專利名稱：不銹鋼電弧焊藥芯焊絲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在對于奧氏體相和鐵素體相的雙相不銹鋼等進行電弧焊時所使用的 不銹鋼電弧焊藥芯焊絲，特別是涉及耐點蝕性和低溫韌性優(yōu)異，且全姿勢焊接的焊接操作 性良好的不銹鋼電弧焊藥芯焊絲。
背景技術：
歷來，對于化工機械、石油或天然氣的挖掘用油井管、管道鋼管、化學品運輸船和 水閘等結構物的構件，主要要求在海水等的含有氯離子的環(huán)境下的耐應力腐蝕裂紋(SCC) 性和耐點蝕性優(yōu)異，并具有高強度。于是，作為滿足這些要求的構件，例如使用JIS SUS 329J3L, SUS 329J4L 及 ASTMS31803 的二相不銹鋼等。在這些結構物用的構件的焊接中，大多使用由基本上與母材同樣的合金組成構成 的焊接材料。因此，焊接材料的合金組成也與母材同樣，涉及很多方面。另外，關于焊接方 法也使用各種方法，但特別是利用高效率、容使用的藥芯焊絲進行的電弧焊被廣泛使用。然而，上述雙相不銹鋼鋼材在制造過程中，軋制后地實施熱處理，雙相不銹鋼鋼材 的組織被穩(wěn)定化在接近熱處理溫度下的平衡狀態(tài)的組織。相對于此，焊接金屬是以鐵素體 單相凝固后，在自然冷卻的過程中有奧氏體相在鐵素體相中析出的非平衡狀態(tài)的比較不穩(wěn) 定的組織。因此，在雙相不銹鋼鋼材的焊接部，與鋼材比較，其存在耐點蝕性或低溫韌性不 穩(wěn)定的一面，應用它的結構物會形成耐點蝕性和/或低溫韌性劣化的問題，希望焊接材料 的改善。在使用藥芯焊絲的電弧焊中，作為使焊接部的耐點蝕性提高的技術，可列舉例如 美國專利申請公開第2008/0093353號和日本特開2008-221292號。在這些專利文獻中公 開的技術是，通過在藥芯焊絲中添加Cr、Mo和N而使焊接部的耐點蝕性提高。另外還公開， 通過向藥芯焊絲中添加N來提高焊接金屬的強度。但是，上述的現(xiàn)有技術中存在如下問題點。近來，為了使雙相不銹鋼等結構材能夠 在例如海溝和海底等含有氯離子，高壓力且低溫的環(huán)境中使用，對于焊接部則要求更高的 耐點蝕性和低溫韌性。但是，上述現(xiàn)有的藥芯焊絲不能適應近來對耐點蝕性和低溫韌性的 要求。另外，美國專利申請公開第2008/0093352號的藥芯焊絲，堿金屬成分的含量少， 特別是在向上立焊中無法取得電弧的穩(wěn)定性，焊接操作性降低。此外，日本特開2008-221292號的雙相不銹鋼焊接用藥芯焊絲，ZrO2的含量少，特 別是在立向焊接和上向焊接中，不能取得良好的熔渣包覆性，由此熔渣剝離性和耐點蝕性 劣化，焊接操作性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的問題點而做，其目的在于，提供一種不銹鋼電弧焊藥芯焊絲，在 對于雙相不銹鋼等進行電弧焊時，全姿勢焊接中的焊接操作性良好，能夠得到既維持優(yōu)異的耐點蝕性，低溫韌性也更優(yōu)異的焊接部。本發(fā)明的不銹鋼電弧焊藥芯焊絲，是在不銹鋼制的外皮中填充有焊劑的不銹鋼電 弧焊藥芯焊絲，以焊絲總質(zhì)量計，含有Cr :22. 0 30. 0質(zhì)量％、Ni :6. 0 12. 0質(zhì)量％、Mo 2. 0 5. 0 質(zhì)量 ％、N :0. 20 0. ；35 質(zhì)量 ％、TiO2 :4. 0 9. 0 質(zhì)量 ％、SiO2 :0. 1 2. 0 質(zhì) fi%>Zr02 :0. 5 4. 