專利名稱：埋弧焊用熔煉型高堿性焊劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸送石油、天然氣等的要求強(qiáng)度和低溫韌性的母材抗拉強(qiáng)度為 SOOMPa 1200MPa的管線用UO鋼管的造管焊接中使用的埋弧焊用熔煉型焊劑。
背景技術(shù)：
作為輸送石油、天然氣等的管線用鋼管，可列舉通過焊接接合鋼管的長(zhǎng)度方向的焊接鋼管。其中，UO鋼管可采用C型壓力機(jī)、U型壓力機(jī)及0型壓力機(jī)將鋼板成型為圓筒狀后，通過焊接來接合板的對(duì)接部而進(jìn)行制造。關(guān)于該接合中使用的焊接方法，考慮到質(zhì)量和生產(chǎn)率，多采用埋弧焊。所謂埋弧焊，是采用焊劑和焊絲，通過在焊劑中產(chǎn)生電弧而進(jìn)行焊接的方法。UO鋼管中的埋弧焊接區(qū)通常是從鋼管內(nèi)表面的1層加上從鋼管外表面的1層的合計(jì)2層焊接。 對(duì)于由焊劑和焊絲制作的焊縫金屬，要求與母材相稱的強(qiáng)度和韌性。此外，同時(shí)還要求良好的焊縫形狀及無缺陷的焊縫金屬。對(duì)于它們的質(zhì)量控制，焊劑的組成及焊絲的成分是重要的，以往，進(jìn)行了各式各樣的技術(shù)開發(fā)。例如，在專利文獻(xiàn)1所記載的發(fā)明中，為了得到高韌性的焊縫金屬，通過規(guī)定成分范圍及某幾個(gè)成分的比率范圍，以謀求焊縫金屬的低氧化，從而實(shí)現(xiàn)目的。具體地說，通過適量添加CaF2,來降低焊縫金屬中的氧量。此外，對(duì)于伴隨著CaF2的添加而成為問題的電弧的不穩(wěn)定性，通過添加SW2及Al2O3使熔渣玻璃化，另外添加適當(dāng)比率的Si02、MgO及CaO， 由此使電弧穩(wěn)定化。另外，通過適量添加Al2O3及S^2而使熔渣玻璃化，由此還可得到提高作業(yè)性的效果。其結(jié)果是，通過采用C 0. 09%, Si 0. 29%, Mn :1. 32%, P :0. 019%, S 0. 007%, Al 0. 035%的母材，使0°C時(shí)的韌性得以提高。在專利文獻(xiàn)2所記載的發(fā)明中，對(duì)耐酸環(huán)境用途的大口徑管的母材和焊縫金屬的化學(xué)組成進(jìn)行了規(guī)定。另外，關(guān)于焊縫金屬，設(shè)想通過規(guī)定焊縫金屬的成分的比率，來得到低溫韌性優(yōu)良的UO鋼管用的縫焊金屬。在這種情況下，在采用的焊劑中，為使焊縫金屬的氧量達(dá)到0. 015% 0. 025%而采用低氧系焊劑。這里采用的焊劑為專利文獻(xiàn)3中公開的低氧系焊劑。以降低焊縫金屬中的氧量為目的，例如通過使S^2降低到5. 4%的低水平來謀求低氧化。在專利文獻(xiàn)4所記載的發(fā)明中，通過限定所采用的焊絲的成分及所用的焊劑的堿度或母材的化學(xué)成分來確保焊縫金屬的低溫韌性。這里采用的焊劑，為Ca0-CaF2-Al203系焊劑，為了使焊縫金屬的氧量在確保韌性所需的0.035%以下，將堿度規(guī)定為0.4以上。實(shí)施例中使用的焊劑的主要組成為SiO2 :25% ^%、MnO 5%、Ti02 7%、A1203 5%, CaO 33%、MgO 9%、CaF2 ，采用這樣的焊劑對(duì))(65的鋼管實(shí)施焊接，在_30°C下得到了吸收能大約為20kgfm(大約200J)的高韌性的焊縫金屬。專利文獻(xiàn)5所記載的發(fā)明為特別適用于厚壁大口徑鋼管的焊接而以多層焊接為前提，欲通過規(guī)定焊接用焊劑的成分來確保韌性。具體地說，為了通過控制焊縫金屬的淬透性來確保焊縫金屬的低溫韌性，在第1層及第2層和第3層以后使焊劑成分最優(yōu)化。
