CN119772446A - 一种钢芯焊丝及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢芯焊丝及其制备方法和应用，涉及焊材技术领域。钢芯焊丝包括钢带和包裹在钢带内的钢芯，以钢芯的质量百分比计，钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％～18.00％；镍含量10.00％～14.00％；钼含量2.00％～3.00％；碳含量≤0.030％；锰含量≤2.00％；硅含量≤1.00％；磷含量≤0.045％；硫含量≤0.030％；氮含量0.7％～0.9％，余量为铁和不可避免的杂质。本申请的钢芯焊丝，焊接时能够有效减少飞溅率，降低气孔的产生几率，同时还可抑制热裂纹的出现。氮的逸出得到了有效抑制，焊接工艺性良好，焊接时熔滴过渡更加均匀，焊缝性能也更加稳定，力学性能表现出色。

Description

一种钢芯焊丝及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及焊材技术领域，具体涉及一种钢芯焊丝及其制备方法和用途。

背景技术

高氮奥氏体不锈钢是一种新型钢种，通过氮(N)元素替代价格昂贵的镍(Ni)元素作为主要奥氏体化元素。固溶在钢中的氮元素具备较高层错能，不仅可以优化材料的组织结构，还可以极大地提升材料的力学性能。同时，高氮奥氏体不锈钢有着成本较低、加工硬化率高以及抗腐蚀性能良好等诸多优势。

然而，在焊接过程中，高氮奥氏体不锈钢存在固溶氮元素聚集逸出的现象，进而致使焊接接头的性能下降，因此焊接性成为制约其推广应用的关键因素。值得注意的是，焊丝中氮含量对高氮奥氏体不锈钢焊接稳定性影响显著，随着氮含量的升高，会致使电信号波动加剧且分布离散。并且，氮含量增加还会使熔滴形状变得不规则且尺寸增大，导致焊丝工艺性变差。当焊丝氮含量处于0.40％以下时，焊接工艺稳定性良好，但焊接飞溅率会随氮含量升高而持续增大。氮逸出引发的氮损失，容易造成高氮奥氏体不锈钢熔滴剧烈爆炸并产生大量飞溅，进而形成接头气孔，使得焊接接头的力学性能大幅降低。

发明内容

鉴于以上现有技术中存在的问题，本发明提供一种钢芯焊丝及其制备方法，以改善高氮奥氏体不锈钢焊接时固溶氮元素聚集逸出的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明第一方面提供一种钢芯焊丝，所述钢芯焊丝包括钢带和包裹在所述钢带内的钢芯，以所述钢带的质量百分比计，所述钢带包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％～18.00％，镍含量10.00％～14.00％，钼含量2.00％～3.00％，碳含量≤0.030％，锰含量≤2.00％，硅含量≤1.00％，磷含量≤0.045％；硫含量≤0.030％，氮含量0.30％～0.40％，余量为铁和不可避免的杂质；以所述钢芯的质量百分比计，所述钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％～18.00％；镍含量10.00％～14.00％；钼含量2.00％～3.00％；碳含量≤0.030％；锰含量≤2.00％；硅含量≤1.00％；磷含量≤0.045％；硫含量≤0.030％；氮含量0.7％～0.9％，余量为铁和不可避免的杂质。

