专利名称：高铬镍全奥氏体不锈钢气保护焊接用药芯焊丝的制作方法
技术领域：
本发明属于材料加工工程的焊接领域，特别地，涉及一种高铬镍全奥氏体不锈钢气保护焊接用药芯焊丝。
背景技术：
传统不锈钢(如304不锈钢)的显微组织由奥氏体和少量铁素体组成，少量铁素体的存在提高奥氏体不锈钢的抗裂性能。但对于在高温或在严酷腐蚀条件下使用的不锈钢而言，铁素体的存在反而会损伤不锈钢的高温性能和耐腐蚀性能。因此，对于高温或严酷腐蚀条件工况条件，需要使用全奥氏体不锈钢，即由单一奥氏体组织构成的不锈钢。最为典型的全奥氏体不锈钢为Cr25Ni20合金系310不锈钢，铬含量为24. O 26. 0%，镍含量为19. O 22. O %，是高铬镍的奥氏体不锈钢。目前，高铬镍全奥氏体不锈钢主要用焊条焊接，焊条是断续焊接，且不锈钢具有较大的电阻率，容易尾部发红要求焊条单根长度短，因此采用焊条焊接时会导致因焊条头产生更大的浪费，特别是对于高铬镍含量的焊条，其合金元素的浪费更为严重。相对于焊条焊接而言，焊丝是连续焊接。但由于实心焊丝的成分受限于钢铁企业盘条种类，且其焊接工艺性能较差，难以满足高要求、高品质的不锈钢焊接。因此，开发适用于高铬镍全奥氏体不锈钢焊接的气保护药芯焊丝具有显著的经济效益，目前尚未有与之相关的专利或文献报道。本发明提供一种高铬镍全奥氏体不锈钢气保护焊接用药芯焊丝，克服了焊丝配方开发和生产制造的技术难点，焊丝具有良好的焊接工艺性能和力学性能，适用于高铬镍全奥氏体不锈钢的全位置气保护焊接。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高铬镍全奥氏体不锈钢气保护焊接用的药芯焊丝，该焊丝具有良好的焊接工艺性能，适用于高铬镍全奥氏体不锈钢的全位置气保护焊接。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种高铬镍全奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，由药粉和外用不锈钢带组成，其中，所述药芯占焊丝总重量的28. O 30. 0%，其中药芯各组分占药芯的重量百分比为金属铬粉25. O 28. 0%，金属镍粉29. O 32. 0%，电解金属锰4. O 5. 0%，高碳铬铁2. O 4. O 金红石18· O 20. 0%,石英1.0 2.0%,错英砂1.0 2.0%,长石1.0 3.0%，萤石0. 5 1.0%，碳酸钡0. 5 I. 5%，碳酸钙0. 5 1.5%，其余为铁粉。如上所述的药芯焊丝，优选地，所述外用不锈钢带为奥氏体不锈钢带309。如上所述的药芯焊丝，优选地，所述外用不锈钢带和药粉各组分的硫含量均不高于O. 010%，磷含量均不高于O. 025%。如上所述的药芯焊丝，优选地，所述药粉中碳酸钡与碳酸钙的含量总和不超过2. 5%。
如上所述的药芯焊丝，优选地，所述药芯焊丝的熔敷金属的含碳量不低于O. 08%。如上所述的药芯焊丝，优选地，所述药芯焊丝的直径为1.2mm。如上所述的药芯焊丝，其制备方法步骤如下(I)按照所述药芯组成配置好药芯粉末，将309奥氏体不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入占本焊丝总重量28. O 30. O %的药芯粉末；(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，得到所述高铬镍全奥氏体不锈钢气保护焊接用药芯焊丝的最终产品。本发明的有益效果为
对于生产制造高铬镍的不锈钢药芯焊丝而言，若采用常用的304不锈钢带为焊丝外用钢带，要保证焊丝的成分达到AWS标准或者国标要求的成分(如铬含量25. O 28. O %，镍含量20. O 22. 5%)，需要将焊丝的加粉系数(即焊丝药粉占焊丝重量的百分比)提高至40%以上，同时则需增加外用钢带宽度、降低钢带厚度。当加粉系数高于40%时，生产气保护焊接用药芯焊丝(焊丝直径为I. 2mm)的轧制、拉拔、减径等工艺难度极大，不能实现生产。本发明采用更高铬镍含量的309不锈钢带为焊丝外用钢带，增加钢带对焊缝熔敷金属的合金元素过渡量，将焊丝加粉系数降至30%以下，达到生产许可范围，以保证焊丝的加工性能。对高铬镍全奥氏体不锈钢气保护药芯焊丝材料而言，其铬镍当量比约为I. 2(小于I. 5)，显微组织中不含有铁素体，缺乏阻止热裂纹产生和扩展的第二相，故此类焊丝的抗热性能很差，即使采用小热输入焊接，杂质聚集形成的晶间液膜仍易形成热裂纹，热裂倾向非
