药芯焊丝，其特征在于，其是按包括以下步骤的方法制备得到的:
[0026](I)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；
[0027](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；
[0028](3)对焊丝表面进行机械清理，得到药芯焊丝的最终产品。
[0029]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，其中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；[0030]该方法包括以下步骤:
[0031](I)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；
[0032](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；
[0033](3)对焊丝表面进行机械清理，得到药芯焊丝的最终产品。
[0034]根据本发明第二方面任一方案的方法，其特征在于，所述药芯焊丝由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%，所述的药芯包含如下重量百分比组份:金属铬粉30-38%、金属镍粉6-15%、金属锰粉3-10%、金红石20-35%、硅铁1-6%、钛铁1-7%、长石2-10%、石英5_10%、氟化稀土 1_5%、氮化金属粉1_5%、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100%重量。
[0035]根据本发明第二方面任一方案的方法，其特征在于，所述药芯焊丝由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18~22%，所述的药芯包含如下重量配比组份:金属铬粉32-36重量份、金属镍粉7-11重量份、金属锰粉5-8重量份、金红石25-30重量份、娃铁2-4重量份、钛铁2-5重量份、长石4_7重量份、石英6_8重量份、氟化稀土 1-3重量份、氮化金属粉1-3重量份、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100重量份。
[0036]根据本发明第二方面任一方案的方法，其特征在于，所述药芯焊丝由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%，所述的药芯包含如下重量百分比组份:金属铬粉32-36%、金属镍粉7-11%、金属锰粉5-8%、金红石25-30%、硅铁2-4%、钛铁2-5%、长石4_7%、石英6_8%、氟化稀土 1_3%、氮化金属粉1_3%、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100%重量。
[0037]根据本发明第二方面任一方案的方法,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。
[0038]根据本发明第二方面任一方案的方法，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。
[0039]根据本发明第二方面任一方案的方法，其特征在于，所述药芯焊丝具有下文任一实施例的组成。
[0040]根据本发明第二方面任一方案的方法，其特征在于，所述药芯焊丝用于炼镁行业用还原罐的不锈钢焊接材料。
[0041]根据本发明第二方面任一方案的方法，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304L型不锈钢、常规的奥氏体不锈钢、以及炼镁还原罐所用的不锈钢，例如但不限于ZG3Cr24Ni7N钢、ZG3Cr24Ni7NRE钢等材质。
[0042]根据本发明第二方面任一方案的方法，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0.010%，磷含量均不高于0.025%。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≤0.05%，例如P≤0.03%、S≤0.03%。
[0043]根据本发明第二方面任一方案的方法，其特征在于，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。
[0044]根据本发明第二方面任一方案的方法，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≤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。
[0045]根据本发明第二方面任一方案的方法，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 ( 0.2%，Si ( 1.2%，Mn为1.2-2.8%，P≤0.03%, S≤0.03%,Ni 为 7.0-11.0%, Cr 为 24.0-29.0%, N 为 0.08-0.25%, Mo ( 0.75%, Cu ( 0.75%,以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。
[0046]根据本发明第二方面任一方案的方法，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。
[0047] 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。
[0048]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。
[0049]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。
