用于双相不锈钢的药芯焊丝及其制造方法

摘要

本发明涉及一种双相不锈钢药芯焊丝，其包括外皮和在上述外皮内充填的焊剂。相对于焊丝的总重量，所述药芯焊丝由Cr：24.0～30.0wt％、Ni：7.0～10.5wt％、Mo：2.0～4.0wt％、Cu：0.10～2.50wt％、Si：0.40～1.00wt％、Mn：1.5～3.0wt％、N化合物(N换算值)：0.10～0.30wt％，以及包含Fe和不可避免杂质的其余部分所组成。相对于焊丝的总重量，所述焊剂由TiO2+SiO2+ZrO2+Al2O3：6.50～12.00wt％、Li2O+K2O+Na2O：0.10～0.50wt％、其他氧化物：0.10 2.00wt％和金属氟化物(F换算值)：0.10～0.50wt％组成；所述焊剂充填所述外皮的比例为26～35％。在双相不锈钢药芯焊丝中，控制焊丝中Cr、Ni、Mo、Cu和N等元素的含量，优化焊剂中TiO2、SiO2、ZrO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O、FeCO3、MnO、MgO和Bi2O3等成分的组合，能够得到具有优异的耐点蚀性、耐晶间腐蚀性及抗裂性和高强度的焊接金属。而且，由于药芯焊丝具有优异的可拉性，其能够提高焊接性能和生产力。

说明书

技术领域

本发明涉及用于双相不锈钢的药芯焊丝，更具体而言，涉及用于双相不锈钢的药芯焊丝及其制备方法，从而获得应用于要求具有高强度和具有优异的耐点蚀性(pitting corrosion proof)的海水淡化设备、炼油设备、石油化学热交换器、以及各种化工设备中的耐腐蚀材料，并获得用作建筑或汽车焊接结构材料的具有优异的耐点蚀性、耐晶间腐蚀性、抗裂性和高强度的焊接金属。此外，由于药芯焊丝具有优异的可拉性，其能够提高焊接性能和生产力。

背景技术

双相不锈钢的特征在于其具有微细结构，其中，奥氏体和铁素体的比例为50∶50，因此其具有优异的耐腐蚀性、机械性质和良好的焊接性能。在最初开发的双相不锈钢中，铁素体的含量占75～80％。因此，焊接性能和耐晶间腐蚀性非常差。1960年代以后，由于调整了Cr和Ni的含量，使奥氏体和铁素体的构成比例维持50∶50，因而改善了焊接性能和耐晶间腐蚀性。在实际焊接区中，铁素体的含量急增，由此降低了焊接区的机械性质和耐腐蚀性。后来开发了称为第三代双相不锈钢的含有N的双相不锈钢。在双相不锈钢焊接区中，N是非常重要的成分，其有助于铁素体在焊接后的冷却期间转化成奥氏体。因此，与现有的300系列奥氏体不锈钢相比，含有N的双相不锈钢具有更优异的耐应力腐蚀破裂性(resistance to stress corrosion cracking)、耐点蚀性和耐晶间腐蚀性。特别是，与现有的奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的强度更高(差不多50％)，且与现有的SUS 316L不锈钢相比，双相不锈钢具有更高的临界点蚀温度(差不多10℃或更多)。

作为含有N的不锈钢的代表性实例有SUS304N2、SUS304LN、SUS316LN、SUS317LN、SUS329J3L、SUS329J4L、UNS S31803、UNS S32520、UNS S32550等。含有N的不锈钢可以分为N含量高的奥氏体不锈钢和双相不锈钢。其中，强度高且耐点蚀性优异的双相不锈钢可应用于海水淡化设备、炼油设备、石油化学热交换器，以及各种化工设备中，且由于双相不锈钢强度高，其还用作建筑或汽车的结构材料。

要求上述领域中用于焊接的焊接材料具有与基本金属(base metal)相同或者更好的物理特性。此外，由于需要良好的焊接性能，因此，逐渐需要使用在焊接材料当中具有高效能和优异的焊接性能的药芯焊丝进行MAG焊接。

在制造双相不锈钢时，在轧钢(rolling)后进行热处理。因此，在常温下可以容易形成稳定的微细结构。然而，在焊接金属的情况中，难以控制焊接熔融的焊接金属通过自然冷却(inherent cooling)凝固时出现的微细结构的转变。因此，与双相不锈钢相比，焊接金属的耐点蚀性或韧性更不稳定。在药芯焊丝的焊接方法中，由于焊接过程中热输入量高，因此与钨极气体保护电弧焊(GTAW)、气体金属电弧焊(GMAW)、手工保护金属极电弧焊(SMAW)相比，药芯焊丝电弧焊难以确保相对良好的焊接区。

而且，在制造药芯焊丝时，在不锈钢外皮内充填焊剂，因此可以充填的合金成分的含量是有限制的。特别是，制造双相不锈钢药芯焊丝使用的大部分焊剂价格高昂。此外，当充填的焊剂合金成分的含量增加时，工件的硬度增加，因此，拉伸时出现断线的情况，由此降低了生产力，并增加焊接材料的成本。

因此，调整了焊接材料内Cr、Ni、Mo、N等合金成分的含量，以确保焊接金属及焊接区的耐点蚀性、耐晶间腐蚀性、抗裂性、高强度和良好的焊接性能。特别是，已知上述合金成分具有改善焊接金属的耐点蚀性的效果。

依照焊接的热输入量的不同，加入上述成分所引起的效果会随之而改变，所述热输入量无可避免地在焊点中生成。因此，仅通过控制上述成分，不足以提高焊接金属的耐点蚀性。而且，随着热输入量的不同，增加成分所添加的量会降低焊接金属的机械性能或焊接性能。另外，增加成分所添加的量还降低制造时的可拉性。

发明内容

本发明的优点在于提供的双相不锈钢药芯焊丝通过控制焊丝中Cr、Ni、Mo、Cu和N的含量，优化焊剂中TiO₂、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、Li₂O、K₂O、Na₂O、FeCO₃、MnO、MgO和Bi₂O₃等成分的组合，使所述双相不锈钢药芯焊丝具有优异的耐点蚀性、耐晶间腐蚀性、抗裂性、高强度和良好的焊接性能。