專利文獻(xiàn)6所記載的發(fā)明中公開了適用于以焊接后熱處理為前提的焊縫金屬的埋弧焊用的焊劑。在專利文獻(xiàn)6中，為了確保進(jìn)行了焊接后熱處理后的焊縫金屬的低溫韌性而規(guī)定了焊劑的成分。特別是，從確保脫氧的觀點(diǎn)出發(fā)而限制焊劑中的Si、Mn的下限，從確保低溫韌性的觀點(diǎn)出發(fā)而限制上限，且適量添加CaF2,由此降低焊縫金屬的氧量。如上所述，--直在以確保焊縫金屬的低溫韌性為目的而研究焊劑的成分。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1日本特開昭58-055197號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2日本特開平03-285770號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3日本特開昭60-191691號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4日本特開平05-000375號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)5日本特開平06-155076號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)6日本特開平08-257789號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)7日本特開2006-305604號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)8日本特開2007-90399號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題近年來，以提高輸送效率及降低成本為目的，對(duì)強(qiáng)度超過以往的UO鋼管的、母材抗拉強(qiáng)度為SOOMPa以上的高強(qiáng)度UO鋼管的期望正在高漲。當(dāng)然，對(duì)于焊接這些UO鋼管而形成的焊縫金屬，也要求與母材相稱的抗拉強(qiáng)度為SOOMPa以上的強(qiáng)度和低溫韌性。但是，根據(jù)發(fā)明人的研究結(jié)果，在通過埋弧焊對(duì)母材抗拉強(qiáng)度為SOOMI^ 1200MPa的管線用UO鋼管進(jìn)行焊接時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)在圖1所示的焊道頂部附近的焊縫金屬內(nèi)部卷入熔渣的現(xiàn)象(以下將該現(xiàn)象及該現(xiàn)象發(fā)生部稱為頂部夾渣ST)，或具有在焊接后容易發(fā)生低溫開裂的傾向。例如，對(duì)于專利文獻(xiàn)1的實(shí)施例中公開的組成的焊劑，不能用于低溫開裂敏感性高的高強(qiáng)度焊縫金屬。對(duì)于專利文獻(xiàn)2所記載的發(fā)明中使用的專利文獻(xiàn)3所述的發(fā)明的焊劑，有在焊接后發(fā)生低溫開裂的問題。在采用專利文獻(xiàn)4中公開的焊劑、且形成高強(qiáng)度的焊縫金屬的焊接中，有發(fā)生頂部夾渣的問題。對(duì)于專利文獻(xiàn)5的實(shí)施例中公開的組成的焊劑，不能用于低溫開裂敏感性高的高