[0050]如本发明所使用的，氟化稀土(rare earth fluoride)是一种略带红色的白色粉末。其由氢氧化稀土或氯化稀土水溶液与氢氟酸反应而得。通常而言，其熔点1460°C、沸点2300°C。通常不溶于水、盐酸、硝酸、硫酸、能溶于高氯酸。可用于电影弧光碳棒、探照灯碳棒等的发光材料及钢铁添加剂等。氟化稀土可以从市场上容易购得，在本发明中，如未特别说明，所用的氟化稀土均是从市场上购得的。
[0051]如本发明所使用的，娃铁(Ferric silicon)是铁和娃组成的铁合金。其通常是以焦炭、钢屑、石英(或硅石)为原料，用电炉冶炼制成的铁硅合金，其中的硅含量可以在较大的范围内变化，取决于具体的型号，尽管如以选择不同的组成，但是可以通过确定本发明药芯焊丝的总化学组成而选择适宜规格的硅铁。硅铁可以从市场上容易购得，在本发明中，如未特别说明，所用的硅铁均是从市场上购得的。
[0052]如本发明所使用的，钛铁(Ferrotitanium)是含钛量为20%_27%的铁合金，其通常用作脱氧剂、除气剂，钛的脱氧能力大大高于硅、锰，并可减少钢锭偏析，改善钢锭质量，提高收得率。用作合金剂，是特殊钢种的主要原料，它可增大钢的强度、抗腐蚀性和稳定性。广泛用于不锈钢、工具钢等。并可改善铸铁性能，用于铸造工业以提高铸铁的耐磨性、稳定性、加工性等。钛铁又是钛钙型电焊条涂料的原料。钛铁中的钛含量可以在较大的范围内变化，取决于具体的型号，尽管如以选择不同的组成，但是可以通过确定本发明药芯焊丝的总化学组成而选择适宜规格的钛铁。钛铁可以从市场上容易购得，在本发明中，如未特别说明，所用的钛铁均是从市场上购得的。
[0053]如本发明所使用的，金红石是较纯的二氧化钛，一般含二氧化钛在95%以上，是提炼钛的重要矿物原料，但在地壳中储量较少。它具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、小t匕重等优异性能，被广泛用于军工航空、航天、航海、机械、化工、海水淡化等方面。金红石本身是高档电焊条必须的原料之一，也是生产金红石型钛白粉的最佳原料。
[0054]如本发明所使用的，氮化金属粉选自氮化金属铬粉、氮化金属锰粉、氮化金属镍粉等以及它们的组合。在本发明中，基于期望使用本发明药芯焊丝在施焊后之其获得熔敷金属的组成要求，可以适当地选择具体氮化金属粉的种类、规格和用量。
[0055]如本发明所使用的，长石和石英均具有本领域公知的含义，它们都是本领域技术人员在制备焊接材料中常用的矿物原料，并且均可以容易地从市场购得。
[0056]本发明药芯焊丝典型的空间结构如图1所示，图1显示了本发明焊丝的剖面结构。具体地说，本发明药芯焊丝11由管状的外皮Ila及被填充在外皮Ila的内部的焊剂Ilb构成。外皮I Ia是不锈钢，其基材由与焊接对象的母材基本相同的金属构成，出于使焊接金属的组织稳定化，提高屈服点、抗拉强度及韧性这样的机械性质，或者提高耐腐蚀性等的化学的性质为目的，该基材含有C、N1、Cr、S1、Mo等成分。另外，此C、Si等成分除了是外皮Ila的不锈钢中的成分以外，还作为单体或化合物存在于焊剂Ilb中，外皮Ila及焊剂Ib这双方被供给到等焊接构件的焊接部。图1中显示了 a、b、C、d四种不锈钢带包裹药芯粉的典型方式。上述管状的外皮Ila即可以是由本发明所述不锈钢带卷曲形成。
[0057]特别地，采用本发明的药芯焊丝产品用于焊接炼镁业还原罐的特殊用不锈钢，其焊缝金属的耐氧化、耐硫化、耐腐蚀性能强，具有良好的抗裂性，焊接效率高，焊接性能好，可提高焊缝接头的高温持久性能，从而延长了焊件的使用寿命。
[0058]本发明的另一特点在于，本发明的药芯焊丝可以适用多种焊接保护气体。其可适用于100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar以及加入少量惰性气体的富氩气体等。而且，采用本发明的药芯焊丝，在使用不同的焊接保护气体的情况下，其焊接所形成的焊缝金属均具有良好的性能，满足工件的使用条件。
[0059]已经出人意料地发现，本发明所获得的不锈钢焊接用的药芯焊丝，特别适用于炼镁行业中的高消耗性还原罐的焊接。
【具体实施方式】
[0060]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。
[0061]以下各实施例和对照例，如无另外说明，均照以下方法制备
[0062](I)按照所述药芯组成配置好药芯粉末，将厚度0.4mm、宽度IOmm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；
[0063](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；
[0064](3)对焊丝表面进行机械清理，得到药芯焊丝的最终产品。
[0065]实施例1:制备本发明的药芯焊丝[0066]将药芯粉以18%的填充率填充在不锈钢带(304L不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分组成如下:
[0067]32%的金属铬粉，8%的金属镍粉，6%的金属锰粉，25%的金红石，4%的硅铁，5%的钛铁，6%的长石，7%的石英，3%的氟化稀土，1%的氮化金属镍粉，其余为铁粉使添加至100%。
[0068]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.09，Mn:1.86，S1:0.70，S:0.009，P:0.025，Cr:25.85，N1:7.55, N:0.09,Mo:0.06，Cu:0.08，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(ZG3Cr24Ni7NRE钢制炼镁还原罐，还原罐使用周期>115天；对其它的304L型不锈钢、常规的奥氏体不锈钢、ZG3Cr24Ni7N钢制炼镁还原罐的使用周期亦达到107?119天；下文对比例I?对比例5所得5种焊丝与本实施例所得焊丝并行地用于ZG3Cr24Ni7NRE钢制炼镁还原罐的焊接，结果还原罐使用周期分别为86天、88天、81天、83天、74天)。本实施例以及下面的各实施例所得药芯焊丝使用三种保护气体进行施焊，在还原罐使用寿命、熔敷金属抗高温氧化能力、熔敷金属抗高温硫化腐蚀能力等方面均具有相同的结果。在下面试验中，仅提供使用100%0)2气体作为保护气体采用本发明各实施例所得焊丝进行施焊的熔敷金属的测试结果。
