CN115074740A - 一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液及清洗方法 - Google Patents
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Abstract
一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液及清洗方法。本发明属于焊接材料加工领域。本发明的目的是为了解决当前缺少针对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝的清洗溶液、其他类型清洗溶液无法对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面的氧化物实现有效去除的技术问题。本发明的清洗溶液按体积分数由H2SO4：15％～20％、H2O2：10％～15％、HF：5％～8％、C2H5OH：20％～25％、C32H58O10：8％～12％、HCl≤10％和余量的去离子水组成。方法：步骤1：将清洗溶液加热至40～45℃；步骤2：以喷淋的方式进行清洗，通过压缩空气吹干；步骤3：重复操作3‑5次。本发明通过对低镍不锈钢实心焊丝表面氧化物清洗溶液组分及其含量的综合调控，既可以保证低镍不锈钢实心焊丝表面的清洗效果较好、清洗速度较快，同时又避免了清洗过度的情况发生。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料加工领域，具体涉及一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液及清洗方法。
背景技术
奥氏体不锈钢具有良好的加工性、耐腐蚀性及焊接性等特点，广泛应用于轨道交通、核电压力容器、航空航天及武器装备等领域。为获得性能优异的奥氏体组织，需要加入一定的奥氏体化形成元素，如Ni、Mn、C、N等，通常Ni含量需要大于8wt％。但是我国的Ni资源贫乏，因此以Mn和N元素代替Ni来增加奥氏体化的低Ni型奥氏体不锈钢发展迅速，但由于200系不锈钢存在成分设计缺陷，在节约Ni资源的同时降低了Cr含量，使其耐腐蚀性能大幅下降，同时200系不锈钢的冷加工硬化指数高，制品易发生应力开裂。因此，开发高性能低Ni型奥氏体不锈钢仍是不锈钢研究领域的热点课题。
近年来，有很多研究聚焦在奥氏体不锈钢的氮合金化技术，也就是以N代Ni、Mo等贵金属元素，以便在降低合金成本的基础上保持甚至提高不锈钢的耐腐蚀和力学性能。众所周知，N可以显著提升奥氏体不锈钢的耐点腐蚀当量(PREN)＝[Cr]+3.3[Mo]+30[N]-[Mn]，从而提升其耐点腐蚀能力。N作为间隙原子固溶于奥氏体FCC晶格间隙中，使晶格畸变增大，进而产生固溶强化效应，提升了不锈钢的强度，氮合金化还可以细化奥氏体晶粒，进一步提升强度。N元素可以降低奥氏体不锈钢的堆垛层错能，会导致位错在晶界、孪晶界处大量塞积，使位错密度增加，大幅提高了低镍奥氏体不锈钢的冷加工应***化作用。
低镍奥氏体不锈钢具有高强度、良好塑性、良好耐蚀性、资源节约低成本等特点，其产品开发和推广应用对于节约贵金属、节能减排、实现碳中和有重大战略意义。截止目前为止，有关低镍奥氏体不锈钢焊接加工及应用、配套焊接材料的制备及研发已经陆续有相关报道，而关于配套实心焊丝的清洗技术未见相关研究，而低镍不锈钢实心焊丝的表面清洁度严重影响着焊接接头的组织性能。虽然Cr、Ni和Mn等合金化元素的加入可以提高低镍不锈钢焊丝的耐蚀性与强度，但经过拉拔成形后的低镍奥氏体不锈钢焊丝暴露在空气中后，空气中的灰尘或油脂等会黏附在表面，使不锈钢实心焊丝表面发生化学变化而形成一层薄而致密的氧化物膜，主要成分为氧化铬(Cr2O3)、氧化镍(NiO)以及难溶的氧化铁铬(FeO·Cr2O3)等，焊接过程中，这些氧化物在热源作用下与焊丝一并熔化进入高温熔池，而在冷却凝固过程中则会成为焊缝中裂纹、气孔及夹渣缺陷产生的根源。因此，针对低镍奥氏体不锈钢焊丝的清洗溶液的研究对于提升低镍不锈钢焊接接头质量，推广低镍不锈钢的应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决当前缺少针对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝的清洗溶液、其他类型清洗溶液无法对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面的氧化物实现有效去除的技术问题，而提供一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液及清洗方法。
本发明的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液按体积分数由H2SO4：15％～20％、H2O2：10％～15％、HF：5％～8％、C2H5OH：20％～25％、C32H58O10：8％～12％、HCl≤10％和余量的去离子水组成。
进一步限定，所述清洗溶液按体积分数由H2SO4：15％、H2O2：10％、HF：5％、C2H5OH：20％、C32H58O10：8％、HCl：10％和余量的去离子水组成。
进一步限定，所述清洗溶液按体积分数由H2SO4：20％、H2O2：15％、HF：8％、C2H5OH：25％、C32H58O10：12％、HCl：10％和余量的去离子水组成。
进一步限定，所述低镍奥氏体不锈钢实心焊丝的化学成分及其质量百分含量为：C：0.072％、Si：0.39％、Mn：6.58％、P：0.038％、S：0.001％、Cr：18.15％、Ni：2.91％、Mo：0.10％、Cu：1.79％、N：0.25％、V：0.115％、Nb：0.01％、余量为Fe。
本发明的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗方法按以下步骤进行：
步骤1：按清洗溶液的体积配比配制清洗溶液，然后将清洗溶液加热至40～45℃；
步骤2：将步骤1得到的热清洗溶液以喷淋的方式对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝进行清洗，清洗后经压缩空气吹干；