本发明的另一优点在于提供的双相不锈钢药芯焊丝通过适当地调整焊剂表观密度(g/l)和混合焊剂的粒度而提高了生产力，且其制造成本低廉。

根据本发明提的一个方面，双相不锈钢药芯焊丝包括外皮和外皮内充填的焊剂。相对于焊丝的总重量，所述药芯焊丝由Cr：24.0～30.0wt％、Ni：7.0～10.5wt％、Mo：2.0～4.0wt％、Cu：0.10～2.50wt％、Si：0.40～1.00wt％、Mn：1.5～3.0wt％、N化合物(N换算值)：0.10～0.30wt％以及包含Fe和不可避免的杂质的其余部分组成。相对于焊丝的总重量，所述焊剂由TiO₂+SiO₂+ZrO₂+Al₂O₃：6.50～12.00wt％、Li₂O+K₂O+Na₂O：0.10～0.50wt％、其他氧化物：0.10～2.00wt％和金属氟化物(F换算值)：0.10～0.50wt％组成。所述焊剂充填所述外皮的比例为26～35％。

由下述数学式表示外皮内充填的焊剂中的氧化物所提供的总氧气量Po(％)，相对于焊丝的总重量，其可满足于3.00～5.20wt％的范围。

$\mathrm{Po}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(\mathrm{Xi}\times \mathrm{\delta i})$

其中，

Po：相对于焊丝的总重量，外皮内充填的焊剂中的氧化物所提供的总氧气量(wt％)；

i：外皮内充填的焊剂中的氧化物；

n：外皮内充填的焊剂中的氧化物的数量；

Xi：相对于焊丝的总重量，外皮内充填的焊剂中的氧化物的重量(wt％)；和

δi：焊剂内氧化物i中包含的氧原子的百分比。

根据本发明的另一方面，制造本发明的双相不锈钢药芯焊丝的方法包括将混合焊剂充填外皮，所述双相不锈钢药芯焊丝包括外皮及外皮内充填的焊剂。混合焊剂的表观密度(g/l)满足于3.50～4.50的范围，混合焊剂的颗粒全部能通过60目筛的标准筛，不能通过230目筛的标准筛的混合焊剂颗粒的比例为总混合焊剂的65～85％，其余颗粒都能通过230目筛的标准筛。

附图说明

本发明的上述和其他目的和优点将会通过对参考附图的详细说明而更为明显，其中：

图1A是在平面位置进行焊接的示意图；

图1B是在填角位置(H-fillet position)进行焊接的示意图；

图1C是进行仰焊接的示意图；

图2是评价抗裂性的方法的示意图。

具体实施方式

以下，将通过参考附图对本发明的实施方式作详细说明。

本发明人用实验证明了Cr、Ni、Mo和N的添加对焊接金属的耐点蚀性的影响。然而，仅通过控制这些正元素不足以提高焊接金属的耐点蚀性。而且，随着焊接热输入量的不同，增加元素的添加量会降低焊接金属的机械性能或焊接性能，还降低制造时的可拉性。

因此，本发明人通过评价Cr、Ni、Mo和N，以及Cu、Si和Mn所引起的影响的程度，并规定了包含在外皮内的微量元素的含量，从而对改善焊接金属的机械性能或焊接性能，以及改善抗裂性和耐点蚀性的因素进行研究。

同时，本发明人发现充填外皮的焊剂中的氧化物所供应的氧气量对焊接金属的机械性能和焊接性能有很大的影响。此外，本发明人还对不降低焊接区的机械性能而能够提高焊接性能的氧气量进行了研究。

另外，本发明人研究了现有技术所忽略的焊接材料的生产力及生产成本。为了提高生产力，以及焊接金属的机械性能和焊接性能。本发明人对生产力与充填外皮的焊剂的特性之间的关系进行了多种测试。结果，本发明人发现焊剂特性中对生产力最具影响力的是表观密度(g/l)和焊剂的粒度分布。

以下，将详细说明限定本发明的双相不锈钢药芯焊丝的各种元素含量的原因，以及限定多种组成元素组合的原因。

为了说明外皮，本发明人对耐点蚀性和抗裂性之间的相关性进行了研究。此时，使用在JIS G4304[热轧钢不锈钢钢板、钢片和钢带]、JIS G4305[冷轧钢不锈钢钢板、钢片和钢带]、GIS G4306[热轧钢不锈钢]和JIS G4307[冷轧钢不锈钢]中规定的奥氏体不锈钢，将C的含量，相对于外皮的总重量，控制在0.015wt％以下，P+S+Co+B+Bi的含量控制在0.10wt％以下。结果，发明人发现当满足于组成范围时可得到一定效果。

C：0.015wt％以下

C用作提高焊丝和熔敷金属(deposited metal)的强度。当外皮中C的含量增加时，焊接时的飞溅量也增加。当含量超过0.015wt％时，焊接时的飞溅量增多。因此，外皮中C的含量，相对于金属外皮的总重量，限制为0.015wt％以下。

P+S+Co+B+Bi：0.10wt％以下

当外皮中P+S+Co+B+Bi的含量超过0.10wt％时，耐点蚀性、抗裂性和强度降低，且飞溅量增多。因此，P+S+Co+B+Bi的含量，相对于外皮的总重量，限制在0.10wt％以下。

以下，将说明限制充填焊丝和外皮的焊剂的各种元素的含量的原因。

Cr：24.0～30.0wt％

Cr是焊接金属中的铁素体稳定化元素，其用于改善耐点蚀性、耐晶间腐蚀性和抗裂性。当Cr含量低于24.0wt％时，不能充分地获得这种效果。当Cr含量超过30.0wt％时，σ相被析出和溴化，由此降低了韧性及伸长度。因此，Cr的含量设在焊丝总重量的24.0～30.0wt％范围内。作为焊剂中Cr的供应源，可以使用金属铬(Metal-Cr)、铬铁(Ferro-Cr(L/C))、CrN等(L/C表示低碳，以下所用的具有相同意思)。