[0069]实施例2:制备本发明的药芯焊丝
[0070]将药芯粉以20%的填充率填充在不锈钢钢带(304L不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0071 ] 36%的金属铬粉，8%的金属镍粉，5%的金属锰粉，25%的金红石，2%的硅铁，4%的钛铁，6%的长石，6%的石英，3%的氟化稀土，2%的氮化金属铬粉，其余为铁粉使添加至100%。
[0072]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.093,Mn:1.93, S1:0.62, S:0.007,P:0.023, Cr:26.23,N1:7.60,N:0.095,Mo:0.08，Cu:0.10，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>115天)。
[0073]实施例3:制备本发明的药芯焊丝
[0074]将药芯粉以19%的填充率填充在不锈钢钢带(304L不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0075]35%的金属铬粉，8%的金属镍粉，5%的金属锰粉，30%的金红石，3%的硅铁，
[0076]4%的钛铁，7%的长石，6%的石英，1%的氟化稀土，1%的氮化金属铬粉。
[0077]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.09，Mn:1.90，S1:0.67，S:0.006，P:0.020，Cr:26.31，N1:7.58, N:0.086,Mo:0.07，Cu:0.08，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>110天)。
[0078]实施例4:制备本发明的药芯焊丝
[0079]将药芯粉以22%的填充率填充在不锈钢钢带(常规的奥氏体不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:[0080]33%的金属铬粉，11%的金属镍粉，8%的金属锰粉，26%的金红石，2%的硅铁，3%的钛铁，5%的长石，8%的石英，2%的氟化稀土，2%的氮化金属锰粉。
[0081]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.09，Mn:1.92，S1:0.62，S:0.008，P:0.023，Cr:26.26，N1:7.99, N:0.11，Mo:0.05，Cu:0.13，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>110天)。
[0082]实施例5:制备本发明的药芯焊丝
[0083]将药芯粉以18%的填充率填充在不锈钢钢带(304L型不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0084]34%的金属铬粉，7%的金属镍粉，7%的金属锰粉，28%的金红石，3%的硅铁，2%的钛铁，4%的长石，7%的石英，3%的氟化稀土，3%的氮化金属镍粉，其余为铁粉使添加至100%。
[0085]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.085,Mn:1.93, S1:0.60, S:0.010, P:0.028, Cr:26.25, N1:7.55, N:0.092,Mo:0.09，Cu:0.12，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>120天)。
[0086]实施例6:制备本发明的药芯焊丝
[0087]将药芯粉以20%的填充率填充在不锈钢钢带(304L型不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0088]35%的金属铬粉，10%的金属镍粉，8%的金属锰粉，29%的金红石，3%的硅铁，3%的钛铁，4%的长石，6%的石英，1%的氟化稀土，1%的氮化金属铬粉。
[0089]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.1，Mn:2.11，S1:0.68，S:0.011，P:0.024，Cr:27.07，N1:7.75，N:0.096,Mo:0.10,Cu:0.11，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>115天)。
[0090]实施例7:制备本发明的药芯焊丝
[0091]将药芯粉以22%的填充率填充在不锈钢钢带(ZG3Cr24Ni7N钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0092]36%的金属铬粉，9%的金属镍粉，5%的金属锰粉，27%的金红石，3%的硅铁，2%的钛铁，5%的长石，7%的石英，2%的氟化稀土，2%的氮化金属镍粉，其余为铁粉使添加至100%。
[0093]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.12，Mn:2.01，S1:0.70，S:0.008，P:0.021，Cr:27.41，N1:7.82, N:0.13，Mo:0.07，Cu:0.08，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>110天)。
[0094]实施例8:制备本发明的药芯焊丝
[0095]将药芯粉以21%的填充率填充在不锈钢钢带(ZG3Cr24Ni7NRE钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0096]32%的金属铬粉，7%的金属镍粉，6%的金属锰粉，26%的金红石，4%的硅铁，3%的钛铁，7%的长石，7%的石英，3%的氟化稀土，3%的氮化金属锰粉，其余为铁粉使添加至100%。