步骤3：重复步骤2的操作3-5次，完成低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗。
进一步限定，步骤2中喷淋时热清洗溶液的流量为25L/min～35L/min。
进一步限定，步骤2中喷淋时喷淋终端液压为0.10MPa～0.12MPa。
进一步限定，步骤2中喷淋时焊丝通过送丝装置匀速运动，速度为4mm/s～5mm/s。
进一步限定，步骤2中压缩空气的压力为0.15MPa～0.20MPa。
进一步限定，步骤3中重复步骤2的操作4次。
本发明与现有技术相比具有的显著效果：
本发明通过对低镍不锈钢实心焊丝表面氧化物清洗溶液组分及其含量的综合调控，既可以保证低镍不锈钢实心焊丝表面的清洗效果较好、清洗速度较快，同时又避免了清洗过度的情况发生，具体优点如下：
1)本发明先通过清洗溶液中的H2SO4将FeO和Cr2O3还原为低价的硫化物，从而使清洗溶液的浸蚀能力得到提升，进而提高了清除氧化皮的速度，但若清洗溶液中H2SO4的浓度过高，会因其具有的极强的氧化性能，而对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝造成严重的氧化腐蚀，因此，为兼顾低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的去除效率和对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝的腐蚀程度，H2SO4的浓度需要精确控制。
2)H2SO4在低镍奥氏体不锈钢实心焊丝的酸洗过程中起主导作用，但随着酸洗次数的增多，SO4 2-含量会逐渐降低，从而影响酸洗效果。本发明通过在清洗溶液中加入H2O2对清洗溶液的活性起稳定作用，从而延长清洗溶液的使用寿命。另外，低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化膜结构较为致密，H2O2的引入可以使氧化物膜的结构向疏松结构变化，加速氧化皮的清除。H2O2在清洗溶液中的含量一般为10％～15％，浓度太低会造成清洗速度慢、清洗效果差；浓度太高则产生过度腐蚀。
3)本发明通过在清洗溶液中加入HF降低游离酸度、降低清洗溶液的pH值，单一使用H2SO4会造成不锈钢实心焊丝表面的氧化皮去除不完全，光泽度略低，不能达到光亮的目的，5％～8％的HF的存在可以解决这一问题。
4)由于H2O2键能低，浓度过高容易分解而失去其氧化作用。因此，本发明通过在清洗溶液中加入C2H5OH来抑制H2O2的分解，从而保证清洗效果的持续性和稳定性。此外，C2H5OH价格低廉，同时在低镍不锈钢焊丝清洗过程中，C2H5OH可以氧化为乙酸，在一定程度上增强了清洗溶液的酸洗能力。
5)本发明通过在清洗溶液中加入C32H58O10(OP乳化剂)与低镍不锈钢焊丝表面的油脂发生反应，使其脱离焊丝表面，便于清洗溶液对焊丝表面的氧化物进行预处理。此外，清洗过程中产生的少量SO2气体会被形成的液滴带走返回到酸洗槽，因此没有废气需要处理。
6)本发明的清洗溶液中的HCl需要控制在10vol％以内，一方面，避免了腐蚀程度过大，腐蚀速度过快；另一方面，虽然HCl会在清洗过程中很快生成氧化物而处于较低的最低能量钝化状态，但焊丝中Ni元素能够对HCl产生催化作用，使盐酸被氧化生成HCIO，从而控制酸洗程度。
附图说明
图1为清洗前低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面低倍微观组织照片；
图2为清洗前低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面高倍微观组织照片；
图3为图2中标记区域内的焊丝成分能谱测试示意图；
图4为经实施例1的清洗溶液清洗后的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面低倍微观组织照片；
图5为经实施例1的清洗溶液清洗后的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面高倍微观组织照片；
图6为图5中标记区域内的焊丝成分能谱测试示意图；
图7为经实施例2的清洗溶液清洗后的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面低倍微观组织照片；
图8为经实施例2的清洗溶液清洗后的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面高倍微观组织照片；
图9为图8中标记区域内的焊丝成分能谱测试示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1、本实施例的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液按体积分数由H2SO4：15％、H2O2：10％、HF：5％、C2H5OH：20％、C32H58O10(OP乳化剂)：8％、HCl：10％和余量的去离子水组成，所述低镍奥氏体不锈钢实心焊丝的化学成分及其质量百分含量为：C：0.072％、Si：0.39％、Mn：6.58％、P：0.038％、S：0.001％、Cr：18.15％、Ni：2.91％、Mo：0.10％、Cu：1.79％、N：0.25％、V：0.115％、Nb：0.01％、余量为Fe。
采用实施例1的清洗溶液对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物进行清洗的方法按以下步骤进行：
步骤1：按清洗溶液的体积配比配制清洗溶液，然后将清洗溶液加热至40℃；
步骤2：将步骤1得到的热清洗溶液以喷淋的方式对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝进行清洗，清洗后经压缩空气吹干；喷淋时热清洗溶液的流量为25L/min，喷淋终端液压为0.10MPa，焊丝通过送丝装置匀速运动，速度为4mm/s，压缩空气的压力为0.15MPa；
步骤3：重复步骤2的操作5次，完成低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗。
清洗前的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面微观组织照片如图1-2所示。图2中标记区域内焊丝成分能谱测试结果如图3和表1所示。
