具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条及其制备方法
【专利摘要】本发明属于金属材料领域，涉及一种具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条及其制备方法。该不锈钢焊条具有较高的对接接头抗拉强度；该焊条由焊丝和药皮构成，药皮包裹焊丝，钠水玻璃和钾水玻璃为粘接剂，药皮粘结在焊丝周围，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
【专利说明】具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条及其制备方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于金属材料领域，涉及一种具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条及其制备方法。
【背景技术】
[0003]CN201310061489.9提出了一种高强度水下湿法焊接用不锈钢焊条，包括药皮和焊芯两部分，其特征在于焊芯为304L不锈钢，药皮由金红石、长石、白云石、羧甲基纤维素、锰粉、硅铁及镍粉组成，各组成成份的重量百分比为:金红石42-52%，长石20-30%，白云石5-10%,羧甲基纤维素5-10%，锰粉5-9%，硅铁1-4%以及镍粉0_5%。但是该焊条对接接头抗拉强度偏低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊，其具有较高的对接接头抗拉强度。
[0005]本发明的另一目的是提供一种具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
[0006]本发明的具体技术方案如下:
一种具有多元合金药皮的高`抗拉强度不锈钢焊条，由焊丝和药皮构成，药皮包裹焊丝，钠水玻璃和钾水玻璃为粘接剂，药皮粘结在焊丝周围，该焊条的各成份分别如下:
粘结剂成份:由钠水玻璃和钾水玻璃按重量比为1:0.5-0.9混合而成；其中钠水玻璃波美度Be 44.0-46.0，模数2.7-2.9，氧化钾质量百分含量为14.0-17.0%，二氧化硅质量百分含量为28.0-31.0%，其余为水；钾水玻璃波美度0.50-0.52，模数2.2-2.5，二氧化硅质量百分含量为29.2-31%，氧化钠质量百分含量为10.2-12%，其余为水；
焊丝成份:各化学成份的重量百份含量为:铬11_13%，锰0.3-0.5%，硅0.1-0.7%，钨
0.4-0.9%,镍 3-8%,碳 0.02-0.05%,镨 0.02-0.06%,铈 0.02-0.05%,其余 Fe ；
药皮成份:各化学成份的重量百分含量为:糊精3-5%，二氧化钛20-22%，氟化钾1-5%，长石3-8%，白垩1-5%，高岭土 1-3%，二氧化硅6-10%，锰铁合金10_12%，多元合金粉15-20%，其余为大理石；其中锰铁合金中Mn的重量百分含量为64-67%，其余为Fe ；
所述多元合金粉中各成份的重量百分含量为Ce 0.05-0.1%, Pr 0.05-0.1%, Ba
0.05-0.08%, W 0.3-0.6%, Cr 15-18%，Sn 0.5-1%, Mn 3-10%, B 4-7%, Si 9-12%, Ni 5-8%,Nb 0.05-0.1%，其余 Fe。
[0007]所焊丝的直径为4_6mm,长度为400mm,药皮厚度为l_3mm。
[0008]上述具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条制备方法，该方法包括以下步骤如下: 1)粘接剂准备:按上述重量比准备粘接剂；
2)药皮成份配制:按照上述重量比取药皮成份，并混合均匀；其中锰铁合金中Mn的重量百分含量为64-67%，其余为Fe ;其中多元合金粉的制备:按照上述重量比进行配料，原料的纯度均大于99.9% ;将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1570-1590°C，得到母合金液体；然后将母合金液倒入装有感应加热圈的坩埚中间包；感应加热圈的频率为50-100kHz，中间包本体下部开有长方孔喷嘴；长方孔喷嘴下部为冷却辊，冷却辊和喷嘴间距为0.3-0.6 mm ;当冷却辊转动后，坩埚中间包中的母液与冷却辊接触形成宽度为10-50mm，厚度为18-24 μ m的带材；冷却辊轮缘的旋转线速度为21-25m/s ;然后将得到的带材放入球磨机中研磨20-24小时，得到多元合金粉；药皮成份与上述粘接剂混合均匀，形成药皮料泥；其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100:7-11 ；
3)焊丝制备:按照上述重量比进行配料，所有原料纯度均大于99.9% ;在感应炉中熔炼，熔炼温度为1590-1610°C，浇注成柱状毛坯，然后通过热拔方法形成焊丝，热拔温度为1360-1390°C ；