在本发明的一实施例中，所述钢芯的质量为所述钢芯焊丝总质量的80％～85％。

在本发明的一实施例中，所述钢带的厚度为0.2～0.4mm，所述钢带的宽度为10～14mm。

在本发明的一实施例中，所述钢芯的直径为3.0～5.0mm。

本发明第二方面提供一种钢芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：

将钢带轧制为U型；

将钢芯置于U型钢带内，将所述U型钢带合缝并形成圆形；

将填充有所述钢芯的钢带拉拔减径至所需规格，得到所述钢芯焊丝。

在本发明的一实施例中，所述钢芯焊丝的直径为1.2～1.6mm。

本发明第三方面提供一种钢芯焊丝的用途，所述钢芯焊丝适用于高氮奥氏体不锈钢焊接。

本发明的钢芯焊丝，钢芯选用高氮焊芯，钢带包覆在钢芯外部，在焊接过程中，由于电流的集肤效应，优先使焊丝表面的钢带熔化，随后钢芯再进行熔化，二者之间存在一定的熔化时间差。这一特点能够有效抑制高氮奥氏体不锈钢芯焊接时的熔滴过渡，从而减少飞溅现象的发生，同时可以对氮元素的溢出进行有效控制，进而获得符合成分及性能要求的熔敷金属，适用于高氮奥氏体不锈钢焊接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本发明钢芯焊丝于一实施例中的制备流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本申请提供一种钢芯焊丝，该钢芯焊丝包括钢带和包裹在钢带内的钢芯，以钢带的质量百分比计，钢带包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％～18.00％，镍含量10.00％～14.00％，钼含量2.00％～3.00％，碳含量≤0.030％，锰含量≤2.00％，硅含量≤1.00％，磷含量≤0.045％；硫含量≤0.030％，氮含量0.30％～0.40％，余量为铁和不可避免的杂质；以钢芯的质量百分比计，钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％～18.00％；镍含量10.00％～14.00％；钼含量2.00％～3.00％；碳含量≤0.030％；锰含量≤2.00％；硅含量≤1.00％；磷含量≤0.045％；硫含量≤0.030％；氮含量0.7％～0.9％，余量为铁和不可避免的杂质。

在一实施例中，钢芯的质量为钢芯焊丝总质量的80％～85％，例如80％、83％或85％等80％～85％中的任一数值。

在一实施例中，钢带的厚度为0.2～0.4mm，例如钢带的厚度为0.2mm、0.3mm或0.4mm等0.2～0.4mm中的任一数值；钢带的宽度为10～14mm，例如10mm、11mm、13mm或14mm中的任一数值。

在一实施例中，钢芯的直径为3.0～5.0mm，例如钢芯的直径可以为3mm、4mm或5mm中的任一数值。

本申请的钢芯焊丝，采用含氮量达到0.8％左右的高氮奥氏体不锈钢芯，由于其氮含量较高，若单纯使用钢芯材质生产焊丝进行焊接，在控制不当的情况下，会导致焊接接头的气孔倾向性增大，并且也会表现出较高的热裂敏感性。在高氮奥氏体不锈钢焊接过程中，当焊缝为全奥氏体时，会呈现出很高的热裂敏感性。本发明通过合理调整钢带中其它合金元素含量，使得焊缝中产生一定数量的高温铁素体，以此来降低焊接热裂敏感性。因此，将钢带的氮含量在0.3％～0.4％之间。而通过采用钢带包覆钢芯的设计来生产复合焊丝，焊接过程中，借助电流的集肤效应，优先使焊丝表面的钢带熔化，随后钢芯再进行熔化，二者之间存在一定的熔化时间差，能够有效抑制高氮奥氏体不锈钢芯焊接时的熔滴过渡，从而减少飞溅现象的发生，同时可以对氮元素的溢出进行有效控制，进而获得符合成分及性能要求的熔敷金属，符合钢板对焊接材料高氮含量的需求。

请参阅图1，本申请还提供一种钢芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：

S1、将钢带轧制为U型；

S2、将钢芯置于U型钢带内，将U型钢带合缝并形成圆形；

S3、将填充有钢芯的钢带拉拔减径至所需规格，得到钢芯焊丝。

步骤S1中，以钢带的质量百分比计，钢带包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％～18.00％，镍含量10.00％～14.00％，钼含量2.00％～3.00％，碳含量≤0.030％，锰含量≤2.00％，硅含量≤1.00％，磷含量≤0.045％；硫含量≤0.030％，氮含量0.30％～0.40％，余量为铁和不可避免的杂质。示例性的，钢带的厚度为0.2～0.4mm，例如钢带的厚度为0.2mm、0.3mm或0.4mm等0.2～0.4mm中的任一数值；钢带的宽度为10～14mm，例如10mm、11mm、13mm或14mm中的任一数值。

步骤S2中，以所述钢芯的质量百分比计，所述钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％～18.00％；镍含量10.00％～14.00％；钼含量2.00％～3.00％；碳含量≤0.030％；锰含量≤2.00％；硅含量≤1.00％；磷含量≤0.045％；硫含量≤0.030％；氮含量0.7％～0.9％，余量为铁和不可避免的杂质。

步骤S3中，钢芯焊丝的直径为1.2～1.6mm，例如1.2mm、1.4mm或1.6mm中的任一数值。

本申请制备的钢芯焊丝，焊接时能够有效减少飞溅率，降低气孔的产生几率，同时还可抑制热裂纹的出现。氮的逸出得到了有效抑制，焊接工艺性良好，焊接过程中熔滴过渡更加均匀，焊缝性能也更加稳定，力学性能表现出色，适用于高氮奥氏体不锈钢焊接。

下面通过几个具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明，除非另有说明，以下实施例中所使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过本领域的常规方法制备而得，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。