表1
经实施例1的清洗溶液清洗后的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面微观组织照片如图4-5所示。图5中标记区域内焊丝成分能谱测试结果如图6和表2所示。
表2
实施例2、本实施例的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液按体积分数由H2SO4：20％、H2O2：15％、HF：8％、C2H5OH：25％、C32H58O10(OP乳化剂)：12％、HCl：10％和余量的去离子水组成，所述低镍奥氏体不锈钢实心焊丝的化学成分及其质量百分含量为：C：0.072％、Si：0.39％、Mn：6.58％、P：0.038％、S：0.001％、Cr：18.15％、Ni：2.91％、Mo：0.10％、Cu：1.79％、N：0.25％、V：0.115％、Nb：0.01％、余量为Fe。
采用实施例2的清洗溶液对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物进行清洗的方法按以下步骤进行：
步骤1：按清洗溶液的体积配比配制清洗溶液，然后将清洗溶液加热至45℃；
步骤2：将步骤1得到的热清洗溶液以喷淋的方式对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝进行清洗，清洗后经压缩空气吹干；喷淋时热清洗溶液的流量为35L/min，喷淋终端液压为0.12MPa，焊丝通过送丝装置匀速运动，速度为5mm/s，压缩空气的压力为0.15MPa；
步骤3：重复步骤2的操作5次，完成低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗。
清洗前的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面微观组织照片如图1所示。
清洗后的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面微观组织照片(20X)如图3所示。
清洗后的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面微观组织照片(500X)如图4所示。
清洗前的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面微观组织照片如图1-2所示。图2中标记区域内焊丝成分能谱测试结果如图3所示。
经实施例2的清洗溶液清洗后的低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面微观组织照片如图7-8所示。图8中标记区域内焊丝成分能谱测试结果如图9和表3所示。
表3
从上述测试结果可以看出，经过清洗后的焊丝无论从外观形态还是测试结果都有明显的除氧效果。
Claims (10)
1.一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液，其特征在于，该清洗溶液按体积分数由H2SO4：15％～20％、H2O2：10％～15％、HF：5％～8％、C2H5OH：20％～25％、C32H58O10：8％～12％、HCl≤10％和余量的去离子水组成。
2.根据权利要求1所述的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液，其特征在于，清洗溶液按体积分数由H2SO4：15％、H2O2：10％、HF：5％、C2H5OH：20％、C32H58O10：8％、HCl：10％和余量的去离子水组成。
3.根据权利要求1所述的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液，其特征在于，清洗溶液按体积分数由H2SO4：20％、H2O2：15％、HF：8％、C2H5OH：25％、C32H58O10：12％、HCl：10％和余量的去离子水组成。
4.根据权利要求1所述的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面清洗溶液，其特征在于，低镍奥氏体不锈钢实心焊丝的化学成分及其质量百分含量为：C：0.072％、Si：0.39％、Mn：6.58％、P：0.038％、S：0.001％、Cr：18.15％、Ni：2.91％、Mo：0.10％、Cu：1.79％、N：0.25％、V：0.115％、Nb：0.01％、余量为Fe。
5.如权利要求1-4任意一项所述的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
步骤1：按清洗溶液的体积配比配制清洗溶液，然后将清洗溶液加热至40～45℃；
步骤2：将步骤1得到的热清洗溶液以喷淋的方式对低镍奥氏体不锈钢实心焊丝进行清洗，清洗后经压缩空气吹干；
步骤3：重复步骤2的操作3-5次，完成低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗。
6.根据权利要求5所述的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗方法，其特征在于，步骤2中喷淋时热清洗溶液的流量为25L/min～35L/min。
7.根据权利要求5所述的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗方法，其特征在于，步骤2中喷淋时喷淋终端液压为0.10MPa～0.12MPa。
8.根据权利要求5所述的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗方法，其特征在于，步骤2中喷淋时焊丝通过送丝装置匀速运动，速度为4mm/s～5mm/s。
9.根据权利要求5所述的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗方法，其特征在于，步骤2中压缩空气的压力为0.15MPa～0.20MPa。
10.根据权利要求5所述的一种低镍奥氏体不锈钢实心焊丝表面氧化物的清洗方法，其特征在于，步骤3中重复步骤2的操作4次。
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