本發明涉及焊接材料領域，具體涉及一種含Nb不銹鋼單層帶極電渣堆焊焊帶及焊劑。
背景技術：
帶極自動堆焊技術由20世紀70年代引入中國，由于其效率高、堆焊質量均勻、稀釋率較低、堆焊層金屬性能優良等特點，在國內各壓力容器制造行業得到廣泛應用，是目前大面積堆焊的首選焊接方法。伴隨著石化行業向大型化、規模化發展，對大型設備，如加氫設備、原流合成塔、煤液化反應器等壓力容器的堆焊效率亦提出更高的要求，以往傳統的帶極堆焊往往采用第一層進行表面層堆焊，第二層及以上進行耐蝕層堆焊的多層堆焊方法，這樣不僅耗時長，增加了現場施工量，且往往多層堆焊后堆焊金屬較厚，不利于資源的更加合理利用。因此各容器生產企業希望一種更高效、更合理的焊接方法來滿足施工需求，單層帶極堆焊技術應運而生。
帶極堆焊根據焊接原理的不同，可分為埋弧自動堆焊和電渣堆焊兩種，相較于埋弧堆焊，電渣堆焊焊接效率更高，可以是埋弧堆焊的1.5-2倍；焊接質量更加穩定，可達到5-12％的低稀釋率；焊道美觀、平整，可避免對堆焊層的再加工；搭接處平滑，可避免各類焊接缺陷。單層堆焊成型如何保證堆焊層金屬有充足的合金元素，如何避免在較厚的焊道搭接處的焊接缺陷是必須解決的問題，電渣堆焊因其稀釋率低、搭接處平滑成為單層堆焊的首選焊接方法。
在一些大型石化設備中，如加氫反應器，因為高壓、高溫環境，加之臨氫狀態，往往使用含Nb的不銹鋼內襯提高抗晶間腐蝕性能，但添加了Nb的不銹鋼在焊接過程中，往往有焊接作業性惡化、脫渣困難、有多量殘渣和耐腐蝕性能差等缺陷。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種含Nb不銹鋼單層帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，通過調控焊劑及焊帶的化學組分，在單層帶極電渣堆焊過程中，不僅脫渣容易，焊道成型美觀，而且具有極佳的耐腐蝕能力，堆焊彎曲無裂紋。
為達到上述目的，本發明的技術方案如下：
本發明一種含Nb不銹鋼單層帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，包括焊帶和焊劑，所述焊帶的化學組分重量百分比如下：
C：≤0.03％且＞0％，
Si：0.1％-0.5％，
Mn：1％-2.5％，
P：≤0.03％且＞0％，
S：≤0.03％且＞0％，
Ni：9％-14％，
Cr：21％-25％，
Nb：0.4％-0.8％，
N：≤0.05％且＞0％，
余量為Fe及其它不可避免雜質；
所述焊劑化學組分的重量百分比如下：
CaF2：55％-70％，
Al2O3：8％-15％，
SiO2：5％-10％，
Nb2O5：0.2％-1.5％，
CaO：5％-15％，
NaF：1％-5％，
AlF3：1％-5％。
CaF2主要是作為造渣劑和導電成分，通過熔化后電離成Ca2+和F-起到導電作用。若氟化物含量過低，堆焊時會產生電弧，若含量過高電阻熱降低，熔合不好；本發明焊劑中CaF2的重量百分比設定為55％-70％。
AL2O3是良好的造渣劑，其熔點高，化學性能穩定，且具有較高的粘度和電阻，可增加熔渣的電阻熱來熔化電極。還能調節熔渣粘度，改善焊道成型；但AL2O3含量太高會容易產生電弧，本發明將其重量百分比設定為8％-15％。
SiO2主要作為造渣劑，它可以與MgO、AL2O3等作用，生成低熔點復合物增加焊渣的高溫粘度，調節濕潤角，改善焊道成型，但SiO2的化學活性大，會與氟化物反應生成氣體，焊接時誘發飛濺，為保證良好的焊接工藝性能及焊道成型，本發明焊劑中SiO2重量百分比設定為5％-10％。
Nb2O5增加焊渣粘度，有利于防止Nb的燒損，有利于Nb在焊道表面的均勻分布；本發明焊劑中Nb2O5重量百分比設定為0.2％-1.5％。
CaO用作造渣劑且可以穩定焊接過程，有良好的脫硫作用，本發明焊劑中CaO重量百分比設定為5％-15％。
NaF主要作用基本同CaF2，部分代替CaF2，本發明焊劑中NaF重量百分比設定為1％-5％。
AlF3具有較低的熔點，解離電壓低，易形成較輕的熔渣，脫渣容易，本發明焊劑中AlF3重量百分比設定為1％-5％。