0質(zhì)量％，含有Li20、Na20和K2O總量為0. 50 1. 50質(zhì)量％，含有金屬 氟化物以氟量換算值計為0. 10 0. 90質(zhì)量％，以及含有稀土元素成分為0. 10 1. 00質(zhì) 量％，C的含量限制在0. 04質(zhì)量％以下，W的含量限制在4. 0質(zhì)量％以下，Cu的含量限制在 2.0質(zhì)量％以下，Bi2O3的含量限制在0.01質(zhì)量％以下，所述Bi203、TiO2, SiO2, ZrO2, Li2O, Na2O和K2O以外的氧化物的含量以總量計限制在3. 0質(zhì)量％以下。本發(fā)明的不銹鋼電弧焊藥芯焊絲，在適當?shù)姆秶鷥?nèi)含有N、Cr和Mo的基礎上，限制 焊絲中的Bi2O3的含量，在焊絲中適量添加稀土元素成分，因此在雙相不銹鋼等焊接部，既 能夠維持優(yōu)異的耐點蝕性，又能夠得到更高的低溫韌性。另外，因為在適當?shù)姆秶鷥?nèi)熔渣形 成劑和電弧穩(wěn)定劑，需要的成分以外的氧化物的含有受到限制，所以能夠得到良好的熔渣 包覆性，焊接操作性也良好。


圖1是表示藥芯焊絲的一例的圖。圖2(a)是表示下向焊接中的焊接母材的坡口形成的剖面圖，(b)是表示立向焊接 和上向焊接中的焊接母材的坡口形狀的剖面圖。
具體實施例方式以下，對于本發(fā)明的實施方式進行具體的說明。為了在雙相不銹鋼等的焊接部獲 得高耐點蝕性，歷來所進行的是，添加N、Cr和Mo作為藥芯焊絲的成分。但是，大量添加N 會成為焊接部發(fā)生凹坑和氣溝等焊接缺陷的原因，也容易使焊接部的低溫韌性劣化。低溫 韌性劣化的結構材不能在例如海溝或海底等高壓力且低溫的環(huán)境下使用。本案發(fā)明者等人 員為了解決向藥芯焊絲添加N所帶來的焊接缺陷的發(fā)生和焊接部的低溫韌性的劣化這樣 的問題，進行了銳意的實驗研究。于是發(fā)現(xiàn)，為了在雙相不銹鋼等焊接部，既維持與以前同 等以上的耐點蝕性，又獲得優(yōu)異的低溫韌性，只要在添加有N、Cr和Mo的藥芯焊絲中，一邊 限制Bi2O3的含量，一邊在藥芯焊絲中適量添加稀土元素成分即可。另外，本案發(fā)明者等人員還發(fā)現(xiàn)，如果在適當范圍內(nèi)向藥芯焊絲添加作為熔渣形 成劑的Ti02、Si&和，添加作為電弧穩(wěn)定劑的Li20、N￡i20和K2O,以及作為金屬氟化物的 氟，限制所要的成分以外的氧化物的含量，則能夠得到良好的熔渣包覆性，由此熔渣剝離性 和耐氣孔性良好，也能夠得到良好的焊接操作性。本發(fā)明能夠用于例如以雙相不銹鋼等的不銹鋼為母材的焊接，除此之外，在例如 以軟鋼為母材而在其上進行堆焊時也能夠適用。以下，對于本發(fā)明的不銹鋼電弧焊藥芯焊絲，就數(shù)值限定理由進行說明。“Cr 以焊絲總質(zhì)量計為22. 0 30. 0質(zhì)量％，，Cr具有使焊接部的耐點蝕性提高的作用。Cr的含量以焊劑的總質(zhì)量計低于22. 0 質(zhì)量％時，不能充分提高焊接部的耐點蝕性。另一方面，若Cr的含量以焊劑的總質(zhì)量計超過30.0質(zhì)量％，則在焊接部析出以!^eCr為主體的金屬間化合物的ο相，低溫韌性劣化(ο 相脆化)。因此在本發(fā)明中，Cr的含量以焊絲的總質(zhì)量計規(guī)定為22. 0 30. 0質(zhì)量％。“Ni 以焊絲總質(zhì)量計為6. 0 12. 0質(zhì)量％，，Ni在雙相不銹鋼等的焊接部使奧氏體相穩(wěn)定化，具有使熔敷金屬的低溫韌性提高 的作用。