強(qiáng)度焊縫金屬。專利文獻(xiàn)6所記載的發(fā)明容易利用后續(xù)焊接的再熱效果以確保韌性，但在不能期待再熱效果的內(nèi)外表面1層焊接中不能應(yīng)用。另外，該文獻(xiàn)記載的發(fā)明在焊接后容易發(fā)生低溫開裂，不適合高強(qiáng)度焊縫金屬。專利文獻(xiàn)7所記載的發(fā)明提出了一種可進(jìn)行大電流橫向焊接、且還適用橫向、水平角焊縫及朝下等任何姿勢(shì)的埋弧焊用熔煉型焊劑，但不是在制作高強(qiáng)度焊縫金屬時(shí)，通過著眼于焊縫金屬中的氧量來防止韌性下降的焊劑。在專利文獻(xiàn)8所記載的發(fā)明中，對(duì)在制作與強(qiáng)度為800MPa 1200MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼板對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度焊縫金屬時(shí)使用的埋弧焊用熔煉型焊劑提出了改進(jìn)其低溫韌性的方案， 但要求在比UO鋼管等更苛刻的環(huán)境下使用。于是，本發(fā)明立足于這樣的背景，其課題在于提供一種高堿性埋弧焊用熔煉型焊劑，該焊劑即使在制作高強(qiáng)度焊縫金屬時(shí)在焊接后也難以發(fā)生低溫開裂，可得到無頂部夾渣的健全的高韌性焊縫金屬。用于解決課題的手段本發(fā)明人對(duì)上述的能夠得到焊接后難以發(fā)生低溫開裂的、無頂部夾渣的低溫韌性
優(yōu)良的高強(qiáng)度焊縫金屬的熔煉型埋弧焊用焊劑進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過使CaO、MgO、
Al2O3^CaF2及SW2的范圍適量化，同時(shí)使MnO的添加量最優(yōu)化，能夠得到可制作如下焊縫的
焊劑，該焊縫即使在制作高強(qiáng)度焊縫金屬時(shí)，也如以下所示那樣，通過使焊縫金屬的氧量最
優(yōu)化而確保高的低溫韌性，同時(shí)具有無頂部夾渣的良好形狀，且在焊接后難以發(fā)生低溫開 m農(nóng)。焊縫金屬的強(qiáng)度能夠通過采用添加有Ni、Cr或Mo等合金元素的焊絲作為埋弧焊中使用的焊絲來提高。根據(jù)發(fā)明人的研究結(jié)果，已經(jīng)判明在這樣高強(qiáng)度化的、抗拉強(qiáng)度為 SOOMPa 1200MPa的焊縫金屬中，如圖2所示，焊縫金屬的氧量是重要的，在圖2中如虛線所示，在焊縫金屬中的氧量大致為0. 018% 0. 035%的范圍時(shí)，可得到-30°C下的沖擊吸收能達(dá)到100J以上的良好的高韌性。在抗拉強(qiáng)度為SOOMPa 1200MPa的焊縫金屬中，組織從針狀鐵素體組織成為貝氏體組織。在這些組織中，焊縫金屬中的氧量在焊縫金屬的韌性中起到重要的作用。另一方面，在超過1200MPa的焊縫金屬中，組織為馬氏體組織，只通過氧量的控制難以確保韌性。此外，根據(jù)發(fā)明人的研究結(jié)果，可以認(rèn)為頂部夾渣如以下所示那樣而發(fā)生。也就是說，為了得到焊縫金屬的強(qiáng)度，可在埋弧焊所用的焊絲中添加前面所述的合金元素，但上述合金元素使焊接時(shí)熔融的焊縫金屬的粘性、或熔融的焊縫金屬和熔融的焊劑的界面張力發(fā)生變化。因此，可以認(rèn)為焊接時(shí)熔融的熔渣難以上浮分離，最終在凝固部即焊道頂部的焊縫金屬的內(nèi)部殘存夾渣。另外，發(fā)明人對(duì)于該頂部夾渣的發(fā)生傾向，除了焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度以外，還基于按以下所示的式(1)計(jì)算得到的焊劑的堿度B加以整理而進(jìn)行了詳細(xì)的研究。結(jié)果判明 如圖3所示，在SOOMPa以上的焊縫金屬中，在堿度B為1.2以上時(shí)，不會(huì)發(fā)生頂部夾渣。B = 6. 05N[Ca0]+4. ON [MgO]+5. IN [CaF2]+4. 8N[Mn0]-0. 2N [Al2O3]-6. 3 IN [SiO2] (1)式中，N[k]表示成分k的摩爾分?jǐn)?shù)?？