Ni：7.0～10.5wt％

Ni是焊接金属中的奥氏体稳定化元素，其用于避免在焊接金属部分中形成铁素体相，并提高焊接金属的韧性，以及提高耐点蚀性、耐晶间腐蚀性和抗裂性。当Ni含量低于7.0wt％时，不能充分地获得其效果。当Ni含量超过10.5wt％时，奥氏体的百分比变得过多，由此在降低强度的同时，韧性的增加效果也接近其极限，也就是说其效果变得不明显。因此将Ni含量设在焊丝总重量的7.0～10.5wt％范围内。作为焊剂中Ni的供应源，使用了金属镍(Metal-Ni)。

Mo：2.0～4.0wt％

Mo用于改善焊接金属的耐点蚀性以及其在高强度和高温下的抗回火性。当Mo含量低于2wt％时，不能充分地莸得其效果。同时，当Mo含量超过4wt％时，σ相被析出和溴化，由此降低了韧性。因此，将Mo含量设在焊丝总重量的2.0～4.0wt％范围内。作为焊剂中Mo的供应源，可以使用金属钼(Metal-Mo)或钼铁(Ferro-Mo(L/C))等。

Cu：0.10～2.50wt％

Cu用于提高耐点蚀性，特别是提高耐酸腐蚀性。在低pH的环境中，例如含有H₂SO₄或者硅化氢的环境，Cu可提高耐腐蚀性。然而，当Cu含量低于0.1wt％时，不能充分地获得其效果。另一方面，当Cu含量超过2.5wt％时，抗张强度(tensile strength)和屈服点增加，且韧性、伸长度和表面收缩率的比例减少。因此，Cu含量设在焊丝总重量的0.1～2.5wt％范围内。作为焊剂中Cu的供应源，可使用金属铜(Metal-Cu)等。

Si：0.40～1.00wt％

Si是熔渣生成和焊接金属的强化元素。铁素体利用Si增加坚硬度、弹性系数和张力(tensile force)，减少伸长度和冲击值。当Si含量低于0.40wt％时，得不到适当的强度。因此难以获得到预期效果。当Si含量超过1.00wt％时，韧性减少的效果大于强度增加的效果。因此，Si含量设在焊丝总重量的0.40～1.00wt％范围内。作为焊剂中Si的供应源，可以使用Fe-Si-Mn(L/C)、金属硅(Metal-Si)或者硅铁(Ferro-Si)等。

Mn：1.5～3.0wt％

Mn是去氧元素和奥氏体稳定化元素，其用于调整焊接金属的微细结构。当Mn含量低于1.5wt％时，不能充分莸得其效果。当Mn含量超过3.0wt％时，无法在耐点蚀性和强度方面获得良好的效果。因此，Mn含量设在焊丝总重量的1.5～3.0wt％范围内。作为焊剂中Mn的供应源，可以使用金属锰(Metal-Mn)、锰铁(Ferro-Mn(L/C))或者Fe-Si-Mn(L/C)等。

N化合物(N换算值)：0.10～0.30wt％

N是固溶体强化元素，其用于提高焊接金属的强度，以及改善耐点蚀性。当N含量低于0.10wt％时，不能充分获得到其效果。当N含量超过0.30wt％时，容易出现例如气孔(blowhole)等焊接缺陷，并降低韧性使冲击值减少。而且，N含量超过0.30wt％可导致生成焊接气孔(welding pores)和时效硬化(aginghardening)。因此N含量设在焊丝总重量的0.10～0.30wt％范围内。作为焊剂中N化合物的供应源，可以使用金属氮化锰(Metal-MnN)、氮化锰铁(Ferro-MnN)或者金属氮化铬(Metal-CrN)等。

TiO₂+SiO₂+ZrO₂+Al₂O₃：6.5～12.0wt％

TiO₂是熔渣形成剂，其用于提高电弧稳定性。还用于提高熔渣的覆盖性以及制造对焊接有利的焊珠形状。然而，当TiO₂含量低时，可出现砍口，且难以在焊接金属中确保足够分量的熔渣。因此，难以形成理想的焊珠状。当TiO₂含量过多时，熔渣的流动性过度良好，从而降低熔渣的覆盖性，飞溅量也变多，并出现例如夹渣的焊接缺陷。作为焊剂中TiO₂的供应源，可以使用金红石或者钛铁矿(ilminite)等。

SiO₂作为酸性焊剂，用于调整熔融熔渣的碱性。还用于调整熔渣的粘性和熔点以改善焊珠的外形，并用于提高熔渣的剥离性。当SiO₂含量低时，粘性不足，容易出现斜珠状(skew bead)或者砍口。此外，焊珠的宽度变得不一致，减少了焊珠的扩展程度(degree of bead spreading)使形成凸珠。因此，不能充分获得其效果。当SiO₂含量过多，熔渣粘性变得过高，使焊珠的形状变差，同时降低熔渣的剥离性。作为焊剂中SiO₂的供应源，可以使用硅酸盐或者长石等。

ZrO₂使熔渣粘性在垂直焊接和仰焊接过程中维持良好的状态，防止熔渣滴下，并改善焊珠的形状。当ZrO₂含量低时，不能充分获得其效果。当ZrO₂含量过多时，熔渣的粘性变得过高，使熔渣过度覆盖焊接熔池(weld pool)。因此，不能稳定电弧，并容易出现夹渣的焊接缺陷。作为焊剂中ZrO₂的供应源，可以使用锆沙(Zr sand)、氧化锆(Zr oxide)等。

Al₂O₃是调整熔渣的粘性和熔点的重要成分，且是形成熔渣和调整碱性改善焊接性能的中性成分(neutral component)。当Al₂O₃含量低时，熔渣的粘性和熔点变低，使焊珠的宽度和珠粒(bead grain)不均匀。而且，可出现诸如砍口等缺陷，使熔渣的剥离性降低。当Al₂O₃含量过多时，固化温度上升使焊珠变差。此外，因粘性增加，使形成凸珠，并出现夹渣。而且，氧气量的增加降低了熔敷金属的韧性，且降低了焊珠的末端部分的直线性。作为焊剂中Al₂O₃的供应源，可以使用矾土。

