雙相不鏽鋼用焊劑空心焊絲的製作方法
2023-11-01 04:41:12 1
專利名稱：雙相不鏽鋼用焊劑空心焊絲的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於焊接雙相不鏽鋼的焊絲，更具體的說，是一種用於焊接化學工業中使用的各種設備，例如用海水作為冷卻水的冷凝器管路、石油化學工業用的熱交換器及油井管路等的奧氏體和鐵素體不鏽鋼中，在可焊性、耐裂紋性、耐應力腐蝕性和耐點蝕性上能形成優良焊接區的焊劑空心焊絲。
2、背景技術不鏽鋼是一種合金鋼，即向鋼中加鉻以提高耐腐蝕性，按化學成分主要分類為鉻基鋼和鉻鎳基鋼而按金相結構主要分類為五種，例如馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、奧氏體—鐵素體鋼和沉澱硬化鋼。
馬氏體和鐵素體鋼為鉻基不鏽鋼，其中具有代表性帶有13鉻不鏽鋼的馬氏體鋼具有耐腐蝕性和耐熱性，廣泛地用作一般機器結構鋼，而作為代表性的具有18鉻不鏽鋼的鐵素體鋼機械性能較差，因為材料質量不能通過熱處理而提高，總之，鐵素體鋼容易焊接，具有BBC(體心立方)結構的鐵磁性，成形性好，廣泛用於家用商品和機動車部件上。
奧氏體鋼是一種鉻鎳基不鏽鋼，18-8不鏽鋼就是具有代表性的一種。奧氏體不鏽鋼是一種非磁性FCC(面心立方)結構工業用基本不鏽鋼並且韌性和耐腐蝕性優越，目前正在以此開發各種增強型鋼材。
沉澱硬化不鏽鋼，是將沉澱硬化劑攙入鉻鎳基不鏽鋼中以提高強度，降低因淬火熱處理產生的變形，用於機器部件，例如必須是可成形性好和強度高的耐腐蝕的彈簧、軸、閥和葉輪等。
另外，奧氏體-鐵素體雙基不鏽鋼含有20-25％鉻和4-8％鎳，單獨或混合加入鉬、銅、氮等以獲得具有50-80％鐵素體和奧氏體均衡量基材的顯微結構並具有良好的耐海水腐蝕的各種化學工業。
在獲得鐵素體不鏽鋼耐應力腐蝕性強的優點的同時，目前相應地研究開發了有關雙相不鏽鋼以提高耐點蝕和晶間腐蝕性。
當雙相不鏽鋼接觸含有滷鐵，如氯、氟等水溶液時，由於存在滷鐵被吸收到形成在不鏽鋼表面上的鈍態膜疵點上造成避開金屬而毀壞鈍態膜疵點並產生點蝕的缺點，所以，這就是為什麼焊接區性能特別重要的原因。
綜上所述，都存在著相關工藝的奧氏體不鏽鋼用焊絲對雙相不鏽鋼的可焊性差的問題並在獲得對應於雙相不鏽鋼性能的焊接區中有一定難度。
發明內容
本發明的填充有焊劑的不鏽鋼包皮的雙相不鏽鋼用的焊劑空心焊絲中，就焊絲總重量而論，焊劑含有0.02～0.10％碳；0.10～1.0％矽；1.0～3.0％錳；15～35％鉻；7.0～12.0％鎳；1.5～3.5％鉬；0.02～0.2％氮；0.02～0.2％鈮和0.5～5.6％焊渣形成劑。
另外，構成本發明的焊劑空心焊絲的焊劑成分可同時滿足上述含量範圍和以下公式1和2。
圖1A—圖1C表示一種焊接情況；圖1A是一種平焊焊區剖面視圖；圖1B是一個表示水平角焊的概念視圖；圖1C是一個表示仰焊的概念視圖具體實施方式
本發明的上述目的可通過向奧氏體和奧氏體—鐵素體不鏽鋼包皮中填充以約焊絲總重量15～35％的量含有碳、矽、錳、鉻、鎳、鉬、氮、鈮等的焊劑來實現。
這裡，焊劑的量約為焊絲總重量的15～35％，因為焊劑的量不足15％會造成覆蓋焊道外表面的焊渣生成量不足而焊劑量超過35％會造成焊渣生成量過大，因此，在進給期間，由於焊劑的焊道負荷，焊絲容易彎曲，而降低進給速度。