墒?，焊劑的堿度B和焊縫金屬中的氧量具有相關(guān)關(guān)系，在本發(fā)明人對(duì)多種焊劑進(jìn)行的調(diào)查中，也發(fā)現(xiàn)圖4那樣的關(guān)系。也就是說，即使在用式(1)表示的堿度B為1. 2以上、沒有發(fā)生頂部夾渣的情況下，也發(fā)生焊縫金屬中的氧量低于0.018%的情況，在此情況下，可預(yù)想如圖1所示那樣在低溫下的韌性降低。因此，有必要使堿度B在1. 2以上，且使焊縫金屬中的氧量穩(wěn)定地達(dá)到0. 018%以上。進(jìn)而就焊劑中所含的各成分對(duì)頂部夾渣的發(fā)生的影響進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。結(jié)果判明如圖5所示，在焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為SOOMI^以上時(shí)，焊劑中的SiO2量超過20%，發(fā)生頂部夾渣。另外還判明=CaF2量也對(duì)頂部夾渣的發(fā)生傾向產(chǎn)生影響，如圖6所示，在高強(qiáng)度焊縫金屬中，焊劑中的CaF2量低于30%時(shí)，發(fā)生頂部夾渣。這樣，為了在高強(qiáng)度焊縫金屬中避免頂部夾渣，需要對(duì)由式(1)得到的堿度B、焊劑的S^2量及CaF2量進(jìn)行調(diào)整。另外，需要在能夠避免頂部夾渣的范圍內(nèi)滿足焊劑中的堿度B、SiO2量或CaF2量，同時(shí)將焊縫金屬中的氧量控制在0. 018% 0. 035%。MnO通過適量添加在焊劑中，能夠不會(huì)招致頂部夾渣的發(fā)生而使焊縫金屬的氧量增加。通過適量添加MnO，能夠穩(wěn)定地得到1. 2以上的堿度B以及0. 018%以上的氧量。此外，在高強(qiáng)度焊縫金屬的焊接中，如果焊劑為結(jié)晶質(zhì)，則出現(xiàn)焊劑的表面積增加，水分的吸附增多，焊接后容易發(fā)生低溫開裂的傾向。在圖7、圖8及圖9中，在將焊劑于溫度25°C、濕度60%的環(huán)境下保持48小時(shí)后，在500°C下干燥M小時(shí)，然后測(cè)定其質(zhì)量減少量。再有，在圖7、圖8及圖9中，將減少的質(zhì)量作為吸附在焊劑中的水分，取減少的質(zhì)量相對(duì)于原質(zhì)量的比，將其作為水分吸附量。圖7示出了焊劑中的Al2O3量和水分吸附量的關(guān)系。圖8示出了焊劑中的SiO2量和水分吸附量的關(guān)系。圖9示出了焊劑的堿度B和水分吸附量的關(guān)系。圖9所示的堿度B是按上述式(1)計(jì)算得到的值。如圖7所示，在焊劑中的Al2O3量為15%以下時(shí)，水分吸附量急劇增加。此外，如圖8所示，在焊劑中的S^2量低于10%時(shí)，同樣水分吸附量急劇增加。另外，如圖9所示， 即使由焊劑的組成決定的堿度B超過3. 2，水分吸附量也急劇增加。這是因?yàn)椋绻竸┲械腁l2O3為15%以下、或SiO2低于10%,或堿度B超過3. 2， 則焊劑的表面成為結(jié)晶質(zhì)，容易吸附水分。在高強(qiáng)度鋼的焊接中，焊劑中的水分量使焊縫金屬的擴(kuò)散性氫增加，焊接后容易發(fā)生低溫開裂。因此，在高強(qiáng)度鋼的焊接所使用的焊劑中， 需要使焊劑中的Al2O3量超過15%，SiO2量在10%以上，此外堿度B為3. 2以下。也就是說，本發(fā)明的要旨如下。(1) 一種埋弧焊用熔煉型高堿性焊劑，其是對(duì)母材抗拉強(qiáng)度為800MPa 1200MPa 的管線用UO鋼管進(jìn)行縫焊時(shí)使用的埋弧焊用熔煉型高堿性焊劑，其特征在于以質(zhì)量％ 計(jì)，含有 CaO :5. 0% 25. 