专利名称：双相不锈钢用焊剂空心焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于焊接双相不锈钢的焊丝，更具体的说，是一种用于焊接化学工业中使用的各种设备，例如用海水作为冷却水的冷凝器管路、石油化学工业用的热交换器及油井管路等的奥氏体和铁素体不锈钢中，在可焊性、耐裂纹性、耐应力腐蚀性和耐点蚀性上能形成优良焊接区的焊剂空心焊丝。
2、背景技术不锈钢是一种合金钢，即向钢中加铬以提高耐腐蚀性，按化学成分主要分类为铬基钢和铬镍基钢而按金相结构主要分类为五种，例如马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体—铁素体钢和沉淀硬化钢。
马氏体和铁素体钢为铬基不锈钢，其中具有代表性带有13铬不锈钢的马氏体钢具有耐腐蚀性和耐热性，广泛地用作一般机器结构钢，而作为代表性的具有18铬不锈钢的铁素体钢机械性能较差，因为材料质量不能通过热处理而提高，总之，铁素体钢容易焊接，具有BBC(体心立方)结构的铁磁性，成形性好，广泛用于家用商品和机动车部件上。
奥氏体钢是一种铬镍基不锈钢，18-8不锈钢就是具有代表性的一种。奥氏体不锈钢是一种非磁性FCC(面心立方)结构工业用基本不锈钢并且韧性和耐腐蚀性优越，目前正在以此开发各种增强型钢材。
沉淀硬化不锈钢，是将沉淀硬化剂搀入铬镍基不锈钢中以提高强度，降低因淬火热处理产生的变形，用于机器部件，例如必须是可成形性好和强度高的耐腐蚀的弹簧、轴、阀和叶轮等。
另外，奥氏体-铁素体双基不锈钢含有20-25％铬和4-8％镍，单独或混合加入钼、铜、氮等以获得具有50-80％铁素体和奥氏体均衡量基材的显微结构并具有良好的耐海水腐蚀的各种化学工业。
在获得铁素体不锈钢耐应力腐蚀性强的优点的同时，目前相应地研究开发了有关双相不锈钢以提高耐点蚀和晶间腐蚀性。
当双相不锈钢接触含有卤铁，如氯、氟等水溶液时，由于存在卤铁被吸收到形成在不锈钢表面上的钝态膜疵点上造成避开金属而毁坏钝态膜疵点并产生点蚀的缺点，所以，这就是为什么焊接区性能特别重要的原因。
综上所述，都存在着相关工艺的奥氏体不锈钢用焊丝对双相不锈钢的可焊性差的问题并在获得对应于双相不锈钢性能的焊接区中有一定难度。
发明内容
本发明的填充有焊剂的不锈钢包皮的双相不锈钢用的焊剂空心焊丝中，就焊丝总重量而论，焊剂含有0.02～0.10％碳；0.10～1.0％硅；1.0～3.0％锰；15～35％铬；7.0～12.0％镍；1.5～3.5％钼；0.02～0.2％氮；0.02～0.2％铌和0.5～5.6％焊渣形成剂。
另外，构成本发明的焊剂空心焊丝的焊剂成分可同时满足上述含量范围和以下公式1和2。
图1A—图1C表示一种焊接情况；图1A是一种平焊焊区剖面视图；图1B是一个表示水平角焊的概念视图；图1C是一个表示仰焊的概念视图具体实施方式
本发明的上述目的可通过向奥氏体和奥氏体—铁素体不锈钢包皮中填充以约焊丝总重量15～35％的量含有碳、硅、锰、铬、镍、钼、氮、铌等的焊剂来实现。
这里，焊剂的量约为焊丝总重量的15～35％，因为焊剂的量不足15％会造成覆盖焊道外表面的焊渣生成量不足而焊剂量超过35％会造成焊渣生成量过大，因此，在进给期间，由于焊剂的焊道负荷，焊丝容易弯曲，而降低进给速度。