[0097]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.09，Mn:1.98，S1:0.67，S:0.009，P:0.024，Cr:26.35，N1:7.62, N:0.09,Mo:0.075，Cu:0.09，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>115天)。
[0098]实施例9:制备本发明的药芯焊丝
[0099]将药芯粉以25%的填充率填充在不锈钢钢带(304L型不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0100]35%的金属铬粉，11%的金属镍粉，5%的金属锰粉，26%的金红石，2%的硅铁，3%的钛铁，5%的长石，6%的石英，2%的氟化稀土，2%的氮化金属镍粉，其余为铁粉使添加至100%。
[0101]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.11，Mn:2.0, S1:0.66，S:0.009，P:0.021，Cr:27.41，N1:8.01，N:0.13,Mo:0.l,Cu:0.13，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>112天)。
[0102]实施例10:制备本发明的药芯焊丝
[0103]将药芯粉以15%的填充率填充在不锈钢钢带(304L型不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0104]33%的金属铬粉，7%的金属镍粉，7%的金属锰粉，30%的金红石，2%的硅铁，5%的钛铁，4%的长石，8%的石英，1%的氟化稀土，2%的氮化金属铬粉，其余为铁粉使添加至100%。
[0105]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.085,Mn:2.06, S1:0.68, S:0.010, P:0.023, Cr:26.77, N1:7.63, N:
0.10，Mo:0.07，Cu:0.08，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>110天)。_6] 实施例11:制备本发明的药芯焊丝
[0107]将药芯粉以20%的填充率填充在不锈钢钢带(304L型不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0108]33%的金属铬粉，7%的金属镍粉，7%的金属锰粉，28%的金红石，2%的硅铁，5%的钛铁，4%的长石，8%的石英，1%的氟化稀土，2%的氮化金属镍粉，其余为铁粉使添加至100%。
[0109]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.195,Mn:2.76, S1:0.78, S:0.028, P:0.023, Cr:28.86, N1:7.06, N:
0.241,Mo:0.73，Cu:0.18，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>110天)。
[0110]实施例12:制备本发明的药芯焊丝[0111]将药芯粉以20%的填充率填充在不锈钢钢带(304L型不锈钢)内，所含的药芯质量百分比成分如下:
[0112]33%的金属铬粉，7%的金属镍粉，7%的金属锰粉，29%的金红石，2%的硅铁，5%的钛铁，4%的长石，8%的石英，1%的氟化稀土，2%的氮化金属铬粉，其余为铁粉使添加至100%。
[0113]经轧制、拉拔得到药芯焊丝。该药芯焊丝采用多种保护气体(100%C02气体、80%Ar+20%C02混合气体、100%Ar三者)分别对炼镁还原罐进行施焊，焊丝施焊后熔敷金属化学组成包含(%):C:0.085，Mn:1.26，S1:1.18，S:0.020，P:0.021，Cr:24.17，N1:10.82，N:0.084，Mo:0.12，Cu:0.72，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。其所形成的焊缝成形美观，焊缝金属耐烧耐热性能优良，焊件具有较好的使用寿命(还原罐使用周期>111天)O
[0114]以上实施例都具有操作性优异，优良的焊缝成形，良好的耐高温烧损性能，焊后镁业还原罐的使用寿命得到较好的提升。
[0115]对比例1:照CN101362260B说明书[0028]实施例1的配料和方法制备得到焊丝。
[0116]对比例2:照CN101362260B说明书[0029]实施例2的配料和方法制备得到焊丝。
[0117]对比例3:照CN102229029B说明书[0041]?[0042]实施例1的配料和方法制备
得到焊丝。
[0118]对比例4:照CN101596655B说明书实施例部分表3所载N0.1的配料和方法制备
得到焊丝。
[0119]对比例5:照CN102909490A说明书[0051]实施例1的配料和方法制备得到焊丝。
[0120]试验例1:熔敷金属的抗高温氧化能力和抗高温硫化腐蚀能力考察
[0121]参考刘满才等的文献(刘满才，等，太原理工大学学报，1998，29 (4):366-369)方法进行。
[0122]1、试验方法:
[0123]为模拟炼镁还原罐的工况条件，进行1250°C高温氧化和1200°C高温硫化腐蚀试验。在管式炉中加热试样。试样尺寸为IOOmmX50mmX50mm。进行高温硫化腐蚀试验时,将硫磺置于管式炉中温度为400°C的区域，使管内产生稳定的含硫气氛。试样放入后，密封管式炉两端，试样在1200°C的含硫气氛中进行腐蚀试验。
[0124]经高温氧化和硫化腐蚀试验后的试样，用不连续称重法称量加热不同时间后的试样，并按下式计算出试样的失重率:失重率(%)=失重量/试样表面积。
[0125]1250°C高温氧化加热50h后测定失重率。1200°C高温硫化腐蚀试验加热IOh后测定失重率。同条件下共作3组试样，取其平均值。
[0126]供试样品:上文实施例1至实施例12共12个药芯焊丝、以及对比例I至对比例5共5个药芯焊丝，经100%C02气体为保护气体对ZG3Cr24Ni7NRE钢制炼镁还原罐进行焊接，得到共计17个熔敷金属试样。
[0127]2、高温氧化试验结果