0%、MgO :1. 0% 5. 0%、Al2O3 超過 15. 0%且在 30. 0% 以下、 CaF2 30. 0% 50. 0%,Si02 10. 0%~ 20. 0%,Μη0 0. 5%~ 15. 0%，剩余部分包括不可避免的雜質(zhì)，且通過式(1)得到的堿度B為1.2 3. 2。B = 6. 05N[Ca0]+4. ON[MgO]+5. IN[CaF2]+4. 8N[Mn0]-0. 2N[Al2O3]-6. 3IN[SiO2] (1)式中，NDO表示成分k的摩爾分?jǐn)?shù)。(2)根據(jù)上述⑴所述的埋弧焊用熔煉型高堿性焊劑，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)， 進(jìn)一步合計(jì)含有0. 2 % 5. 0 %的Li2O及K2O中的任一種或兩種。根據(jù)本發(fā)明的埋弧焊用熔煉型高堿性焊劑，能夠得到焊接后難以發(fā)生低溫開裂的、無頂部夾渣的低溫韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊縫金屬，因此能夠在對(duì)母材抗拉強(qiáng)度為 800MPa 1200MPa的管線用UO鋼管進(jìn)行縫焊時(shí)使用?？墒?，專利文獻(xiàn)1所述的發(fā)明正如其實(shí)施例中所示的那樣，以不含Ni、Mo或Cr等的、例如母材抗拉強(qiáng)度為500MPa 600MPa級(jí)的低強(qiáng)度鋼為對(duì)象。因此，在專利文獻(xiàn)1中， 本發(fā)明的課題即頂部夾渣的發(fā)生不會(huì)成為問題。此外，在專利文獻(xiàn)1的實(shí)施例所公開的組成的焊劑中，有Al2O3量少、焊劑為結(jié)晶質(zhì)、水分的吸附多的問題，特別是，不能適用于低溫開裂敏感性高的高強(qiáng)度焊縫金屬。專利文獻(xiàn)2所述的發(fā)明正如其實(shí)施例中所示的那樣，將焊縫金屬設(shè)定為低C、且 Mo、Ni或Cr的含量少的強(qiáng)度為700MPa級(jí)的焊縫金屬，在將其直接用于強(qiáng)度更高的焊縫金屬時(shí)發(fā)生問題。例如，在專利文獻(xiàn)2所述的發(fā)明所使用的專利文獻(xiàn)3所記載的發(fā)明的焊劑中，發(fā)生SiO2量少、焊劑為結(jié)晶質(zhì)、水分的吸附多的問題。此外，在專利文獻(xiàn)3所述的焊劑中，如專利文獻(xiàn)3的實(shí)施例中的表3所示，為不含 Ni、Cr或Mo的焊劑，例如是適用于母材抗拉強(qiáng)度為500MPa 600MPa級(jí)的低強(qiáng)度鋼的焊劑。因此，專利文獻(xiàn)3中所述的焊劑不是制作高強(qiáng)度的焊縫金屬的焊劑，也不是以在母材抗拉強(qiáng)度為SOOMPa 1200MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼中的應(yīng)用為前提。在專利文獻(xiàn)4所述的發(fā)明中，其適用范圍如實(shí)施例所示為X65級(jí)，以焊縫金屬的強(qiáng)度例如為從600MPa到700MPa左右的低強(qiáng)度的焊縫金屬為對(duì)象。因此，在采用專利文獻(xiàn)4 中公開的焊劑，且在形成高強(qiáng)度的焊縫金屬的焊接中，因SiO2量高、且CaF2量少而出現(xiàn)發(fā)生頂部夾渣的問題。專利文獻(xiàn)5所述的發(fā)明也與專利文獻(xiàn)1所述的發(fā)明同樣，以低強(qiáng)度鋼管為對(duì)象，在實(shí)施例所公開的組成的焊劑中，有焊劑為結(jié)晶質(zhì)、水分的吸附多的問題，因此特別是不能適用于低溫開裂敏感性高的高強(qiáng)度焊縫金屬。