实施例1

本实施例的钢芯焊丝，包括钢带和包裹在钢带内的钢芯，以钢带的质量百分比计，钢带包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％，镍含量13.00％，钼含量3.00％，碳含量0.030％，锰含量1.8％，硅含量0.80％，磷含量0.045％；硫含量0.010％，氮含量0.40％，余量为铁和不可避免的杂质；以钢芯的质量百分比计，钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量17.00％；镍含量13.00％；钼含量2.50％；碳含量0.020％；锰含量2.00％；硅含量0.70％；磷含量0.043％；硫含量0.020％；氮含量0.8％，余量为铁和不可避免的杂质，将钢带轧制为U型；将钢芯置于U型钢带内，将U型钢带合缝并形成圆形；将填充有钢芯的钢带拉拔减径至所需规格，得到钢芯焊丝。

本实施例中，钢芯的直径为5.0mm，钢带的宽度为14mm，钢带的厚度为0.4mm，钢芯焊丝的直径为1.6mm，钢芯的质量为钢芯焊丝总质量的85％。

实施例2

本实施例的钢芯焊丝，包括钢带和包裹在钢带内的钢芯，以钢带的质量百分比计，钢带包括如下组分及各组分的含量：铬含量18.00％，镍含量14.00％，钼含量2.00％，碳含量0.020％，锰含量2％，硅含量0.90％，磷含量0.044％；硫含量0.010％，氮含量0.40％，余量为铁和不可避免的杂质；以钢芯的质量百分比计，钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％；镍含量12.00％；钼含量3.0％；碳含量0.025％；锰含量1.90％；硅含量0.90％；磷含量0.040％；硫含量0.030％；氮含量0.85％，余量为铁和不可避免的杂质，将钢带轧制为U型；将钢芯置于U型钢带内，将U型钢带合缝并形成圆形；将填充有钢芯的钢带拉拔减径至所需规格，得到钢芯焊丝。

本实施例中，钢芯的直径为4.0mm，钢带的宽度为12mm，钢带的厚度为0.3mm，钢芯焊丝的直径为1.4mm，钢芯的质量为钢芯焊丝总质量的83％。

实施例3

本实施例的钢芯焊丝，包括钢带和包裹在钢带内的钢芯，以钢带的质量百分比计，钢带包括如下组分及各组分的含量：铬含量18.00％，镍含量10.00％，钼含量2.50％，碳含量0.025％，锰含量1.7％，硅含量1.00％，磷含量0.044％；硫含量0.020％，氮含量0.30％，余量为铁和不可避免的杂质；以钢芯的质量百分比计，钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量18.00％；镍含量10.00％；钼含量3.0％；碳含量0.03％；锰含量1.80％；硅含量0.90％；磷含量0.045％；硫含量0.020％；氮含量0.70％，余量为铁和不可避免的杂质，将钢带轧制为U型；将钢芯置于U型钢带内，将U型钢带合缝并形成圆形；将填充有钢芯的钢带拉拔减径至所需规格，得到钢芯焊丝。

本实施例中，钢芯的直径为3.0mm，钢带的宽度为10mm，钢带的厚度为0.2mm，钢芯焊丝的直径为1.2mm，钢芯的质量为钢芯焊丝总质量的81％。

实施例4

本实施例的钢芯焊丝，包括钢带和包裹在钢带内的钢芯，以钢带的质量百分比计，钢带包括如下组分及各组分的含量：铬含量17.50％，镍含量12.00％，钼含量2.00％，碳含量0.030％，锰含量1.60％，硅含量0.70％，磷含量0.040％；硫含量0.025％，氮含量0.35％，余量为铁和不可避免的杂质；以钢芯的质量百分比计，钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.50％；镍含量14.00％；钼含量2.8％；碳含量0.025％；锰含量1.60％；硅含量0.70％；磷含量0.040％；硫含量0.03％；氮含量0.70％，余量为铁和不可避免的杂质，将钢带轧制为U型；将钢芯置于U型钢带内，将U型钢带合缝并形成圆形；将填充有钢芯的钢带拉拔减径至所需规格，得到钢芯焊丝。

本实施例中，钢芯的直径为5.0mm，钢带的宽度为14mm，钢带的厚度为0.3mm，钢芯焊丝的直径为1.2mm，钢芯的质量为钢芯焊丝总质量的80％。

实施例5

本实施例的钢芯焊丝，包括钢带和包裹在钢带内的钢芯，以钢带的质量百分比计，钢带包括如下组分及各组分的含量：铬含量17.00％，镍含量12.00％，钼含量2.50％，碳含量0.021％，锰含量1.80％，硅含量0.80％，磷含量0.045％；硫含量0.030％，氮含量0.35％，余量为铁和不可避免的杂质；以钢芯的质量百分比计，钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量17.00％；镍含量14.00％；钼含量2.0％；碳含量0.03％；锰含量1.50％；硅含量0.80％；磷含量0.040％；硫含量0.015％；氮含量0.90％，余量为铁和不可避免的杂质，将钢带轧制为U型；将钢芯置于U型钢带内，将U型钢带合缝并形成圆形；将填充有钢芯的钢带拉拔减径至所需规格，得到钢芯焊丝。