在本发明中，当TiO₂+SiO₂+ZrO₂+Al₂O₃含量低于6.5％wt时，可生成少量的熔渣。因此熔渣的覆盖性和剥离性并不优异，且焊接时电弧稳定性降低，因此难以获得良好的焊珠状。当TiO₂+SiO₂+ZrO₂+Al₂O₃含量超过12.0％wt时，形成过多的熔渣。因此，电弧不稳定，飞溅量变多，并产生诸如夹渣的焊接缺陷。因此，TiO₂+SiO₂+ZrO₂+Al₂O₃含量设在焊丝总重量的6.5％～12.0wt％范围内。

Li₂O+K₂O+Na₂O：0.10～0.50wt％

Li₂O、K₂O和Na₂O成分是高速焊接时确保电弧稳定性的重要成分，并用于减少熔渣的表面张力以确定焊珠的外形。此外，Li₂O、K₂O和Na₂O用于调整熔渣的粘性。当Li₂O+K₂O+Na₂O含量低于0.10wt％时，电弧稳定性显著减少，降低了焊接熔透性(weld penetration)，并出现夹渣。当Li₂O+K₂O+Na₂O含量超过0.50wt％时，形成凸珠，使焊接性能降低，并出现诸如凹陷(pit)的焊接缺陷。因此，焊剂中Li₂O+K₂O+Na₂O的含量设在0.10～0.50wt％的范围内。

作为焊剂中Li₂O的供应源，可以使用氧化锂。作为K₂O的供应源，可以使用长石、锆沙、黑锰矿等。作为Na₂O的供应源，可以使用长石、冰晶石等。

其他氧化物：0.10～2.00wt％

加入其他氧化物以补充焊接金属的氧气量和调整熔渣含量。当其他氧化物的含量低于0.10wt％时，不能得到其效果。当其他氧化物的含量超过2.00wt％时，焊剂的覆盖性被降低，且飞溅量增加。因此，焊剂中其他氧化物的含量设在焊丝总重量的0.10～2.00wt％范围内。作为其他氧化物的供应源，可以使用FeCO₃，MnO、MgO和Bi₂O₃中的至少一种或多种。

金属氟化物(F换算值)：0.10～0.50wt％

金属氟化物用于提高耐凹陷性(pit resistance)，调整熔渣的熔点，并提高熔渣的覆盖性和剥离性。当金属氟化物(F换算值)的含量低于0.10wt％时，会出现凹陷或降低熔渣的覆盖性和剥离性。当金属氟化物的含量超过0.50wt％时，熔渣熔点显著降低，熔渣的覆盖性降低。另外，氟气的生成导致生成大量的烟雾。因此，焊剂中金属氟化物(F换算值)的含量设在焊丝总重量的0.10～0.50wt％范围内。作为金属氟化物，可以使用LiF、MgF₂、AlF₃、CaF₂等。虽然使用的是它们其中的任何一个，但它们任何一个都可以得到相同的效果。

以下将说明限制本发明的双相不锈钢药芯焊丝的外皮内充填的焊剂的含量的原因。

当充填外皮的焊剂的含量低于26wt％，难以在充分确保所需的用以覆盖焊珠的外部表面的熔渣量的同时，满意地构成焊接金属的化学成分。当焊剂含量超过35wt％时，制造时会出现断线或生成过多的熔渣，难以获得良好的焊接性能。因此，充填外皮的焊剂的含量设在焊丝总重量的26～35wt％范围内。

以下将详细说明限制本发明的双相不锈钢药芯焊丝的外皮内充填的焊剂中的氧化物所供应的氧气总量(％，以下用Po表示)的原因。

如数学式(1)所表示，当控制充填外皮的焊剂中的氧化物所供应的氧气总量(％)Po时，可以进一步提高焊接金属的机械性能和焊接性能。

数学式(1)

$\mathrm{Po}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(\mathrm{Xi}\times \mathrm{\delta i})$

在此，

Po：相对于焊丝的总重量，充填外皮的焊剂中的氧化物所供应的总氧气量(wt％)；

i：充填外皮的焊剂中的氧化物；

n：充填外皮的焊剂中的氧化物的数量；

Xi：相对于焊丝的总重量，充填外皮的焊剂中的氧化物的重量(wt％)；和

δi：焊剂中氧化物i中包含的氧原子的百分比。  

一般而言，焊接金属的氧气量增加时，机械性能显著降低。当过度增加焊接金属的氧气量时，部分氧气通过包含具有脱氧力强的碱性元素的合金元素进行脱氧，使其与熔渣一起排出。然而，没有排出的部分氧化物留在焊接金属中。同时，氧化物减弱与其相邻的金属之间的结合力，使容易生成微孔，由此降低焊接金属的机械性能。另一方面，众所周知，为了提高焊接性能，焊接金属一般应该具有一定的氧气量。因此，为了了解这种相对抗的特性，本发明人对不降低焊接区的机械性能并能提高焊接性能的氧气量进行了研究。结果，发明人发现能够使氧气注入焊接金属内的要素是焊剂。而且，在确定从焊剂注入的氧气含量，具体为氧化物含量(相对于总重量百分比(wt％))时，发明人还评价了焊接金属的机械性能和焊接性能。最终发明人发现，当Po规定为3.0～5.2wt％时，发现了焊接金属在机械性能和焊接性方面的效果。当Po低于3.0wt％时，焊接性能降低。当Po超过5.2wt％时，焊接金属内氧气量增加出现焊接缺陷，由此显著地降低焊接金属的机械性能。

通过使用ICP-AES(电感耦合等离子体原子发射光谱仪)和XRF(X射线荧光光谱)等方法对外皮的含量、外皮内充填的焊剂含量、和包括外皮和焊剂的双相不锈钢药芯焊丝进行了分析。