專利文獻(xiàn)6中公開的焊劑適用于以焊接后熱處理為前提的焊接，如實(shí)施例中所公開的那樣，以多層焊接為前提。因此，該文獻(xiàn)記載的發(fā)明容易利用后續(xù)焊接的再熱效果來確保韌性，在本發(fā)明作為前提的不能期待再熱效果的內(nèi)外1層焊接中不能適用。另外，在該文獻(xiàn)記載的發(fā)明中，S^2量少，焊劑的結(jié)晶化發(fā)展，水分的吸附量也多，不適合高強(qiáng)度焊縫金屬。此外，專利文獻(xiàn)6所述的焊劑是粘結(jié)式的焊劑，與本發(fā)明的熔煉型焊劑是制造方法不同的其它種類的焊劑。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的埋弧焊用熔煉型高堿性焊劑，能夠得到焊接后難以發(fā)生低溫開裂、無頂部夾渣的低溫韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度焊縫金屬。更詳細(xì)地說，在對(duì)母材抗拉強(qiáng)度為 SOOMI^ 1200MI^的管線用UO鋼管進(jìn)行縫焊時(shí)，通過采用本發(fā)明的埋弧焊用熔煉型焊劑， 能夠得到焊道形狀良好、沒有稱為頂部夾渣的焊縫內(nèi)部缺陷的焊縫。另外，根據(jù)本發(fā)明的成分體系，即使是不發(fā)生頂部夾渣的組成，也能夠使焊縫金屬的氧量最優(yōu)化，能夠得到具有優(yōu)良的低溫韌性的焊縫金屬。由此，能夠容易制造健全的高強(qiáng)度焊縫金屬。


圖1是頂部夾渣的示意圖。圖2是表示焊縫金屬的氧量和韌性的關(guān)系的圖示。圖3是表示焊劑的堿度B、焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度和頂部夾渣的發(fā)生傾向的關(guān)系的圖示。圖4是表示焊劑的堿度B和焊縫金屬的氧量的關(guān)系的圖示。圖5是表示焊劑的S^2量、焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度和頂部夾渣的發(fā)生傾向的關(guān)系的圖示。
圖6是表示焊劑的CaF2量、焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度和頂部夾渣的發(fā)生傾向的關(guān)系的圖示。圖7是表示焊劑的Al2O3量和焊劑的水分吸附量的關(guān)系的圖示。圖8是表示焊劑的S^2量和焊劑的水分吸附量的關(guān)系的圖示。圖9是表示焊劑的堿度B和焊劑的水分吸附量的關(guān)系的圖示。圖10是底部夾渣的示意圖。圖11是表示含有MnO的焊劑的堿度B和焊縫金屬中的氧量的關(guān)系的圖示。圖12是表示實(shí)施例及比較例中使用的坡口形狀的圖示。圖13是表示采取機(jī)械試驗(yàn)片的要領(lǐng)的圖示。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明的成分的限定理由進(jìn)行說明。[CaO :5· 0% 25. 0% ]CaO影響焊縫金屬的焊縫形狀。在低于5.0%時(shí)，軟化熔融溫度提高，其與因阻礙熔融氣體擴(kuò)散而發(fā)生的麻點(diǎn)等焊縫表面的外觀不良相聯(lián)系。另一方面，在過剩時(shí)，則粘度提高，加強(qiáng)焊縫上升。此外，熔渣的剝離性也下降。因此將其上限規(guī)定為25%以下。此外，CaO是對(duì)堿度B施加影響的成分。在低于5. 0%時(shí)，堿度B降低，促進(jìn)頂部夾渣的發(fā)生。在超過25.0%時(shí)，堿度B提高，焊劑為結(jié)晶質(zhì)，氫脆敏感性提高。[MgO :1· 0% 5. 0% ]MgO對(duì)熔渣的粘性施加影響。