本实施例中，钢芯的直径为4.0mm，钢带的宽度为12mm，钢带的厚度为0.2mm，钢芯焊丝的直径为1.4mm，钢芯的质量为钢芯焊丝总质量的80％。

对比例1

本对比例中，焊丝为均匀材质实心焊丝，以焊丝的质量百分比计，焊丝的化学成分为：铬含量17.50％，镍含量12.00％，钼含量2.00％，碳含量0.030％，锰含量1.60％，硅含量0.70％，磷含量0.040％；硫含量0.025％，氮含量0.8％，余量为铁和不可避免的杂质。本对比例中焊丝直径为1.2mm。

对比例2

本对比例中，焊丝为均匀材质实心焊丝，以焊丝的质量百分比计，焊丝的化学成分为：铬含量17.00％，镍含量12.00％，钼含量2.50％，碳含量0.021％，锰含量1.80％，硅含量0.80％，磷含量0.045％；硫含量0.030％，氮含量0.65％，余量为铁和不可避免的杂质。本对比例中焊丝直径为1.4mm。

对比例3

本对比例中，焊丝为均匀材质实心焊丝，以焊丝的质量百分比计，焊丝的化学成分为：铬含量16.00％，镍含量13.00％，钼含量3.00％，碳含量0.030％，锰含量1.8％，硅含量0.80％，磷含量0.045％；硫含量0.010％，氮含量0.70％，余量为铁和不可避免的杂质。本对比例中焊丝直径为1.6mm。

对实施例1至5及对比例1至3制备的焊丝进行焊接试验，按照《GB/T29713-2013不锈钢焊丝和焊带》标准，对熔敷金属的化学成分进行检测，并对焊接接头的力学性能进行检测，焊接工艺性能及熔敷金属的含氮量如表1所示，焊接接头的力学性能如表2所示：

表1：实施例1至5及对比例1至3制备的焊丝的焊接工艺性能及熔敷金属含氮量

表2：利用实施例1至5及对比例1至3制备的焊丝焊接时焊接接头的力学性能

从表1中可以看出，本申请的钢芯焊丝电弧稳定性好、飞溅小、成型美观、含氮量稳定。

本发明的钢芯焊丝，钢芯选用高氮焊芯，钢带包覆在钢芯外部，在焊接过程中，由于电流的集肤效应，优先使焊丝表面的钢带熔化，随后钢芯再进行熔化，二者之间存在一定的熔化时间差。这一特点能够有效抑制高氮奥氏体不锈钢芯焊接时的熔滴过渡，从而减少飞溅现象的发生，同时可以对氮元素的溢出进行有效控制，进而获得符合成分及性能要求的熔敷金属，适用于高氮奥氏体不锈钢焊接。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种钢芯焊丝，其特征在于，所述钢芯焊丝包括钢带和包裹在所述钢带内的钢芯，以所述钢带的质量百分比计，所述钢带包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％～18.00％，镍含量10.00％～14.00％，钼含量2.00％～3.00％，碳含量≤0.030％，锰含量≤2.00％，硅含量≤1.00％，磷含量≤0.045％；硫含量≤0.030％，氮含量0.30％～0.40％，余量为铁和不可避免的杂质；以所述钢芯的质量百分比计，所述钢芯包括如下组分及各组分的含量：铬含量16.00％～18.00％；镍含量10.00％～14.00％；钼含量2.00％～3.00％；碳含量≤0.030％；锰含量≤2.00％；硅含量≤1.00％；磷含量≤0.045％；硫含量≤0.030％；氮含量0.7％～0.9％，余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的钢芯焊丝，其特征在于，所述钢芯的质量为所述钢芯焊丝总质量的80％～85％。

3.根据权利要求1所述的钢芯焊丝，其特征在于，所述钢带的厚度为0.2～0.4mm，所述钢带的宽度为10～14mm。

4.根据权利要求1所述的钢芯焊丝，其特征在于，所述钢芯的直径为3.0～5.0mm。

5.一种权利要求1～4任一项所述的钢芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将钢带轧制为U型；

将钢芯置于U型钢带内，将所述U型钢带合缝并形成圆形；

将填充有所述钢芯的钢带拉拔减径至所需规格，得到所述钢芯焊丝。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钢芯焊丝的直径为1.2～1.6mm。

7.一种权利要求1～4任一项所述的钢芯焊丝的用途，其特征在于，所述钢芯焊丝适用于高氮奥氏体不锈钢焊接。