本发明的填充有焊剂的不锈钢包皮的双相不锈钢用的焊剂空心焊丝中，就焊丝总重量而论，焊剂含有0.02～0.10％碳；0.10～1.0％硅；1.0～3.0％锰；15～35％铬；7.0～12.0％镍；1.5～3.5％钼；0.02～0.2％氮；0.02～0.2％铌和0.5～5.6％焊渣形成剂。另外，构成本发明的焊剂空心焊丝的焊剂成分可同时满足上述含量范围和以下公式1和21.5≤{(Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb)/(Ni+0.5Mn+30C+30N)}≤2.3…公式1，和25≤PREN≤45…公式2式中PREN(耐点蚀等同数)＝(Cr+3.3Mo+16N)。
为获得母材高强度焊缝金属和韧性，可通过使用Schaeffler示意图的铬、镍等同重量形成公式来获得公式1。当公式的数值不足1.5时，焊缝金属固化在奥氏体相中，热裂敏感指数趋向高并且不能获得合适的强度。当该数值超过2.3时，铁素体含量增加了而降低了韧性。
公式2中的PREN为耐点蚀判定用数值，它表示，在表示对热裂敏感性时，数值不足25，空气或水溶液中耐腐蚀性较差，因为即使耐腐蚀性增加超过数值45，韧性则会降低。
在满足上述公式1和2的条件下，由本发明的焊剂空心焊丝构成的焊剂的功能按照成分表示如下。
碳是增强焊缝金属强度最基本的成分并且是一种产生奥氏体的元素。碳含量不足0.02％会降低强度增加和奥氏体产生作用而含量超过0.10％会明显降低焊缝金属的耐腐蚀性和韧性。
硅是生成焊渣和增强焊缝金属的有效元素。总之，由于不足0.1％，达不到合适的强度，而超过1.0％时韧性降低作用大于强度增强作用，都是不可取的。
锰能调节焊缝金属的显微结构有助于奥氏体的产生。然而，按3％可达到最大效果，所以将上限定在3重是可取的。
为保证焊缝金属的耐腐蚀性和强度应至少含15％铬。
由于为保证强度马氏体结构的产生会因含量超过35％而降低，所以铬含量最好为15～35％。
镍是稳定产生奥氏体显微结构增强焊缝金属的耐腐蚀性和韧性的一种元素。因此，含量不足7.0％韧性会不足。含量超过12.0％，奥氏体分数率会过大使得强度趋于降低而有效的韧性增加几乎饱合。因此，上限应定在12％。
钼是保证焊缝金属的耐腐蚀性和高强度所必须的一种成分。含量不足1.5％，作用不足够。含量超过3.5％，焊缝金属结构中会产生金属间化合物使得韧性降低而有关脆裂的脆性增加了。
铌是一种用于稳定铁素体的元素。按最少含量0.02％，铁素体结构中的碳化物被稳定以防止碳移动使得点蚀性增强了。然而，若含量超过0.2％，会引起热裂。因此，上限最好设在0.2％。
氮是在有效产生铁素体时提高焊缝金属拉伸强度用的一种元素。因此，若含量不足0.02％，作用不够。含量超过0.2％，会降低韧性而降低冲击值。另外，由于会引起焊接孔隙和时效硬化，所以上限定为0.2％。
如上设想，由上述成分及其它焊渣形成剂构成的焊剂按大约焊丝总重量的15～35氏体一铁素体不锈钢包皮中制造本发明的焊刘空心焊丝。这里，焊渣％填充到奥形成剂由SiO2，TiO2，ZrO2，Al2O3，K2O等组成并保持在约焊丝总重量的0.5～5.6％上，因此可保证焊渣的形成和可焊性。
另外，采用不锈钢包皮，焊缝金属的化学成分尽可能与母材相似。
根据本发明实施例的焊剂空心焊丝和比较举例的焊剂空心焊丝都可以按照上述焊剂成分制造。包皮金属的化学成分用表1表示，而焊剂的化学成分用表2表示。
表1
表2