4)将混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；药皮料泥与焊丝的重量比为0.5-0.6: I ;焊条经14-24小时晾干，然后再放入烘箱内在140_200°C烘烤2-3小时，得到高抗拉强度不锈钢焊条。
[0009]步骤2)中长方孔喷嘴尺寸为:宽度为0.1-0.4mm，长度为10_50mm。
[0010]步骤2)中多元合金粉的颗粒直径在500-900 μ m。
[0011]步骤3)中所述柱状毛坯直径为20-22mm ;所述焊丝直径为4_6mm。
[0012]本发明相比现有技术具有如下有益效果:
本发明焊丝中加入钨、镍、镨、铈等微量元素后，使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻止了大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，大大提高了钢铁材料的抗蚀能力。铬、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀性能的主要元素。
[0013]材料中的多元合金粉既为脱氧剂，又为合金剂。多元合金粉中的N1、Nb、W、Cr可参与钢的合金化过程，起固溶强化作用，提高焊接接头的强度和韧性；Ce、Pr、Ba细化接头的组织，起晶界强化作用。Nb是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度，Nb与碳结合还可防止钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。其中的Mn、B、S1、Sn可起脱氧作用。
[0014]材料中糊精为造气剂，这些物质在焊条融化时能产生大量的一氧化碳、二氧化碳、氢气等，包围电弧，保护金属不被氧化和氮化。二氧化钛、氟化钾为稀渣剂，稀释熔渣，以增加其活性。水玻璃为稳弧剂，是一种容易电离的物质。两种水玻璃混合提高了电弧燃烧稳定性，并使电弧易于引燃。大理石、高岭土、长石为造渣剂。白垩为稳弧剂，是一种容易电离的物质，能提高电弧燃烧稳定性，并使电弧易于引燃。
[0015]本发明的具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条可应用于电子仪器方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例一制备的具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条药皮组织图。[0017]
【具体实施方式】
[0018]以下各实例中所用原料:
钠水玻璃波美度Be 44.0-46.0，模数2.7-2.9，氧化钾质量百分含量为14.0-17.0%，二氧化硅质量百分含量为28.0-31.0%，其余为水。
[0019]钾水玻璃波美度0.50-0.52，模数2.2-2.5，二氧化硅质量百分含量为29.2-31%,氧化钠质量百分含量为10.2-12%，其余为水。
[0020]原料中:糊精、二氧化钛粉、氟化钾粉、长石粉、白垩粉、高岭土粉、二氧化硅粉、锰铁合金粉、大理石粉的粒径均为400-600 μ m。
[0021]长石为(市购)，其中各成份质量百分含量:A1203 14-16%，Na20 7-10%，其余Si02。
[0022]大理石为(市购)，其成份中各成份质量百分含量:Fe203 0.5-1.2%，Si02
0.8-1.5%，其余 CaC03。
[0023]高岭土为(市购)，其中各成份质量百分含量:A1203 38-40%, H20 12-14%, Si02。
[0024]白垩中各成份重量百分含量为:二氧化硅0.1-0.2%、三氧化二铝0.01-0.03%、三氧化二铁0.01-0.03%，其余为碳酸钙。
[0025]实施例一:
本发明具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条，由焊丝和药皮构成，药皮包裹焊丝，钠水玻璃和钾水玻璃为粘接剂，药皮粘结在焊丝周围，该焊条的制备过程如下:
1)粘结剂成份:由钠水玻璃和钾水玻璃按重量比为1:0.5混合而成；
2)药皮成份:各化学成份的重量百分含量为:糊精3%;二氧化钛粉20;氟化钾粉1%;长石粉3% ;白垩粉1% ;高岭土粉1% ;二氧化硅粉6% ;锰铁合金粉10% ;多元合金粉15%，其余为大理石粉。其中锰铁合金粉中Mn的重量百分含量为65%，其余为Fe ；