以下将说明本发明的双相不锈钢药芯焊丝的制造方法。

本发明所用的双相不锈钢药芯焊丝通过下列工艺制造而成，其包括将外皮制成U形，将混合焊剂充填到被制成U形的外皮内，从而形成管状的接合、进行初步拉伸、进行热处理、并进行第二次拉伸使达至实际直径。然而，本发明不局限于上述工艺。

以下将详细说明限制本发明的双相不锈钢药芯焊丝的表观密度(g/l)和粒度分布以提高产品生产力和制造性的原因。

通过实验确认了在制造药芯焊丝的方法中，焊剂的表观密度对于用焊剂充填外皮和/或拉伸是非常重要的。在此情况下，充填外皮的焊剂的表观密度(g/l)通过同时测量各焊剂的表观密度和混合焊剂的表观密度而进行各种调整。以下将详细说明这些测量方法。表观密度(g/l)表示每1l混合焊剂的焊剂重量。并且利用标准筛将混合焊剂的粒度分成超微细粒度(50目筛、60目筛、100目筛、140目筛、200目筛、230目筛、270目筛)以控制混合焊剂的粒度，并进行各种实验。

当表观密度相对低的焊剂充填外皮时，即如本发明所规定，表观密度低于3.50g/l时，因混合焊剂的体积大，出现焊剂往外皮外流的现象。当进行充填时，部分粒度小且表观密度低的焊剂向外皮外部分散，由此难以制成均匀的焊丝，因而降低焊接金属的机械性能。另一方面，当充填了大量表观密度高的焊剂时，即如本发明所规定，表观密度超过4.50g/l时，拉伸时工件的硬度增加，并时而出现断线的情况。这样，降低了产品的制造性，并降低焊接时熔渣的覆盖性。因此，当充填外皮的焊剂的表观密度(g/l)在3.5～4.5的范围时，对产品的可拉性和制造性能是最佳的。

并且，当全部通过60目筛标准筛而不能通过230目筛标准筛的混合焊剂颗粒的比例(以下简称P1)为总混合焊剂的65～85％，且其他颗粒都能通过230目筛标准筛时，可提高可拉性以及焊接区的焊接特性，由此提高产品的生产性。而且，可以相对廉价地制造更加均匀的产品。当P1低于65％时，无法预料可拉性或制造时制造性能的提高，且降低了焊接金属的机械性能。当P1超过85％时，可拉性降低。并且，当P1偏离本发明的范围，且混合焊剂中不能通过60目筛标准筛的颗粒的比例增大的时候，制造时会出断线现象。因此，制造性显著降低。当P1偏离本发明的范围，且通过230目筛标准筛的颗粒的比例增大的时候，用焊剂充填外皮制造产品时，难以确保均匀的充填率。而且充填时，焊剂可分散至外皮的外部，降低了焊接金属的机械性能。

(实施例)

以下将通过实施例与比较例进行比较，详细说明双相不锈钢药芯焊丝的效果。

【表1】

                                       焊接基本金属的化学成分(％)C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo N 其他0.024 0.34 1.78 0.02 0.006 0.15 5.7 22.5 3 0.12 Fe和杂质

【表2】

                               焊接条件    焊接位置  平面焊接  垂直焊接  仰焊接    电流(A)  190～210  180  190    电压(V)  27～29  26  27    焊接速度(cm/min)  25～30  7  27    焊接热输入(kJ/cm)  10.3～14.6  40.1  11.4    焊丝直径(mm)  1.2  1.2  1.2    极性  DCEP  DCEP  DCEP    屏蔽气体(shielding gas)  100％CO₂  100％CO₂  100％CO₂

【表3】

电流(A)电压(V)  焊丝突出长度(mm)  (Length of projected wire)       屏蔽气体速度(CPM) 种类流速(l/min)20030  20 100％CO₂2030

表1显示评价本发明的用于双相不锈钢的药芯焊丝的焊接基本金属的化学构成。基于表2显示的对于各种焊接位置的焊接条件，对焊接性能进行评价；基于表3显示的焊接条件，依照图2的方法评价抗裂性。表6和表7显示评价结果。并且，利用表4和表5中显示的钢材外皮和焊剂制造用于双相不锈钢的药芯焊丝。

接着，将详细说明评价焊接性能的焊接位置和制造基本金属的方法。如图1A所示，在平面位置进行焊接时，于两个基本金属11和12之间形成根部间隙d，并在两个焊接坡口面11A和12A之间形成焊接金属W。如图1B所示，于平面位置和填角位置进行焊接时，在置于地面上的平面基本金属13的表面上垂直竖立焊接元件14，沿着接触线13A进行焊接。如图1C所示，进行仰焊接时，焊接元件16与垂直竖立于地面上的基本金属15的一面垂直地接触，并沿着接触线15A向上进行焊接。