本發明的填充有焊劑的不鏽鋼包皮的雙相不鏽鋼用的焊劑空心焊絲中，就焊絲總重量而論，焊劑含有0.02～0.10％碳；0.10～1.0％矽；1.0～3.0％錳；15～35％鉻；7.0～12.0％鎳；1.5～3.5％鉬；0.02～0.2％氮；0.02～0.2％鈮和0.5～5.6％焊渣形成劑。另外，構成本發明的焊劑空心焊絲的焊劑成分可同時滿足上述含量範圍和以下公式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(耐點蝕等同數)＝(Cr+3.3Mo+16N)。
為獲得母材高強度焊縫金屬和韌性，可通過使用Schaeffler示意圖的鉻、鎳等同重量形成公式來獲得公式1。當公式的數值不足1.5時，焊縫金屬固化在奧氏體相中，熱裂敏感指數趨向高並且不能獲得合適的強度。當該數值超過2.3時，鐵素體含量增加了而降低了韌性。
公式2中的PREN為耐點蝕判定用數值，它表示，在表示對熱裂敏感性時，數值不足25，空氣或水溶液中耐腐蝕性較差，因為即使耐腐蝕性增加超過數值45，韌性則會降低。
在滿足上述公式1和2的條件下，由本發明的焊劑空心焊絲構成的焊劑的功能按照成分表示如下。
碳是增強焊縫金屬強度最基本的成分並且是一種產生奧氏體的元素。碳含量不足0.02％會降低強度增加和奧氏體產生作用而含量超過0.10％會明顯降低焊縫金屬的耐腐蝕性和韌性。
矽是生成焊渣和增強焊縫金屬的有效元素。總之，由於不足0.1％，達不到合適的強度，而超過1.0％時韌性降低作用大於強度增強作用，都是不可取的。
錳能調節焊縫金屬的顯微結構有助於奧氏體的產生。然而，按3％可達到最大效果，所以將上限定在3重是可取的。
為保證焊縫金屬的耐腐蝕性和強度應至少含15％鉻。
由於為保證強度馬氏體結構的產生會因含量超過35％而降低，所以鉻含量最好為15～35％。
鎳是穩定產生奧氏體顯微結構增強焊縫金屬的耐腐蝕性和韌性的一種元素。因此，含量不足7.0％韌性會不足。含量超過12.0％，奧氏體分數率會過大使得強度趨於降低而有效的韌性增加幾乎飽合。因此，上限應定在12％。
鉬是保證焊縫金屬的耐腐蝕性和高強度所必須的一種成分。含量不足1.5％，作用不足夠。含量超過3.5％，焊縫金屬結構中會產生金屬間化合物使得韌性降低而有關脆裂的脆性增加了。
鈮是一種用於穩定鐵素體的元素。按最少含量0.02％，鐵素體結構中的碳化物被穩定以防止碳移動使得點蝕性增強了。然而，若含量超過0.2％，會引起熱裂。因此，上限最好設在0.2％。
氮是在有效產生鐵素體時提高焊縫金屬拉伸強度用的一種元素。因此，若含量不足0.02％，作用不夠。含量超過0.2％，會降低韌性而降低衝擊值。另外，由於會引起焊接孔隙和時效硬化，所以上限定為0.2％。
如上設想，由上述成分及其它焊渣形成劑構成的焊劑按大約焊絲總重量的15～35氏體一鐵素體不鏽鋼包皮中製造本發明的焊劉空心焊絲。這裡，焊渣％填充到奧形成劑由SiO2，TiO2，ZrO2，Al2O3，K2O等組成並保持在約焊絲總重量的0.5～5.6％上，因此可保證焊渣的形成和可焊性。
另外，採用不鏽鋼包皮，焊縫金屬的化學成分儘可能與母材相似。
根據本發明實施例的焊劑空心焊絲和比較舉例的焊劑空心焊絲都可以按照上述焊劑成分製造。包皮金屬的化學成分用表1表示，而焊劑的化學成分用表2表示。
表1
表2
A*本發明的實施例B*比較舉例C*鈮及其它成分D*公式1的數值E*公式2的數值將表2的成分填入表1的包皮中的焊劑空心焊絲是用於表4所示焊接條件下具有表3所示成分的雙相不鏽鋼焊接中。