所述多元合金粉中各成份的重量百分含量为:Ce 0.05%, Pr 0.0%，Ba 0.05%, W 0.3%，Cr 15%, Sn 0.5%，Mn 3%, B 4%, Si 9%, Ni 5%, Nb 0.05%，其余 Fe。多元合金粉的制备:按照上述原料进行配料，原料的纯度均大于99.9% ;将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1570°C，得到母合金液体；然后将母合金液倒入装有感应加热圈的坩埚中间包；感应加热圈的频率为50kHz，中间包本体下部开有长方孔喷嘴；长方孔喷嘴尺寸为:宽度为0.1mm,长度为10mm。长方孔喷嘴下部为冷却辊，冷却辊和喷嘴间距为0.3 mm ;当冷却辊转动后，坩埚中间包中的母液与冷却辊接触形成宽度为10-50 mm，厚度为18-24μπι的带材；冷却辊轮缘的旋转线速度为21m/s ;然后将得到的带材放入球磨机中研磨20小时，得到多元合金粉，多元合金粉的粒径在500-900 μ m。
[0026]药皮成份与上述粘接剂混合均匀，形成药皮料泥；其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100:7。
[0027]3)焊丝制备:按照重量百份含量为:焊丝重量百分数为11%铬、0.3%锰、0.1%硅、0.4%钨、镍3 %，碳0.02 %，镨0.02%，铈0.02 %，其余为Fe进行配料，所有原料纯度均大于99.9% ;各原料在感应炉中熔炼，熔炼温度为1590°C，浇注成柱状毛坯，然后通过热拔方法形成焊丝，热拔温度为1360°C ;柱状毛坯直径为20mm ;所述焊丝直径为4mm。
[0028]4)将混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；药皮料泥与焊丝的重量比为0.5:1，药皮厚度为l-3mm;焊条经14小时晾干，然后再放入烘箱内在140°C烘烤3小时，得到多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条。
[0029]实施例二:
本发明具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条，由焊丝和药皮构成，药皮包裹焊丝，钠水玻璃和钾水玻璃为粘接剂，药皮粘结在焊丝周围。该焊条的各成份分别如下:
1)粘结剂成份:由钠水玻璃和钾水玻璃按重量比为1:0.9混合而成；
2)药皮成份:各化学成份的重量百分含量为:糊精:3%;二氧化钛粉:22% ;氟化钾粉:5% ;长石粉:8% ;白垩粉5% ;高岭土粉3% ;二氧化硅粉10% ;锰铁合金粉12% ;多元合金粉20%，其余为大理石粉；其中锰铁合金中Mn的重量百分含量为65%，其余为Fe ；
所述多元合金粉中各成份的重量百分含量为:Ce 0.1%, Pr 0.1%, Ba 0.08%, W 0.6%，Cr18%, Sn I %, Mn 10%, B 7%, Si 12%, Ni 8%, Nb 0.1%，其余 Fe。
[0030]多元合金粉的制备:按照上述重量比进行配料，原料的纯度均大于99.9% ;将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1590°C，得到母合金液体；然后将母合金液倒入装有感应加热圈的坩埚中间包；感应加热圈的频率为100kHz，中间包本体下部开有长方孔喷嘴；长方孔喷嘴尺寸为:宽度为0.4mm，长度为50mm。长方孔喷嘴下部为冷却辊，冷却辊和喷嘴间距为0.6 mm;当冷却辊转动后，坩埚中间包中的母液与冷却辊接触形成宽度为10-50 mm，厚度为18-24 μ m的带材；冷却辊轮缘的旋转线速度为25m/s ;然后将得到的带材放入球磨机中研磨24小时,得到多元合金粉,多元合金粉的粒径在700 μ m左右。
[0031]药皮成份与上述粘接剂混合均匀，形成药皮料泥；其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100:10 ；
3)焊丝制备:按照重量百份含量为:铬13%、锰0.5%、硅0.7%、钨0.9%、镍8%，碳
0.05%，镨0.06%，铈0.05%，其余Fe进行配料，所有原料纯度均大于99.9% ;各原料在感应炉中熔炼，熔炼温度为1610°C，浇注成柱状毛坯，然后通过热拔方法形成焊丝，热拔温度为1390°C ;柱状毛坯直径为22mm ;所述焊丝直径为6mm。
[0032]4)将混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；药皮料泥与焊丝的重量比为0.6:1，药皮厚度为l-3mm;焊条经24小时晾干，然后再放入烘箱内在200°C烘烤2-3小时，得到多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条。
[0033]实施例三:
本发明具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条，由焊丝和药皮构成，药皮包裹焊丝，钠水玻璃和钾水玻璃为粘接剂，药皮粘结在焊丝周围。该焊条的各成份分别如下:
1)粘结剂成份:由钠水玻璃和钾水玻璃按重量比为1:0.7混合而成；
2)药皮成份:各成份的重量百分比为:糊精:4%;二氧化钛粉:21%;氟化钾粉:4%;长石粉:5% ;白垩粉:4% ;高岭土粉:2% ;二氧化硅粉:8% ；锰铁合金粉:11% ;多元合金粉18%，其余为大理石。其中锰铁合金中Mn的重量百分含量为66%，其余为Fe ；