常显著。为降低其热裂敏感性，本发明通过以下两种途径解决一是以碳化物作为显微组织中的第二相，在不降低焊丝高温性能的前提下，适当增加碳化物第二相的含量；二是通过控制焊丝原材料硫、磷杂质含量，并结合冶金方法，降低焊丝熔敷金属的杂质含量。在焊丝药粉中适当加入高碳铬铁，增加熔敷金属的碳含量，使碳与熔敷金属的铬结合形成颗粒状的碳化铬，作为第二相阻止裂纹产生和扩展，降低焊丝的热裂敏感性。本发明要求焊丝熔敷金属的含碳量不低于O. 08%。若低于O. 08%时，熔敷金属的开裂倾向显著。例如在熔敷金属拉伸试验时，裂纹极易扩展，导致拉棒早期断裂，熔敷金属的抗拉强度和延伸率不能达到AWS标准或者国标要求的指标。对全奥氏体组织焊缝而言，热裂倾向远高于其他奥氏体和少量铁素体构成的不锈钢材料(如304不锈钢)。在焊缝杂质含量(硫、磷)相同的条件下，全奥氏体不锈钢更容易开裂。为降低热裂倾向，需要控制焊丝熔敷金属中的硫、磷含量。本发明首先控制焊丝原材料，即外用钢带和药粉各组分的硫、磷含量，减少原材料的杂质向熔敷金属的过渡。本发明要求焊丝外用钢带和药粉的硫含量不高于O. 01 %，磷含量不高于O. 025 % ;其次本发明针对冶金脱磷困难的情况，采用氧化钙和氧化钡联合氧化脱磷法。焊丝药粉中碳酸钡和碳酸钙分解后形成氧化钙与氧化钡，与磷氧化生成的氧化磷结合，生成磷酸钡和磷酸钙盐过渡到熔渣中，达到冶金脱磷的目的，其效果好于氧化钙单独脱磷。通过上述措施，本发明所述焊丝熔敷金属的硫含量控制在O. 008%以下，磷含量控制在O. 020%以下，达到低杂质含量水平。但焊丝药粉中碳酸钙和碳酸钡加入量一旦超过2. 5%，会导致焊接飞溅增加，恶化焊接エ艺性能。本发明的焊丝适用于100% CO2气体保护焊，焊接エ艺性能优良，焊缝成形质量好，无裂纹、气孔、夹渣等冶金缺陷，焊丝熔敷金属的各项性能均符合AWS标准(AWS A5. 22bpecification for btamless bteel Flux Cored and Meta丄 Cored Welding Electrodesand Rods)和国标要求(GB/T17853不锈钢药芯焊丝)，适用于高铬镍全奥氏体不锈钢的全位 置焊接。
具体实施例方式本发明提供了一种高铬镍全奥氏体不锈钢气保护焊接用药芯焊丝，它由外用钢带和其中的焊丝药芯组成，其具体实施方式
如下所述外用钢带为奥氏体不锈钢钢带309。所述焊丝药芯的组成及各组分的功能如下金属铬粉25. O 28. 0%，金属镍粉29. O 32. O%，电解金属猛:4· O 5. 0%，闻碳络铁2· O 4. O %,金红石18· O 20. 0*%，石央1· O 2. O %,错央砂I. O 2. O %,长石1. O 3.0%，萤石0. 5 1.0%，碳酸钡0. 5 1.5%，碳酸钙0. 5 1.5%，其余为铁粉。金属铬粉向焊丝熔敷金属中过渡铬元素，其重量百分含量为(占药芯的重量百分含量，以下同)25. O 28. 0%。金属镍粉向焊丝熔敷金属中过渡镍元素，其重量百分含量为29. O 32. 0%。电解金属锰向焊丝熔敷金属中过渡锰元素，并起脱氧、脱硫作用，同时锰是奥氏体化元素，其重量百分含量为4. O 5. 0%。高碳铬铁向焊丝熔敷金属中过渡铬元素和碳元素，可提高焊丝熔敷金属的抗热裂性，其重量百分含量为2.0 4.0%。金红石主要的造渣剂，可以改善焊缝金属的脱渣性和成形质量，适量的金红石可改善电弧稳定性，但加入量过多反而会降低电弧质量，其重量百分含量为18. O 20. 0%。石英主要的造渣剂，增加熔渣的酸度，调整熔渣的粘度和氧化性，但加入量过多会增加熔敷金属中氧化物夹杂量，降低焊缝成形质量，其重量百分含量为I. O 2. O %。锆英砂主要的造渣剂，调整熔渣的物理化学性能，改善焊缝金属的脱渣性，提高熔化系数，其重量百分含量为I. O 2. 0% ;。长石用于造渣，调整熔渣的物理化学性能，稳定电弧、细化熔滴的作用。但加入量过大则会提高熔渣的酸度，导致焊缝金属中氧化硅夹渣增多，并增加焊缝气孔倾向，最佳重量百分含量为I. O 3. 0% ；萤石去氢，降低焊缝金属气孔倾向，同时作为冶金脱磷反应的助熔剂，促进脱磷反应的进行，其重量百分含量为0. 5 I. 0%。碳酸钡焊接过程中分解生成的氧化钡，与碳酸钙分解生成的氧化钙共同參加脱磷反应，提高脱磷效果；同时碳酸钡可提高焊缝金属的抗气孔能力，其重量百分含量为0. 5 I. 5%。碳酸钙焊接过程中分解生产的氧化钙，与碳酸钡分解生成的氧化钡共同參加脱磷反应，提高脱磷效果；同时碳酸钙可提高焊缝金属的抗气孔能力，其重量百分含量为O. 5 I. 5%。其余为铁粉。本发明的奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝的制造采用以下步骤(I)将厚度O. 4mm,宽度IOmm的奥氏体不锈钢带309轧成U形，向U形槽内加入占本发明焊丝总重28. O 30. 0%的药粉；(2)将U形槽合口后，通过轧制成型和多道拉拔减径，最終达到成品直径，成品直径规格为I. 2mm。(3)对焊丝表面进行机械清理，得到最终产品。