测量充填外皮的焊剂的表观密度(g/l)的方法按照如下方法进行。

1.称取1升烧杯的重量(W1)。

2.将混合焊剂置于1升烧杯内，于振动器中振动一分钟，称重(W2)。

3.通过“W2-W1”求出混合焊剂的净重，并以每1升混合焊剂重量(g)表示其重量。

测量混合焊剂粒度的方法按照如下方法进行。

1.将标准筛从50目筛到270目筛的顺序从上到下放置。

2.准确地称取100g混合焊剂，放置于50目筛的标准筛，于筛上盖上盖子，于振动器中振动15分钟。

3.振动结束后，收集不能通过50目筛标准筛的颗粒，对颗粒称重，并计算各标准筛的颗粒的重量百分比(wt％)。

【表4】

         外皮化学成分(wt％)                                     焊丝成分(wt％)    C  P+S+Co+  B+Bi    其余部    分  Cr  Ni  Mo  Cu  Si  Mn    N化合物    (N换算值)  其余部分实施例  1    0.013  0.09    Bal.  25.2  9.2  3.4  2.30  0.84  1.5    0.14  Bal.  2    0.013  0.09    Bal.  25.4  9.7  3.1  1.50  0.86  2.0    0.16  Bal.  3    0.014  0.08    Bal.  26.5  10.0  2.8  1.90  0.72  2.3    0.22  Bal.  4    0.014  0.09    Bal.  24.6  10.3  3.4  0.10  0.68  2.1    0.10  Bal.  5    0.013  0.09    Bal.  24.0  8.6  4.0  1.65  0.58  2.7    0.13  Bal.  6    0.012  0.08    Bal.  26.0  10.2  3.3  0.40  0.91  2.2    0.22  Bal.  7    0.014  0.10    Bal.  27.8  10.3  2.0  2.10  0.49  2.6    0.26  Bal.  8    0.014  0.08    Bal.  24.6  8.2  3.7  2.35  0.64  2.8    0.13  Bal.  9    0.010  0.08    Bal.  24.5  7.0  2.4  2.00  1.00  2.4    0.21  Bal.  10    0.013  0.08    Bal.  25.5  9.1  3.2  2.00  0.59  2.2    0.15  Bal.  11    0.014  0.09    Bal.  25.3  8.9  3.3  1.98  0.61  2.5    0.15  Bal.  12    0.015  0.09    Bal.  30.0  10.3  2.5  2.40  0.40  2.6    0.30  Bal.  13    0.015  0.09    Bal.  26.8  9.4  3.0  1.75  0.47  2.4    0.20  Bal.  14    0.013  0.08    Bal.  25.5  10.5  2.8  1.86  0.82  1.8    0.14  Bal.  15    0.013  0.08    Bal.  28.6  9.9  3.0  2.50  0.73  3.0    0.28  Bal.比较例  16    0.011  0.08    Bal.  25.5  9.0  3.3  0.09  0.39  2.3    0.13  Bal.  17    0.013  0.09    Bal.  23.9  8.6  3.2  1.65  0.52  1.4    0.13  Bal.  18    0.013  0.09    Bal.  27.5  6.9  3.0  1.91  0.88  2.2    0.24  Bal.  19    0.012  0.10    Bal.  25.2  9.8  3.1  0.12  0.92  1.6    0.09  Bal.  20    0.014  0.11    Bal.  25.5  8.7  3.4  2.00  0.59  2.3    0.13  Bal.  21    0.022  0.08    Bal.  25.1  9.4  3.9  1.40  1.54  2.9    0.16  Bal.  22    0.014  0.10    Bal.  24.8  9.6  3.5  1.00  0.49  1.8    0.20  Bal.  23    0.010  0.08    Bal.  26.0  9.8  2.4  1.99  1.01  2.7    0.24  Bal.  24    0.016  0.08    Bal.  25.2  10.6  3.3  1.97  1.00  2.2    0.18  Bal.  25    0.011  0.08    Bal.  25.0  8.7  3.4  2.52  0.78  2.4    0.14  Bal.  26    0.012  0.15    Bal.  25.0  9.2  3.3  1.66  0.53  2.6    0.13  Bal.  27    0.013  0.09    Bal.  28.7  10.1  1.9  2.50  0.41  2.5    0.24  Bal.  28    0.012  0.09    Bal.  26.0  9.8  3.0  1.55  0.69  1.9    0.31  Bal.  29    0.015  0.08    Bal.  24.0  10.7  4.1  1.68  0.77  2.1    0.18  Bal.  30    0.013  0.08    Bal.  30.1  10.3  2.0  2.40  0.63  3.1    0.16  Bal.

Bal.表示余量。 

【表5】

                                                       焊剂成分(wt％)  充  填  率  (％  )   Po    设计焊剂  TiO₂  SiO₂  ZrO₂  Al₂O₃  TiO₂  +SiO₂  +ZrO₂  +Al₂O₃    Li₂O  K₂O  Na₂O  Li₂O  +K₂O  +Na₂  O  其它  氧化  物  金  属  氧  化  物  (  F  换  算  值  )  其  余  部  分    表 观 密 度    (g/l)    Pl  实  施  例    1  8.30  1.00  1.30  0.20  10.80    0.10  0.20  0.10  0.40  0.80  0.32  Bal.    28.2  4.73    3.62    73    2  8.70  0.90  0.90  0.70  11.20    0.25  0.15  0.10  0.50  1.00  0.34  Bal.    27.4  5.00    3.77    75    3  7.70  0.70  0.70  0.60  9.70    -  0.06  0.04  0.10  1.00  0.27  Bal.    28.8  4.23    3.93    79    4  9.40  1.40  0.95  0.25  12.00    -  0.20  0.10  0.30  2.00  0.50  Bal.    26.0  5.20    3.50    65    5  7.80  1.10  0.60  0.24  9.74    -  -  0.20  0.20  0.90  0.26  Bal.    26.4  4.54    3.61    72    6  8.10  0.70  0.70  0.15  9.65    -  0.30  0.04  0.34  0.80  0.18  Bal.    27.0  4.53    3.84    76    7  3.20  2.50  1.20  1.00  7.90    -  0.28  0.08  0.36  0.80  0.10  Bal.    30.0  4.18    4.20    81    8  4.00  1.40  1.70  0.30  7.40    -  0.20  0.10  0.30  0.80  0.22  Bal.    26.0  3.53    3.56    69    9  3.00  1.60  2.10  0.70  7.40    -  0.23  0.07  0.30  1.10  0.46  Bal.    26.5  3.24    3.52    66    10  2.80  1.40  2.10  0.70  7.00    -  0.23  0.08  0.31  1.00  0.37  Bal.    28.4  3.00    3.82    76    11  4.00  1.40  2.10  0.80  8.30    -  0.20  0.07  0.27  0.90  0.17  Bal.    28.4  3.57    3.60    70    12  3.20  2.50  1.40  0.40  7.50    -  0.26  0.07  0.33  1.10  0.12  Bal.    34.5  3.85    4.00    79    13  6.00  2.00  0.10  0.60  8.70    0.08  0.18  0.07  0.33  1.60  0.25  Bal.    28.6  4.18    3.90    79    14  6.00  2.10  0.10  0.60  8.80    0.07  0.20  0.07  0.34  1.00  0.49  Bal.    26.5  4.33    3.54    68    15  2.50  2.50  1.00  0.50  6.50    -  0.28  0.08  0.36  0.10  0.11  Bal.    35.0  3.77    4.50    85  比  较c  例    16  7.30  0.60  0.90  0.30  9.10    0.10  0.20  0.10  0.40  1.10  0.34  Bal.    27.0  4.06    3.68    60    17  7.50  0.60  0.10  0.20  8.40    0.12  0.20  0.06  0.38  2.10  0.32  Bal.    23.8  3.84    3.56    64    18  6.10  0.30  0.60  0.20  7.20    0.35  0.10  0.10  0.52  1.00  0.50  Bal.    25.9  3.83    3.83    81    19  9.40  0.90  1.00  0.80  12.10    0.15  0.13  0.10  0.38  1.00  1.50  Bal.    28.4  5.21    3.78    78    20  5.80  0.70  1.60  0.20  8.30    0.18  0.22  -  0.40  1.00  0.42  Bal.    27.3  2.99    3.73    77    21  5.60  0.60  2.00  0.30  8.50    0.10  0.24  0.12  0.46  0.80  0.34  Bal.    28.4  3.58    3.49    77    22  9.60  1.60  2.40  0.60  14.20    -  0.06  0.24  0.30  0.70  0.51  Bal.    32.0  5.89    4.00    82    23  7.80  1.30  0.60  0.20  9.90    0.10  0.20  0.10  0.40  0.80  0.09  Bal.    30.2  4.42    3.92    80    24  6.00  1.20  1.30  0.30  8.80    0.10  0.20  0.18  0.48  0.90  0.39  Bal.    28.6  3.92    3.72    77    25  5.60  1.00  0.80  0.30  7.70    0.05  0.04  -  0.09  1.80  0.36  Bal.    28.6  3.83    3.81    78