所述多元合金粉中各成份的重量百分含量为:Ce0.08%，Pr 0.08%, Ba 0.06%, W 0.5%，Crl6%, Sn0.6%, Mn7%, B5%, Si 10%, Ni 6%, Nb 0.09%，其余 Fe。
[0034]多元合金粉的制备:按照上述重量比进行配料，原料的纯度均大于99.9% ;将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1580°C，得到母合金液体；然后将母合金液倒入装有感应加热圈的坩埚中间包；感应加热圈的频率为80kHz，中间包本体下部开有长方孔喷嘴；长方孔喷嘴尺寸为:宽度为0.2mm，长度为30mm。长方孔喷嘴下部为冷却辊，冷却辊和喷嘴间距为0.5 mm;当冷却辊转动后，坩埚中间包中的母液与冷却辊接触形成宽度为10-50 mm,厚度为18-24 μ m的带材；冷却辊轮缘的旋转线速度为23m/s ;然后将得到的带材放入球磨机中研磨20小时,得到多元合金粉,多元合金粉的粒径在500-900 μ m。
[0035]药皮成份与上述粘接剂混合均勻，形成药皮料泥；其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100:8 ；
3)焊丝制备:焊丝各成份的重量百分数为:12%铬、0.4%锰、0.5%硅、0.7%钨、镍5%，碳0.03%，镨0.04%，铈0.03%，其余为Fe进行配料，所有原料纯度均大于99.9% ;各原料在感应炉中熔炼，熔炼温度为1600°C，浇注成柱状毛坯，然后通过热拔方法形成焊丝，热拔温度为13800°C ;柱状毛坯直径为22mm ;所述焊丝直径为6mm。
[0036]4)将混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；药皮料泥与焊丝的重量比为0.6:1，药皮厚度为l-3mm;焊条经24小时晾干，然后再放入烘箱内在180°C烘烤2小时，得到多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条。
[0037]实施例四:(成分配比不在本发明涉及比例范围内)
本发明具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条，由焊丝和药皮构成，药皮包裹焊丝，焊丝的直径为4mm，长度为400mm，药皮厚度为Imm ;钠水玻璃和钾水玻璃为粘接剂，药皮粘结在焊丝周围。该焊条的各成份分别如下:
粘结剂成份:由钠水玻璃和钾水玻璃按重量比为1:0.5混合而成；
焊丝成份:各化学成份的重量百分含量为:焊丝成份:各化学成份的重量百份含量为:铬 10%，锰 0.1%，硅 0.05%，钨 0.2%，镍 1%，碳 0.01%，镨 0.01%，铈 0.01%，其余 Fe;
药皮成份:各化学成份的重量百分含量为:糊精2%，二氧化钛粉17%，氟化钾粉0.5%，长石粉1%，白垩粉0.5%，高岭土粉0.5%，二氧化硅粉4%，锰铁合金8%，多元合金粉13%，其余为大理石；多元合金粉中各成份的重量百分含量为Ce 0.02%, Pr 0.02%, Ba 0.02%, W
0.2%, Cr 12%, Sn 0.2%, Mn 1%，B 2%, Si 7%, Ni 2%, Nb 0.02%，其余 Fe ；
其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100:8 ；
该具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条的其余条件及制备过程同实施例一。
[0038]实施例五:(成分配比不在本发明涉及比例范围内)
本发明具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条，由焊丝和药皮构成，药皮包裹焊丝，焊丝的直径为4mm，长度为400mm，药皮厚度为Imm ;钠水玻璃和钾水玻璃为粘接剂，药皮粘结在焊丝周围。该焊条的各成份分别如下:
粘结剂成份:由钠水玻璃和钾水玻璃按重量比为1:0.5混合而成；
焊丝成份:各化学成份的重量百份含量为:铬15%，锰0.6%，硅0.9%，钨1.1%，镍10%,碳 0.08%,镨 0.09%,铈 0.08%,其余 Fe ；
药皮成份:各化学成份的重量百分含量为:糊精7%，二氧化钛粉25%，氟化钾粉7%，长石粉10%，白垩粉7%，高岭土粉5%，二氧化硅粉12%，锰铁合金粉14%，多元合金粉22%，其余为大理石；多元合金粉中各成份的重量百分含量为Ce 0.2%，Pr 0.2%，Ba 0.09%, W 0.8%，Cr 19%, Sn 1.1%, Mn 11%, B 8%, Si 13%, Ni 9%, Nb 0.2%，其余 Fe;
其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100:8 ；