实施例I选用厚度O. 4mm、宽度10mm、重量为2571g的309奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将250g金属铬粉，290g金属镍粉，40g电解金属锰，20g高碳铬铁，180g金红石，IOg石英，IOg错英砂，IOg长石,5g萤石,5g碳酸钡,5g碳酸韩，175g铁粉,共IOOOg药粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率为28%，合口后经过多次轧制减径，最終成品焊丝直径为I. 2mm。实施例2选用厚度O. 4mm、宽度10mm、重量为2571g的309奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将280g金属铬粉，320g金属镍粉，50g电解金属锰，40g高碳铬铁，200g金红石，20g石英，20g错英砂,30g长石，IOg萤石，15g碳酸钡，IOg碳酸韩，5g铁粉,共IOOOg药粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率为28%，合口后经过多次轧制减径，最終成品焊丝直径为I. 2mm。实施例3选用厚度O. 4mm、宽度10mm、重量为3448g的309奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将270g金属铬粉，300g金属镍粉，45g电解金属锰，30g高碳铬铁，190g金红石，15g石英，15g错英砂,30g长石,8g萤石,8g碳酸钡，IOg碳酸韩，79g铁粉,共IOOOg药粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率为29%，合口后经过多次轧制减径，最終成品焊丝直径为I. 2mm。实施例4选用厚度O. 4mm、宽度10mm、重量为3448g的309奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将260g金属铬粉，310g金属镍粉，45g电解金属锰，35g高碳铬铁，195g金红石，18g石英，18g错英砂,25g长石，6g萤石，IOg碳酸钡，IOg碳酸H68g铁粉,共IOOOg药粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率为29%，合口后经过多次轧制减径，最終成品焊丝直径为I. 2mm。实施例5选用厚度O. 4mm、宽度10mm、重量为2333g的309奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将250g金属铬粉，290g金属镍粉，40g电解金属锰，20g高碳铬铁，180g金红石，IOg石英，IOg错英砂，IOg长石,5g萤石,5g碳酸钡,5g碳酸韩，175g铁粉,共IOOOg药粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率为30%，合口后经过多次轧制减径，最終成品焊丝直径为I. 2mm。实施例6选用厚度O. 4mm、宽度10mm、重量为2333g的309奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将280g金属铬粉，320g金属镍粉，50g电解金属锰，40g高碳铬铁，200g金红石，20g石英，20g错英砂,30g长石，IOg萤石，15g碳酸钡，IOg碳酸韩，5g铁粉,共IOOOg药粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率为30%，合口后经过多次轧制减径，最終成品焊丝直径为I. 2mm。对比例I