    26    7.10    0.50    0.90    0.10    8.60  0.10  0.24  0.10  0.44  1.20  0.38  Bal.  36.0  4.11    3.70    77    27    4.50    1.20    0.40    0.30    6.40  0.80  0.60  0.20  1.60  1.50  0.34  Bal.  26.6  3.21    3.70    86    28    6.00    0.60    1.40    0.20    8.20  0.14  0.18  0.08  0.40  2.80  0.48  Bal.  27.5  4.18    3.72    75    29    5.80    0.60    1.40    0.60    8.40  0.20  0.10  0.08  0.38  0.09  0.49  Bal.  27.5  3.98    3.72    76    30    4.00    0.80    1.10    0.70    6.60  0.20  0.23  0.07  0.50  0.90  0.23  Bal.  33.6  3.06    4.51    87

在此，P1表示全部通过60目筛标准筛而不通过230标准筛的混合焊剂颗粒的比例。

依照上述方法进行焊接后，各用于双相不锈钢的药芯焊丝的焊接性能的评价结果显示在表6和表7中。焊接性能的评价结果以优异(◎)、普通(○)和不良(×)表示。如图2所示，在焊接元件与置于地面上的平面基本金属的表面成45°倾斜角的状态下评价抗裂性，由此平面基本金属与焊接元件成45°角。此时，平面基本金属与焊接元件牢牢地相互结合在一起，在下部形成根部间隙，由此根据表3所示的焊接条件沿着长度方向(longitudinal direction)进行单道焊接。当焊接区充分冷却后，进行渗透测试(PT)(无损测试)。评价结果显示在表6和表7。作为PT的评价标准，当焊接区没有出现破裂，结果表示为‘良好’。当焊接区出现破裂，结果表示为‘不良’。另外，张力测试是基于JIS Z 3111而进行的。样品在200℃进行一小时热处理后，进行张力测试。当张力(tensile value)等于或大于760MPa且伸长度等于或大于15％时，结果显示为“良好”；当张力小于760MPa时或当张力等于或大于760MPa且伸长度小于15％时，结果显示为‘不良’。依照ASTM G48 Method-A进行磨损质量损失处理。选取样品进行磨损测试以评价磨损质量损失。当磨损质量损失低于0.1g/mm²·h时，结果表示为‘良好’。当磨损质量损失等于或大于0.1g/mm²·h时，结果表示为‘不良’。

作为对生产性的评价，当断线不出现时，结果表示为‘良好’。当出现断线时，结果表示为‘不良’。

【表6】

  No               焊接性能评价结果         机械性能强度性能 生产力    电弧    稳定    性    飞溅    量  熔渣  剥离  性  熔渣  覆盖  性  焊珠  外形    耐点蚀性  抗裂性  实  施  例  1    ◎    ◎  ◎  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  2    ◎    ◎  ◎  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  3    ◎    ○  ○  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  4    ○    ◎  ○  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  5    ◎    ◎  ◎  ○  ○    良好  良好  良好  良好  6    ◎    ◎  ◎  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  7    ◎    ○  ◎  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  8    ◎    ◎  ◎  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  9    ○    ◎  ○  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  10    ◎    ◎  ◎  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  11    ◎    ◎  ◎  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  12    ○    ○  ○  ◎  ○    良好  良好  良好  良好  13    ◎    ◎  ◎  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  14    ○    ○  ◎  ◎  ◎    良好  良好  良好  良好  15    ○    ◎  ◎  ○  ○    良好  良好  良好  良好

【表7】

  No                   焊接性能评价结果       机械性能    强度性    能  生产  力    电弧    稳定性  飞溅  量    熔渣    剥离性    熔渣    覆盖性    焊珠    外形  耐点蚀  性  抗裂  性  比  较  例  16    ○  ○    ○    ×    ×  不良  不良    不良  不良  17    ○  ○    ○    ×    ×  不良  良好    不良  不良  18    ○  ○    ×    ×    ×  不良  不良    良好  不良  19    ×  ×    ○    ○    ×  不良  不良    不良  良好  20    ○  ×    ×    ×    ○  不良  不良    不良  良好  21    ○  ×    ○    ◎    ○  良好  不良    良好  不良  22    ×  ×    ×    ○    ×  良好  不良    不良  良好  23    ○  ○    ×    ×    ×  良好  不良    良好  良好  24    ◎  ×    ○    ○    ○  不良  不良    不良  良好  25    ×  ○    ○    ×    ×  良好  不良    良好  良好  26    ○  ×    ○    ○    ○  不良  不良    不良  不良  27    ×  ×    ×    ×    ○  良好  不良    不良  不良  28    ○  ×    ○    ×    ×  良好  不良    不良  良好  29    ○  ○    ×    ×    ○  良好  不良    不良  良好  30    ×  ×    ○    ○    ×  良好  不良    良好  不良