本發明的有益效果是：通過調控焊劑化學組分：CaF2、AL2O3、SiO2、CaO、NaF和AlF3的重量百分比，優化焊帶化學組分：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Nb和N的重量百分比；使其具有優良的堆焊工藝性能，脫渣容易，焊道成型美觀，焊縫雜質含量低，有極佳的耐腐蝕能力。
在上述技術方案的基礎上，本發明還可以作如下改進：
作為優選方案，所述焊帶通過所述焊帶的化學組分冶煉、澆注、鍛打、熱軋、酸洗、冷軋、分條及分卷制備。
采用上述優選的方案，制備的焊帶厚度為0.5mm，寬度為60mm，焊帶被標記為GDS-309LNb；焊帶的物理性能和化學性能優良。
作為優選方案，所述焊劑優選化學組分的重量百分比如下：
CaF2：57％-66％，
Al2O3：8％-15％，
SiO2：7％-10％，
Nb2O5：0.2％-0.5％，
CaO：12％-13％，
NaF：2.6％-3.8％，
AlF3：2％-3％。
作為優選方案，所述焊劑優選化學組分的重量百分比如下：
CaF2：57％-65％，
Al2O3：8％-9％，
SiO2：7％-8％，
Nb2O5：0.2％-0.4％，
CaO：12％-13％，
NaF：2.6％-3.5％，
AlF3：2％-3％。
作為優選方案，所述焊劑通過所述焊劑的化學組分在650℃-850℃燒結制備。
采用上述優選的方案，提高了所述焊劑的耐腐蝕能力，堆焊彎曲無裂紋。
作為優選方案，所述焊劑的粒度尺寸為10目-80目。
采用上述優選的方案，所述焊劑的粒度尺寸可以滿足各種類型容器內壁大面積堆焊需要。
作為優選方案，所述焊帶的稀釋率為5％-12％。
采用上述優選的方案，所述焊帶的稀釋率較低，較低的稀釋率不僅提高了堆焊層的耐腐蝕性能，還會導致堆焊層材料消耗量的減少，降低了生產成本。
作為優選方案，所述熔敷金屬的化學組分重量百分比如下：
C：≤0.035％且＞0％，
Si：0.3％-0.65％，
Mn：1％-2.5％，
P：≤0.03％且＞0％，
S：≤0.02％且＞0％，
Ni：9％-12％，
Cr：18％-21％，
Nb：0.3％-0.8％，
N：≤0.06％且＞0％，
余量為Fe及其它不可避免雜質。
采用上述優選的方案，所述熔敷金屬的物理性能和化學性能優良，滿足設備生產企業的標準。
作為優選方案，所述熔敷金屬優選的化學組分重量百分比如下：
C：0.018％-0.02％，
Si：0.48％-0.5％，
Mn：1.75％-1.77％，
P：0.018％，
S：0.001％-0.002％.
Ni：10.4％-10.8％，
Cr：19.5％-19.8％，
Nb：0.42％-0.45％，
N：0.046％-0.048％，
余量為Fe及其它不可避免雜質。
作為優選方案，所述化學組分的重量百分比之和為100％。
具體實施方式
除非特別指明，以下實施例中焊帶化學組分重量百分比和熔敷金屬化學組分重量百分比均由“火花原子發射光譜儀”檢測，焊劑化學組分重量百分比均由“X射線熒光光譜儀(XRF)”檢測，腐蝕性能采用液壓萬能試驗機檢測，鐵素體采用鐵素體儀器進行檢測，稀釋率采用化學組分計算獲得。
下面詳細說明本發明的優選實施方式。
實施例1，
為了達到本發明的目的，本發明提供一種含Nb不銹鋼單層帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，包括焊帶和焊劑，本實施例中的焊劑被標記為焊劑1，焊劑1化學組分的具體重量百分比如下表1，表1中的化學組份在650℃-850℃燒結制備成焊劑1，焊劑1的化學組分重量百分比之和為100％。
表1焊劑1化學組分重量百分比(％)
焊帶被標記為CDS-309LNb，焊帶1的化學組分重量百分比如下表2：焊帶的化學組分重量百分比之和為100％，余量為Fe及其它不可避免雜質。CDS-309LNb制備過程如下：表中2的化學組分經冶煉、澆注、鍛打、熱軋、酸洗、冷軋、分條及分卷制備成鋼帶。
表2焊帶化學組分重量百分比(％)
此實施例中堆焊工藝參數如下表3：
表3堆焊工藝參數
焊劑1的堆焊工藝性能如下表4：
表4焊劑1的堆焊工藝性能
注：A：優，B：良，C：一般，D：不合格。
焊劑1配合GDS-309LNb堆焊層物理性能如下表5：
表5焊劑1配合GDS-309LNb堆焊層物理性能