若Ni的含量以焊絲的總質(zhì)量計低于6.0質(zhì)量％，則不能充分獲得使熔敷金屬的低 溫韌性提高的作用。另一方面，若M的含量以焊絲的總質(zhì)量計超過12.0質(zhì)量％，則使熔敷 金屬的延展性降低。因此，在本發(fā)明中，Ni的含量以焊絲的總質(zhì)量計規(guī)定為6. 0 12. 0質(zhì)量％。"Mo 以焊絲總質(zhì)量計為2. 0 5. 0質(zhì)量％ ”Mo與Cr 一樣，出于提高焊接部的耐點蝕性的目的而添加。若Mo的含量以焊絲的 總質(zhì)量計低于2.0質(zhì)量％，則不能充分提高焊接部的耐點蝕性。另一方面，若Mo的含量以 焊絲的總質(zhì)量計超過5. 0質(zhì)量％，則在雙相不銹鋼等的焊接部析析出以!^eCr為主體的金屬 間化合物的ο相，熔敷金屬的低溫韌性劣化(ο相脆化)。因此在本發(fā)明中，Mo的含量以 焊絲的總質(zhì)量計規(guī)定為2. 0 5. 0質(zhì)量％。"N 以焊絲總質(zhì)量計為0. 20 0. 35質(zhì)量％ ”N與Cr和Mo —樣，具有使焊接部的耐點蝕性提高的作用。若N的含量以焊絲的總 質(zhì)量計低于0. 20質(zhì)量％，則不能充分提高焊接部的耐點蝕性。另一方面，若N的含量以焊 絲的總質(zhì)量計超過0. 35質(zhì)量％，則焊接部的耐氣孔性劣化，成為凹坑和氣溝等的焊接缺陷 發(fā)生的原因，熔敷金屬的低溫韌性劣化。因此在本發(fā)明中，N的含量以焊絲的總質(zhì)量計規(guī)定 為0. 20 0. 35質(zhì)量％。"TiO2 以焊絲總質(zhì)量計為4. 0 9. 0質(zhì)量％，，TiO2是熔渣形成劑，其改善熔渣的流動性，使熔渣的包覆性和剝離性提高。另外 TiO2還具有提高電弧穩(wěn)定性的作用。若TW2的含量以焊絲的總質(zhì)量計低于4.0質(zhì)量％，則 得不到熔渣的包覆性和剝離性提高效果以及電弧的穩(wěn)定性。另一方面，若TW2的含量以焊 絲的總質(zhì)量計超過9. 0質(zhì)量％，則熔渣的流動性降低，焊接部容易發(fā)生夾渣等的焊接缺陷。 另外，焊接時的熔渣剝離性和耐氣孔性劣化。因此在本發(fā)明中，TiO2的含量以焊絲的總質(zhì) 量計規(guī)定為4.0 9.0質(zhì)量％。更優(yōu)選的下限值為5.0質(zhì)量％。更優(yōu)選的上限值為8.0質(zhì) 量％。"SiO2 以焊絲總質(zhì)量計為0. 1 2. 0質(zhì)量％，，SiO2具有使焊道的融合性和熔渣的包覆性良好的作用，通過S^2的添加，能夠得 到良好的熔渣剝離性和耐氣孔性。若S^2的含量以焊絲總質(zhì)量計低于ο. ι質(zhì)量％，則不能 充分獲得提高焊道的融合性和熔渣的包覆性的效果。另一方面，若S^2的含量以焊絲總質(zhì) 量計超過2.0質(zhì)量％，則熔渣容易燒結，熔渣剝離性劣化。因此在本發(fā)明中，SiO2W含量以 焊絲總質(zhì)量計規(guī)定為0. 1 2. 0質(zhì)量％。"ZrO2 以焊絲總質(zhì)量計為0. 5 4. 0質(zhì)量％ ”&02具有使熔渣的粘性提高的作用，通過^O2的添加，特別是能夠在立向焊接和 上向焊接時得到良好的熔渣包覆性，由此，能夠得到良好的熔渣剝離性和耐氣孔性。若^O2 的含量以焊絲總質(zhì)量計低于0. 5質(zhì)量％，則不能充分獲得提高熔渣粘性的效果，向上立焊 性劣化。