如表6所示，本发明实施例1～15的焊丝表现出良好的结果。特别是实施例1、2和6或实施例8、10、11和13的焊丝在焊接性能方面表现出极为优异的结果，实施例1、2和6或实施例10、11和13的焊丝在耐点蚀性、抗裂性、强度性能及可拉性方面表现出极为优异的结果。

在比较例16中，Cu和Si含量非常低，因此，磨损质量损失相对地多。而且，由于强度性能和熔渣流动性降低，导致熔渣覆盖性以及焊珠外形表现不良。另外，由于P1太小，混合焊剂的粒度分布不均匀，使难以制成均匀的焊丝。此外，也降低了焊接金属的机械性能。

在比较例17中，Cr和Mn含量非常低，且充填率也很低。由于焊剂的粒度分布偏离了本发明的范围，因此，降低了耐点蚀性及生产力。充填焊丝的其他氧化物的含量过多，导致熔渣覆盖性及焊珠外形表现不良。

在比较例18中，Li₂O+K₂O+Na₂O的含量超过了本发明所述的范围值，而且，由于Ni含量和充填率低，降低了抗裂性和耐点蚀性。此外，熔渣的剥离性和焊珠外形表现不良，并降低了可拉性。

在比较例19中，N化合物(N换算值)的含量低于本发明所述的范围值，TiO₂+SiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的含量和金属氟化物(F换算值)的含量超过了范围值。另外，Po值偏离了要求值。因此，在评价焊接性能时，由于电弧稳定性表现不良，飞溅量多，且磨损质量损失大，降低了耐点蚀性。此外，也降低了抗裂性和强度性能。

在比较例20中，由于外皮中P+S+Co+B+Bi的含量超过了本发明所述的范围值，因而降低了耐点蚀性、抗裂性和强度性能。而且，由于Po太低，最终降低了焊接性能。

在比较例21中，由于外皮内C的含量超过了所述的范围值，且Si含量高，降低了抗裂性。另外，由于飞溅量增加且混合焊剂的表观密度太低，降低了焊接金属的机械性能。

在比较例22中，TiO₂+SiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的含量、金属氟化物(F换算值)的含量和Po超过了所述的范围值。因此，在评价焊接性能时，电弧稳定性表现不良。而且，飞溅量增加而熔渣剥离性降低。另外，降低了抗裂性和强度性能。

在比较例23中，Si含量超过了本发明所述的范围值。因此，在评价焊接性能时，熔渣剥离性表现不良，降低了焊珠外形和抗裂性。另外，由于金属氟化物含量低降低了熔渣的覆盖性。

在比较例24中，外皮内C的含量超过了所述的范围值。而且，由于Ni含量偏离了所述范围，降低了耐点蚀性、抗裂性和强度性能。此外，飞溅量增加。

在比较例25中，由于Cu含量超过了本发明所述的范围值，降低了抗裂性。而且，由于Li₂O+K₂O+Na₂O的含量太低，电弧表现不稳定。此外，熔渣覆盖性和焊珠外形表现不良。

在比较例26中，外皮内P+S+Co+B+Bi的含量超过了本发明所述的范围值，且充填率超过了所述的范围值。因此，在评价焊接性能时，飞溅量增加。而且，耐点蚀性、抗裂性和强度性能降低，也减少了生产力。

在比较例27中，TiO₂+SiO₂+ZrO₂+Al₂O₃的含量低于本发明所述的范围值，且Li₂O+K₂O+Na₂O的含量超过了所述的范围值。因此，在评价焊接性能时，电弧稳定性表现不良，飞溅量增加，且降低了熔渣剥离性和覆盖性。由于Mo含量太低，导致抗裂性和强度减少。而且，由于P1偏离了本发明所述的范围值，也减少了生产力。

在比较例28中，充填焊丝的N化合物(N换算值)和其他氧化物的含量超过了所述的范围值，降低了抗裂性和强度性能，并增加了熔渣的覆盖性和飞溅量。

在比较例29中，Mo和Ni的含量超过了本发明所述的范围值。因此，降低了抗裂性和强度性能。由于其他氧化物的含量太低，降低了熔渣的剥离性和覆盖性。

在比较例30中，Cr和Mn的含量超过了本发明所述的范围值，且混合焊剂的表观密度(g/l)和粒度分布超过了本发明所述的范围值。因此，在评价焊接性能时，电弧稳定性表现不良，飞溅量增加，焊珠外形变差。而且，也降低了抗裂性和可拉性。

根据本发明，用于双相不锈钢的药芯焊丝的基本化学成分Cr、Ni、Mo和N的含量特别设在不降低焊接金属的机械性能和焊接性能的范围内。同时，控制焊丝内的Cu含量，并规定Po表示的参数。因此，能够改善耐点蚀性，并提高焊接金属的机械性能和焊接性能。

而且，控制外皮中C和P+S+Co+B+Bi的含量，使提高耐点蚀性和抗裂性。

另外，规定充填焊剂的TiO₂+SiO₂+ZrO₂+Al₂O₃、Li₂O+K₂O+Na₂O、其他氧化物和金属氟化物(F换算值)的含量，使实现更优异的焊接性能。

此外，适当地控制混合焊剂的表观密度(g/l)和粒度特性，使制造时不出现断线，能够确保最佳的生产力。而且，能够提供相对低廉的用于双相不锈钢的药芯焊丝。

尽管上面仅说明了少数本发明的实施方式，但本领域的技术人员能够在不偏离所附权利要求对本发明的精神和范围定义的情况下，对这些实施方式进行各种改变。