A*本发明的实施例B*比较举例C*铌及其它成分D*公式1的数值E*公式2的数值将表2的成分填入表1的包皮中的焊剂空心焊丝是用于表4所示焊接条件下具有表3所示成分的双相不锈钢焊接中。
在相关工艺的可比较焊丝情况下，除钼而外其它成分几乎全在本发明的参考范围内，但不能满足公式1和2。
表3
表4
表4的焊接位置在图1A～1C的放大图中描述。在平焊中，根部间隙D形成于2个被焊母材11和12之间而焊接金属形成于2个坡口焊接面11和12之间而焊接金属形成于2个坡口焊接而11A和12A之间。在水平角焊中，焊接件14垂直定位在地面上平母材13的上面，然后沿接触线13A进行焊接。在仰焊中，焊接件16与竖放在地面上的平母材的一面垂直接触，然后沿接触线15A向上进行焊接。
上述焊接之后，有关各焊剂空心焊丝的焊接的施工性能在表5中给出。
表5
A*本发明的实施例B*比较举例从表2～5，可以看出，相关工艺的比较举例不能满足公式1和2，整个工艺性远不如本发明实施例。
表6
*拉伸试验是按JIS(日本工业标准)Z3111将试件在大约200℃下加热1小时后进行。*锐角冲击试验按试件各温度至少进行3次。如果平均值是在最大27J，试验结果可判定为差或不合格。*点蚀试验按JISG0578执行，将试件集中进行点蚀试验并对腐蚀损失进行评定。如果腐蚀损失在0.1g/mm2小时以下，判定为良，如果至少相同，判定为差。
正如从表6中所看到的，比较举例的焊丝的焊缝金属的强度。耐冲击性和耐点蚀性比本发明演示例的较差，因为它们不能满足公式1和2，缺少钼含量(比较例10和11中)，或给出下限(比较例13和17中)或上限(比较例15中)。
如下文所述，本发明的焊丝在焊接双相不锈钢而不是间相钢中能形成合适的焊缝金属，以致在用于各种化学工业设备的耐海水奥氏体-铁素体不锈钢的焊接中可实现预期的显著效果。
权利要求
1.一种双相不锈钢用焊剂空心焊丝，其特征是焊丝总重量含0.02～0.10％碳；0.10～1.0％硅；1.0～3.0％锰；15～35％铬；7.0～12.0％镍；1.5～3.5％钼；0.02～0.2％氮；0.02～0.2％铌和0.5～5.6％焊渣形成剂，上述焊剂成分可满足以下公式1和21.5≤{(铬+钼+1.5硅+0.5铌)/(镍+0.5锰+30碳+30氮)}≤2.3...(1)，和25≤PREN≤45...(2)式中PREN(耐点蚀等同数)＝(铬+3.3钼+16氮)，并将上述焊剂，就焊丝总重量而论，以15～35％填充在不锈钢包皮中。
全文摘要
本发明提供一种用于焊接双相不锈钢的空心焊丝,其焊剂含有:0.02～0.10%碳;0.10～1.0%硅;1.0～3.0%锰;15～35%铬;7.0～12.0%镍;1.5～3.5%钼;0.02～0.2%氮;0.02～0.2%铌和0.5～5.6%焊渣形成剂。构成焊剂空心焊丝的这些成分满足以下公式:1.5≤{(铬+钼+1.5硅+0.5铌)/(镍+0.5锰+30碳+30氮)}≤2.3和25≤PREN(铬+3.3钼+16氮)≤45。其优点是,焊丝在焊接双相结构下不锈钢而不是单相钢中能形成合适的焊缝金属,特别用于焊接各种化学工业设备的耐海水奥氏体—铁素体不锈钢的设备。具有良好的可焊性、耐裂纹性、耐应力腐蚀性和耐点蚀性,能达到预期的显著效果。
文档编号B23K35/02GK1335213SQ01123370
公开日2002年2月13日 申请日期2001年7月20日 优先权日2000年7月28日
发明者金宗元, 李善一 申请人:株式会社Kiswel