焊劑1配合焊帶GDS-309LNb堆焊層熔敷金屬的化學組分具體重量百分比如下表6，堆焊層熔敷金屬的化學組分重量百分比之和為100％，余量為Fe及其它不可避免雜質。
表6焊劑1配合焊帶GDS-309LNb堆焊層熔敷金屬的化學組分重量百分比(％)
上述表格中，表4可以觀察到焊劑1配合焊帶GDS-309LNb的堆焊工藝較好，其穩定性、焊道成型、焊道脫渣均處于最優水平，堆焊脫渣容易，完全無殘渣；表5中焊帶GDS-309LNb的稀釋率為10％，較低的稀釋率提高了堆焊層的耐腐蝕性能，因此經硫酸-硫酸銅溶液72小時腐蝕后180°彎曲，單層堆焊焊帶無腐蝕傾向，完全無裂紋；表6中堆焊熔敷金屬含有過量的Cr、Ni和Nb合金元素，提高抗晶間腐蝕性能，滿足設備生產企業堆焊的需求。
實施例2，
為了達到本發明的目的，本發明提供一種含Nb不銹鋼單層帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，所述焊劑的制備與實施例1相同，不同之處在于焊劑的化學組分的重量百分比，本實施例中的焊劑標記為焊劑2，所述焊劑2化學組分的具體重量百分比如下表7：
表7焊劑2化學組分重量百分比(％)
焊劑2的化學組分重量百分比之和為100％。
此實施例中的焊帶的化學組分重量百分比和焊帶的制備均與實施例1中相同，此實施例中的堆焊工藝參數與實施例1中也相同，不同之處在于焊劑2的堆焊工藝性能如下表8：
表8焊劑2的堆焊工藝性能
注：A：優，B：良，C：一般，D：不合格。
焊劑2配合GDS-309LNb堆焊層物理性能如下表9：
表9焊劑2配合GDS-309LNb堆焊層物理性能
焊劑2配合焊帶GDS-309LNb堆焊層熔敷金屬的化學組分具體重量百分比如下表10，堆焊層熔敷金屬的化學組分重量百分比之和為100％，余量為Fe及其它不可避免雜質。
表10焊劑2合焊帶GDS-309LNb堆焊層熔敷金屬的化學組分重量百分比(％)
從表8可以觀察到焊劑2配合焊帶GDS-309LNb的堆焊工藝性能較好，其穩定性、焊道成型、焊道脫渣均處于最優水平，堆焊脫渣容易，完全無殘渣；表9中焊帶GDS-309LNb的稀釋率為1l％，較低的稀釋率提高了堆焊層的耐腐蝕性能，因此經硫酸-硫酸銅溶液72小時腐蝕后180°彎曲，單層堆焊焊帶無腐蝕傾向，完全無裂紋；表10中堆焊熔敷金屬含有過量的Cr、Ni、和Nb合金元素，提高抗晶間腐蝕性能，滿足設備生產企業堆焊的需求。
實施例3，
為了達到本發明的目的，本發明提供一種含Nb不銹鋼單層帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，所述焊劑的制備與實施例1相同，不同之處在于焊劑的化學組分的重量百分比，本實施例中的焊劑標記為焊劑3，所述焊劑3化學組分的具體重量百分比如下表11：
表11焊劑3化學組分重量百分比(％)
焊劑3的化學組分重量百分比之和為100％。
此實施例中的焊帶的化學組分重量百分比和焊帶的制備均與實施例1中相同，此實施例中的堆焊工藝參數與實施例1中相同，不同之處在于焊劑3的堆焊工藝性能如下表12：
表12堆焊工藝性能
注：A：優，B：良，C：一般，D：不合格。
焊劑3配合GDS-309LNb堆焊層物理性能如下表13：
表13焊劑3配合GDS-309LNb堆焊層物理性能
焊劑3配合焊帶GDS-309LNb堆焊層熔敷金屬的化學組分具體重量百分比如下表14，堆焊層熔敷金屬的化學組分重量百分比之和為100％，余量為Fe及其它不可避免雜質。
表14焊劑3配合焊帶GDS-309LNb堆焊層熔敷金屬的化學組分重量百分比(％)
上述表格中，表12可以觀察到焊劑3合焊帶GDS-309LNb的堆焊工藝性能較好，其穩定性、焊道成型、焊道脫渣均處于優良水平，堆焊脫渣容易，完全無殘渣；表13中焊帶GDS-309LNb的稀釋率為10.5％，較低的稀釋率提高了堆焊層的耐腐蝕性能，因此經硫酸-硫酸銅溶液72小時腐蝕后180°彎曲，單層堆焊焊帶無腐蝕傾向，完全無裂紋；表14中堆焊熔敷金屬含有過量的Cr、Ni、和Nb合金元素，提高抗晶間腐蝕性能，滿足設備生產企業堆焊的需求。
以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。