该具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条的其余条件及制备过程同实施例一。[0039]表一
【权利要求】
1.一种具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条，由焊丝和药皮构成，药皮包裹焊丝，钠水玻璃和钾水玻璃为粘接剂，药皮粘结在焊丝周围，其特征是:该焊条的各成份分别如下: 粘结剂成份:由钠水玻璃和钾水玻璃按重量比为1:0.5-0.9混合而成；其中钠水玻璃波美度Be 44.0-46.0，模数2.7-2.9，氧化钾质量百分含量为14.0-17.0%，二氧化硅质量百分含量为28.0-31.0%，其余为水；钾水玻璃波美度0.50-0.52，模数2.2-2.5，二氧化硅质量百分含量为29.2-31%，氧化钠质量百分含量为10.2-12%，其余为水； 焊丝成份:各化学成份的重量百份含量为:铬11_13%，锰0.3-0.5%，硅0.1-0.7%，钨0.4-0.9%,镍 3-8%,碳 0.02-0.05%,镨 0.02-0.06%,铈 0.02-0.05%,其余 Fe ； 药皮成份:各化学成份的重量百分含量为:糊精3-5%，二氧化钛20-22%，氟化钾1-5%，长石3-8%，白垩1-5%，高岭土 1-3%，二氧化硅6-10%，锰铁合金10_12%，多元合金粉15-20%，其余为大理石；其中锰铁合金中Mn的重量百分含量为64-67%，其余为Fe ； 所述多元合金粉中各成份的重量百分含量为Ce 0.05-0.1%, Pr 0.05-0.1%, Ba0.05-0.08%, W 0.3-0.6%, Cr 15-18%，Sn 0.5-1%, Mn 3-10%, B 4-7%, Si 9-12%, Ni 5-8%,Nb 0.05-0.1%，其余 Fe。
2.根据权利要求1所述具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条，其特征是:所述药皮成份与粘接剂的重量比为100:7-11 ;所焊丝的直径为4-6mm，长度为400mm，药皮厚度为 l_3mm。
3.权利要求1所述具有多元合金药皮的高抗拉强度不锈钢焊条制备方法，其特征是:该方法包括以下步骤如下: 1)粘接剂准备:按上述重量比准备粘接剂； 2)药皮成份配制:按照上述重量比取药皮成份，并混合均匀；其中锰铁合金中Mn的重量百分含量为64-67%，其余为Fe ;其中多元合金粉的制备:按照上述重量比进行配料，原料的纯度均大于99.9% ;将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1570-1590°C，得到母合金液体；然后将母合金液倒入装有感应加热圈的坩埚中间包；感应加热圈的频率为50-100kHz，中间包本体下部开有长方孔喷嘴；长方孔喷嘴下部为冷却辊，冷却辊和喷嘴间距为0.3-0.6 mm ;当冷却辊转动后，坩埚中间包中的母液与冷却辊接触形成宽度为10-50mm，厚度为18-24 μ m的带材；冷却辊轮缘的旋转线速度为21-25m/s ;然后将得到的带材放入球磨机中研磨20-24小时，得到多元合金粉；药皮成份与上述粘接剂混合均匀，形成药皮料泥；其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100:7-11 ； 3)焊丝制备:按照上述重量比进行配料，所有原料纯度均大于99.9% ;在感应炉中熔炼，熔炼温度为1590-1610°C，浇注成柱状毛坯，然后通过热拔方法形成焊丝，热拔温度为1360-1390°C ； 4)将混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；药皮料泥与焊丝的重量比为0.5-0.6: I ;焊条经14-24小时晾干，然后再放入烘箱内在140_200°C烘烤2-3小时，得到高抗拉强度不锈钢焊条。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是:步骤2)中长方孔喷嘴尺寸为:宽度为0.1-0.4mm,长度为 10_50mm。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是:步骤2)中多元合金粉的颗粒直径在500-900 μ mD
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是:步骤3)中所述柱状毛坯直径为20-22mm ;所述焊丝直径为 4_6mm。
【文档编号】B23K35/30GK103753054SQ201410057490
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】赵浩峰, 王玲, 程勇, 邱奕婷, 陆阳平, 王冰, 郑泽昌, 赵圣哲, 宋超, 王易秋, 徐小雪, 何晓蕾, 柯维雄, 赵佳玉, 潘康 申请人:南京信息工程大学