另一方面，若^O2的含量以焊絲總質(zhì)量計超過4.0質(zhì)量％，則熔渣的粘性過高，熔渣剝離性劣化，也容易發(fā)生在焊接部夾渣等的焊接缺陷。因此在本發(fā)明中，ZiO2的含量以焊 絲總質(zhì)量計規(guī)定為0.5 4.0質(zhì)量％。更優(yōu)選的下限值為1.0質(zhì)量％。"Li2O, Na2O和K2O 總量以焊絲總質(zhì)量計為0. 50 1. 50質(zhì)量％，，作為堿金屬的Li、Na和K的氧化物，其具有的作用是，通過添加而使電弧穩(wěn)定性 提高，特別是在向上立焊中使焊接操作性提高。若Li2CKNii2O和K2O的含量總量以焊絲總質(zhì) 量計低于0. 50質(zhì)量％，則在全姿勢焊接中不能獲得良好的焊接操作性。另一方面，若Li20、 Na2O和K2O的含量總量以焊絲總質(zhì)量計超過1. 50質(zhì)量％，則焊絲的耐吸濕性容易劣化。因 此在本發(fā)明中，Li2CKNa2O和K2O的含量的總量以焊絲總質(zhì)量計規(guī)定為0. 50 1. 50質(zhì)量％。“金屬氟化物按氟量換算值以焊絲總質(zhì)量計為0. 10 0. 90質(zhì)量％”氟抑制凹坑和氣孔等焊接缺陷在焊接部的發(fā)生，另外還具有提高耐氣孔性的作 用，在本發(fā)明中，通過金屬氟化物進行添加。若金屬氟化物的含量按氟量換算值以焊絲總質(zhì) 量計低于0. 10質(zhì)量％，則凹坑和氣孔容易發(fā)生，熔渣剝離性也劣化。另一方面，若金屬氟化 物的含量按氟量換算值以焊絲總質(zhì)量計超過0. 90質(zhì)量％，則焊接時的電弧穩(wěn)定性降低，飛 濺和煙塵的發(fā)生量增加，焊接操作性劣化。因此在本發(fā)明中，金屬氟化物的含量按氟量換算 值以焊絲總質(zhì)量計規(guī)定為0. 10 0.90質(zhì)量％。另外，更優(yōu)選的氟化物的含量，按氟量換算 值以焊絲總質(zhì)量計為0. 30 0. 90質(zhì)量％。“稀土元素成分以焊絲總質(zhì)量計為0. 10 1. 00質(zhì)量％ ”稀土元素成分在本發(fā)明中是用于提高焊接部的低溫韌性最重要的成分。S卩，因為 稀土元素成分是強脫氧劑，所以使熔敷金屬中的氧量降低，并且以發(fā)生氧化的夾雜物為起 點，熔敷金屬容易從鐵素體相向奧氏體相圓滑地過渡，其結果是具有使雙相不銹鋼等組織 微細化，使焊接部的低溫韌性提高的作用。另外，稀土元素成分具有使熔渣的被覆均一化， 使熔渣剝離性提高的效果，具有防止停留在熔敷金屬和熔渣的邊界部分的氮氣等氣體造成 氣溝和凹坑等焊接缺陷發(fā)生的作用。稀土元素成分例如能夠以氟化物或氧化物等的形態(tài)將 Ce、La和Y等添加到焊劑中。如果稀土元素成分的含量以焊絲總質(zhì)量計為0. 10質(zhì)量％以 上，則能夠提高焊接部的低溫韌性。另一方面，若稀土元素成分的含量以焊絲總質(zhì)量計超過 1. 00質(zhì)量％，則反而容易使熔渣剝離性劣化。這被認為是由于稀土元素的氧化物在熔渣中 增加。因此在本發(fā)明中，稀土元素成分的含量以焊絲總質(zhì)量計規(guī)定為0. 10 1. 00質(zhì)量％。 另外，稀土元素成分的含量以焊絲總質(zhì)量計為0. 30質(zhì)量％則能夠充分取得上述的效果。“C 以焊絲總質(zhì)量計限定在0. 04質(zhì)量％以下”C與Cr和Mo反應而生成碳化物，使焊接部的耐點蝕性劣化。若C的含量以焊絲總 質(zhì)量計超過0.04質(zhì)量％，則焊接部的耐點蝕性劣化。