选用厚度O. 4mm、宽度10mm、重量为2571g的309奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将250g金属铬粉，290g金属镍粉，40g电解金属锰，180g金红石，IOg石英，IOg锆英砂，IOg长石，5g萤石，7g碳酸钡，8g碳酸钙，190g铁粉，共IOOOg药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为28%，合口后经过多次轧制减径，最终成品焊丝直径为I. 2mm。对比例2选用厚度O. 4mm、宽度10mm、重量为3448g的309奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将260g金属铬粉，310g金属镍粉，45g电解金属锰，30g高碳铬铁，190g金红石，18g石英，18g错英砂,25g长石，6g萤石,20g碳酸钡，15g碳酸li,63g铁粉,共IOOOg药粉,混和均勻后加入U型槽中，填充率为29%，合口后经过多次轧制减径，最终成品焊丝直径为I. 2mm。对比例3选用厚度O. 4mm、宽度10mm、重量为2333g的309奥氏体不锈钢带，将其轧成U型， 将270g金属铬粉，300g金属镍粉，50g电解金属锰，30g高碳铬铁，190g金红石，20g石英，20g锆英砂，20g长石，8g萤石，92g铁粉，共IOOOg药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为30%，合口后经过多次轧制减径，最终成品焊丝直径为I. 2mm。对各实施例及对比例性能的评价对实施例和对比例涉及的高铬镍全不锈钢气保护焊接用药芯焊丝的工艺性能进行评价，并考核焊丝熔敷金属的抗裂性、杂质含量及抗拉强度和延伸率。各实施例及对比例的效果对比如表I所示。由表I可见，本发明的实施例1-6在药芯焊丝的工艺性能、焊丝熔敷金属的抗裂性、杂质含量及抗拉强度和延伸率等各项指标上全面优于对比例1-3。
权利要求
1.一种高铬镍全奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，由药粉和外用不锈钢带组成，其特征在于，所述药芯占焊丝总重量的28. O 30. 0%，其中药芯各组分占药芯的重量百分比为金属铬粉25. O 28. O %，金属镍粉29. O 32.0%，电解金属锰4. O 5.0%，高碳铬铁2· O 4. O *%，金红石18· O 20. 0*%，石央1· O 2. O %,错央砂I. O 2. O %,长石I. O 3.0%，萤石0. 5 1.0%，碳酸钡0. 5 1.5%，碳酸钙:0. 5 I. 5%，其余为铁粉。
2.如权利要求I所述的药芯焊丝，其特征在于，所述外用不锈钢带为奥氏体不锈钢带309。
3.如权利要求I或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述外用不锈钢带和药粉各组分的硫含量均不高于O. 010%，磷含量均不高于O. 025%。
4.如权利要求I或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药粉中碳酸钡与碳酸钙的含量总和不超过2. 5%。
5.如权利要求I或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的熔敷金属的含碳量不低于O. 08%。
6.如权利要求I或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的直径为I.2mm。
全文摘要
本发明提供一种奥氏体不锈钢全位置焊接用药芯焊丝，它由药粉和外用不锈钢带组成，其中药芯占焊丝总重量的28.0～30.0%，其中药芯各组分占药芯的重量百分比为金属铬粉25.0～28.0％，金属镍粉29.0～32.0％，电解金属锰4.0～5.0％，高碳铬铁2.0～4.0％，金红石18.0～20.0％，石英1.0～2.0％，锆英砂1.0～2.0％，长石1.0～3.0％，萤石0.5～1.0％，碳酸钙0.5～1.5％，碳酸钡0.5～1.5％，其余为铁粉。该焊丝具有良好的焊接工艺性能，适用于高铬镍全奥氏体不锈钢的全位置气保护焊接。
文档编号B23K35/368GK102699579SQ201210193329
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者周德成, 张迪, 曾宪芳, 李侠, 王英杰, 程美洁, 符定梅, 肖静 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 中冶焊接科技有限公司