在相關工藝的可比較焊絲情況下，除鉬而外其它成分幾乎全在本發明的參考範圍內，但不能滿足公式1和2。
表3
表4
表4的焊接位置在圖1A～1C的放大圖中描述。在平焊中，根部間隙D形成於2個被焊母材11和12之間而焊接金屬形成於2個坡口焊接面11和12之間而焊接金屬形成於2個坡口焊接而11A和12A之間。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，然後沿接觸線13A進行焊接。在仰焊中，焊接件16與豎放在地面上的平母材的一面垂直接觸，然後沿接觸線15A向上進行焊接。
上述焊接之後，有關各焊劑空心焊絲的焊接的施工性能在表5中給出。
表5
A*本發明的實施例B*比較舉例從表2～5，可以看出，相關工藝的比較舉例不能滿足公式1和2，整個工藝性遠不如本發明實施例。
表6
*拉伸試驗是按JIS(日本工業標準)Z3111將試件在大約200℃下加熱1小時後進行。*銳角衝擊試驗按試件各溫度至少進行3次。如果平均值是在最大27J，試驗結果可判定為差或不合格。*點蝕試驗按JISG0578執行，將試件集中進行點蝕試驗並對腐蝕損失進行評定。如果腐蝕損失在0.1g/mm2小時以下，判定為良，如果至少相同，判定為差。
正如從表6中所看到的，比較舉例的焊絲的焊縫金屬的強度。耐衝擊性和耐點蝕性比本發明演示例的較差，因為它們不能滿足公式1和2，缺少鉬含量(比較例10和11中)，或給出下限(比較例13和17中)或上限(比較例15中)。
如下文所述，本發明的焊絲在焊接雙相不鏽鋼而不是間相鋼中能形成合適的焊縫金屬，以致在用於各種化學工業設備的耐海水奧氏體-鐵素體不鏽鋼的焊接中可實現預期的顯著效果。
權利要求
1.一種雙相不鏽鋼用焊劑空心焊絲，其特徵是焊絲總重量含0.02～0.10％碳；0.10～1.0％矽；1.0～3.0％錳；15～35％鉻；7.0～12.0％鎳；1.5～3.5％鉬；0.02～0.2％氮；0.02～0.2％鈮和0.5～5.6％焊渣形成劑，上述焊劑成分可滿足以下公式1和21.5≤{(鉻+鉬+1.5矽+0.5鈮)/(鎳+0.5錳+30碳+30氮)}≤2.3...(1)，和25≤PREN≤45...(2)式中PREN(耐點蝕等同數)＝(鉻+3.3鉬+16氮)，並將上述焊劑，就焊絲總重量而論，以15～35％填充在不鏽鋼包皮中。
全文摘要
本發明提供一種用於焊接雙相不鏽鋼的空心焊絲,其焊劑含有:0.02～0.10%碳;0.10～1.0%矽;1.0～3.0%錳;15～35%鉻;7.0～12.0%鎳;1.5～3.5%鉬;0.02～0.2%氮;0.02～0.2%鈮和0.5～5.6%焊渣形成劑。構成焊劑空心焊絲的這些成分滿足以下公式:1.5≤{(鉻+鉬+1.5矽+0.5鈮)/(鎳+0.5錳+30碳+30氮)}≤2.3和25≤PREN(鉻+3.3鉬+16氮)≤45。其優點是,焊絲在焊接雙相結構下不鏽鋼而不是單相鋼中能形成合適的焊縫金屬,特別用於焊接各種化學工業設備的耐海水奧氏體—鐵素體不鏽鋼的設備。具有良好的可焊性、耐裂紋性、耐應力腐蝕性和耐點蝕性,能達到預期的顯著效果。
文檔編號B23K35/02GK1335213SQ01123370
公開日2002年2月13日 申請日期2001年7月20日 優先權日2000年7月28日
發明者金宗元, 李善一 申請人:株式會社Kiswel