因此在本發(fā)明中，C的含量以焊絲總 質(zhì)量計為限制在0. 04質(zhì)量％以下。“W 以焊絲總質(zhì)量計限制在4. 0質(zhì)量％以下”若添加大量的W使焊絲中的W含量以焊絲總質(zhì)量計超過4. 0質(zhì)量％，則在雙相不 銹鋼等的焊接部，氮化物和金屬間化合物析出，熔敷金屬的脆性和低溫韌性劣化。因此在本 發(fā)明中，W的含量以焊絲總質(zhì)量計限制在4. 0質(zhì)量％以下。另外，優(yōu)選W的含量以焊絲總質(zhì) 量計為2.0質(zhì)量％以下。"Cu 以焊絲總質(zhì)量計限制在2. 0質(zhì)量％以下”Cu的添加量即使很微量也會使熔渣剝離性劣化。另外，若添加大量的Cu而使Cu的含量以焊絲的總質(zhì)量計超過2.0質(zhì)量％，則熔渣的剝離性劣化，耐氣孔性也劣化。因此在 本發(fā)明中，Cu的含量以焊絲的總質(zhì)量計限制在2. 0質(zhì)量％以下。另外，優(yōu)選Cu的含量以焊 絲的總質(zhì)量計為1. 0質(zhì)量％以下。"Bi2O3 以焊絲總質(zhì)量計限制在0. 01質(zhì)量％以下”Bi2O3使熔敷金屬中的氧量增加，使焊接部的低溫韌性劣化。若Bi2O3的含量以焊絲 總質(zhì)量計超過0. 01質(zhì)量％，則焊接部的低溫韌性劣化。因此在本發(fā)明中，Bi2O3的含量以焊 絲的總質(zhì)量計限制在0. 01質(zhì)量％以下。另外，優(yōu)選Bi2O3的含量以焊絲的總質(zhì)量計為0. 005 質(zhì)量％以下。“上述以外的氧化物以焊絲總質(zhì)量計限制在3. 0質(zhì)量％以下”上述Bi203、Ti02、Si02、&02、Li20、Na20和K2O以外的氧化物，例如使熔渣剝離性和 耐氣孔性這樣的熔渣特性劣化，使焊接操作性劣化。若Bi203、Ti02、Si02、&02、Li20、N￡i20和 K2O以外的氧化物的含量以焊絲的總質(zhì)量計超過3. 0質(zhì)量％，則熔渣剝離性劣化，耐氣孔性 也劣化。因此在本發(fā)明中，Bi203、Ti02、Si02、Zr02、1^20、妝20和K2O以外的氧化物的含量以 焊絲的總質(zhì)量計限制在3. 0質(zhì)量％。另外，優(yōu)選Bi203、TiO2, Si02、Zr02、Li20、Na2O和K2O以 外的氧化物的含量以焊絲的總質(zhì)量計在1. 2質(zhì)量％以下。在本發(fā)明中，除了上述的焊絲組成的數(shù)值范圍以外，還優(yōu)選焊劑相對于焊絲總質(zhì) 量的質(zhì)量比，即焊劑率為25. 0 40. 0質(zhì)量％。若焊劑率低于25. 0質(zhì)量％，則存在容易發(fā) 生夾渣等的焊接缺陷的情況，若焊劑率超過40.0捏％，則由于焊絲的強度降低而致使進給 性容易劣化，存在不能進行穩(wěn)定的焊接操作的情況。因此，焊劑率優(yōu)選為25. 0 40. 0質(zhì) 量％，更優(yōu)選焊劑率為30. 0 38. 0質(zhì)量％。另外在本發(fā)明中，從生產(chǎn)率的觀點出發(fā)，作為藥芯焊絲的外皮，優(yōu)選使用以外皮的 總質(zhì)量計，含有Cr 16. 0 22. 0質(zhì)量％、Ni :10. 0 14. 0質(zhì)量％禾口 Mo :2. 0 3. 0質(zhì)量％ 的不銹鋼。將該組成以外的不銹鋼作為外皮使用時，有生產(chǎn)率容易降低，成本容易增加的問題。