[0128]经1250°C高温氧化加热50h后，实施例1至实施例12之12个药芯焊丝所得熔敷金属试样的失重率均在231?264g/平方米范围内，例如实施例1和实施例2两个药芯焊丝所得熔敷金属试样的失重率分别为239.2g/平方米和247.6g/平方米。但是对比例I至对比例5之5个药芯焊丝所得熔敷金属试样的失重率均在386?434g/平方米范围内，例如比较例5药芯焊丝所得熔敷金属试样的失重率为413.5g/平方米。
[0129]3、高温硫化腐蚀试验结果
[0130]在1200°C含硫气氛中的高温硫化腐蚀IOh后测定失重率。
[0131]实施例1至实施例12之12个药芯焊丝所得熔敷金属试样的失重率均在16?24g/平方米范围内，例如实施例1和实施例2两个药芯焊丝所得熔敷金属试样的失重率分别为18.4g/平方米和21.3g/平方米。但是对比例I至对比例5之5个药芯焊丝所得熔敷金属试样的失重率均在183?381g/平方米范围内，例如比较例5药芯焊丝所得熔敷金属试样的失重率为314.2g/平方米。
【权利要求】
1.一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，其特征在于: 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、金属猛粉3-10重量份、金红石20-35重量份、娃铁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；或者所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的15~25%，所述的药芯包含如下重量百分比组份:金属铬粉30-38%、金属镍粉6-15%、金属锰粉3-10%、金红石20_35%、硅铁1_6%、钛铁1-7%、长石2-10%、石英5-10%、氟化稀土1-5%、氮化金属粉1_5%、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100%重量。
2.根据权利要求1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，其特征在于， 所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的18~22%，所述的药芯包含如下重量配比组份:金属铬粉32-36重量份、金属镍粉7-11重量份、金属锰粉5-8重量份、金红石25-30重量份、娃铁2-4重量份、钛铁2-5重量份、长石4-7重量份、石英6-8重量份、氟化稀土 1-3重量份、氮化金属粉1-3重量份、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100重量份；或者所述药芯粉占所述药芯焊丝总重量的18~22%，所述的药芯包含如下重量百分比组份:金属铬粉32-36%、金属镍粉7-11%、金属锰粉5-8%、金红石25_30%、硅铁2_4%、钛铁2-5%、长石4-7%、石英6-8%、氟化稀土1-3%、氮化金属粉1_3%、和任选的铁粉适量加至药芯粉总计为100%重量。
3.根据权利要求1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18~22%的填充率填充在不锈钢钢带内。
4.根据权利要求1的药芯焊丝，其特征在于，其用于炼镁行业用还原罐的不锈钢焊接材料。
5.根据权利要求1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。
6.根据权利要求1的药芯焊丝，其特征在于， 其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；或者 其在施焊后所得熔敷金属的化学组成包含:C ( 0.2%，Mn为1.2-2.8%，Si ( 1.2%，S ≤ 0.03%, P ≤ 0.03%, Cr 为 24.0-29.0%, Ni 为 7.0-11.0%, N 为 0.08-0.25%, Mo ( 0.75%,Cu ( 0.75%，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。
7.根据权利要求1的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的直径在0.8~1.5mm范围内。
8.根据权利要求1至7任一项的药芯焊丝，其特征在于，其是按包括以下步骤的方法制备得到的: (I)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至8任一项的药芯焊丝的方法，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，其中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、金属猛粉3_10重量份、金红石20-35重量份、娃铁1-6重量份、钦铁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的方法，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 ( 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；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≤0.2%，Si≤1.2%，Mn为.1.2-2.8%, P ≤ 0.03%, S ≤ 0.03%, Ni 为 7.0-11.0%, Cr 为 24.0-29.0%, N 为 0.08-0.25%,Mo ( 0.75%，Cu ( 0.75%，以及余量的Fe和任选的不可避免的杂质。
【文档编号】B23K35/362GK103521951SQ201310538333
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】崔晓东, 李伟, 董海青, 李 柱, 王学东, 王磊, 董阳阳 申请人:北京金威焊材有限公司, 中冶建筑研究总院有限公司