實施例以下，就滿足本發(fā)明的范圍的實施例，使之與脫離本發(fā)明的范圍的比較例進行比 較來說明其效果。首先，一邊使由表1所示的組成的不銹鋼構成的厚0. 4mm、寬9. Omm的帶沿 著其縱長方向移動，一邊在其上供給焊劑，再使該帶沿著寬度方向徐徐彎曲，成形為圖1 (b) 所示的圓筒狀，由此在外皮la(No. A和B)之中填充由金屬原料和熔渣成分構成的焊劑lb。 對于所得到的藥芯焊絲1 (No. 1 24)進行拉絲加工，使之直徑成為1. 2mm作為供試焊絲。 這時，通過調(diào)整焊劑向外皮中的填充率和焊劑的組成，制作具有表2-1和表2-2所示的組成 的各實施例和比較例的藥芯焊絲。表1
權利要求
1. 一種藥芯焊絲，是在不銹鋼制的外皮中填充有焊劑而成的不銹鋼電弧焊藥芯焊絲， 其特征在于，以焊絲總質(zhì)量計含有Cr 22. 0 30. 0質(zhì)量％、Ni :6. 0 12. 0質(zhì)量％、Mo :2. 0 5. 0 質(zhì)量％、N 0. 20 0. 35 質(zhì)量 ％、TiO2 :4. 0 9. 0 質(zhì)量％、SiO2 :0. 1 2. 0 質(zhì)量％、ZrO2 0. 5 4. 0質(zhì)量％，含有總量為0. 50 1. 50質(zhì)量％的Li2CKNa2O和K20，含有以氟量換算值 計為0. 10 0. 90質(zhì)量％的金屬氟化物，以及含有0. 10 1.00質(zhì)量％的稀土元素成分，C的含量限制在0. 04質(zhì)量％以下，W的含量限制在4. 0質(zhì)量％以下，Cu的含量限制在 2. 0質(zhì)量％以下，Bi2O3的含量限制在0. 01質(zhì)量％以下，所述Bi203、Ti02、Si02、Zr02、Li20、Na20和K2O以外的氧化物的含量以總量計限制在3. 0 質(zhì)量％以下。
全文摘要
本發(fā)明的不銹鋼電弧焊藥芯焊絲，在不銹鋼制的外皮中填充有焊劑，以焊絲總質(zhì)量計，含有Cr22.0～30.0質(zhì)量％、Ni6.0～12.0質(zhì)量％、Mo2.0～5.0質(zhì)量％、N0.20～0.35質(zhì)量％、TiO24.0～9.0質(zhì)量％、SiO20.1～2.0質(zhì)量％、ZrO20.5～4.0質(zhì)量％，含有Li2O、Na2O和K2O總量為0.50～1.50質(zhì)量％，含有金屬氟化物以氟量換算值計為0.10～0.90質(zhì)量％，以及含有稀土元素成分為0.10～1.00質(zhì)量％。C的含量限制在0.04質(zhì)量％以下，W的含量限制在4.0質(zhì)量％以下，Cu的含量限制在2.0質(zhì)量％以下，Bi2O3的含量限制在0.01質(zhì)量％以下，所述Bi2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、Li2O、Na2O和K2O以外的氧化物的含有限制在3.0質(zhì)量％以下。根據(jù)這樣的構成，在對于雙相不銹鋼等進行電弧焊時，能夠得到全姿勢焊接中的焊接操作性良好，既維持優(yōu)異的耐點蝕性，低溫韌性也更優(yōu)異的焊接部。
文檔編號B23K35/22GK102091881SQ201010589828
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權日2009年12月15日
發(fā)明者池田哲直, 渡邊博久, 菅原大志 申請人:株式會社神戶制鋼所