在低于1.0%時(shí)，熔渣的粘性過低，在表面發(fā)生麻點(diǎn)狀的缺陷。另一方面，在超過5.0%時(shí)，熔渣的粘性提高，發(fā)生咬邊。[Al2O3:超過 15.0%且在 30.0% 以下]Al2O3作為熔渣的形成成分是重要的成分之一，因此作為焊劑的構(gòu)成成分而添加。 可是，在15.0%以下時(shí)，如圖7所示，焊劑的結(jié)晶質(zhì)的傾向增強(qiáng)，容易吸濕。其結(jié)果是，焊縫金屬中的氫量增加，低溫開裂敏感性提高。另一方面，Al2O3的添加具有降低堿度B的作用， 因而如果過剩地添加，則促進(jìn)頂部夾渣的發(fā)生。此外，Al2O3對(duì)焊道形狀施加影響。如果過剩地添加，則在焊縫頂部生成咬邊或山脊?fàn)钔黄稹倪@些觀點(diǎn)出發(fā)，將上限規(guī)定為30. 0%以下。[CaF2 30. 0 % 50. 0 % ]CaF2與堿度B不同，是對(duì)頂部夾渣的發(fā)生傾向施加影響的成分。在CaF2低于 30. 0%時(shí)發(fā)生頂部夾渣，因而將下限規(guī)定30. 0%以上。另一方面，如果過剩地添加，則電弧變得不穩(wěn)定，在焊道表面發(fā)生稱為痘痕(pockmark)的麻點(diǎn)狀的花紋。因此，將上限規(guī)定為 50. 0%以下。此外，CaF2使焊劑的粘度或軟化熔融溫度降低，因而可防止將焊縫形成為過剩的凸形狀，此外也使焊縫表面光滑。為了得到此效果，需要添加30.0%以上，優(yōu)選添加超過 35%，更優(yōu)選添加超過37%。[SiO2 10. 0 % 20. 0 % ]如果過剩地添加SiO2到超過20.0%，則發(fā)生頂部夾渣。因此，將上限規(guī)定為 20.0%以下。另一方面，如圖8所示，在低于10.0%時(shí)，焊劑為結(jié)晶質(zhì)，容易吸濕。因此，焊縫金屬中的氫量增加，其結(jié)果是提高了焊縫金屬的低溫開裂敏感性。因此，將下限規(guī)定為
810. 0%以上。同時(shí)，SiO2用于改善焊趾部處的與母材的熔合，如改善焊趾部的與母材的接觸角， 或降低焊趾部上的熔渣的粘附性等。另外還具有使焊縫表面光滑，且防止形成極端的凸焊道，從而改善焊道形狀的效果。為了得到此效果，需要10.0%以上。[MnO :0· 5% 15. 0% ]MnO通過適量添加到焊劑中，不會(huì)導(dǎo)致頂部夾渣的發(fā)生，能夠使焊縫金屬的氧量增加。圖11示出了添加有MnO的焊劑的堿度B和焊縫金屬中的氧量的關(guān)系。如該圖所示，通過適量添加MnO，堿度B為圖3所示的1. 2以上，且能夠穩(wěn)定地獲得0. 018%以上的氧量。為了得到此效果，需要添加0.5%以上?？墒牵绻砑映^15.0%，則容易在圖10所示的焊縫的底部的固相線附近或固相線上發(fā)生底部夾渣SL。因此，將上限規(guī)定為15.0%以下。此外，如果超過15. 0%地添加MnO，則在堿度低時(shí)焊縫金屬中的氧量過剩，有韌性下降的可能性。因此，將上限規(guī)定為15.0%以下。[通過式(1)得到的堿度B:1· 2 3. 2]B = 6. 05N[Ca0]+4. ON[MgO]+5. IN[CaF2]+4. 8N[Mn0]-0. 2N[Al2O3]-6. 3IN[SiO2] (1)式中，N[k]表示成分k的摩爾分?jǐn)?shù)。如果對(duì)堿度B和頂部夾渣發(fā)生的有無的關(guān)系進(jìn)行整理，則如圖3所示，在堿度B為 1.2以上時(shí)不發(fā)生頂部夾渣。另一方面，從頂部夾渣的觀點(diǎn)出發(fā)，不規(guī)定堿度B的上限，但如圖9所示，在堿度B超過3. 2時(shí)，顯示出焊劑結(jié)晶質(zhì)的傾向增強(qiáng)，容易吸濕。其結(jié)果是，焊縫金屬中的氫量增加，低溫開裂敏感性提高。從此觀點(diǎn)出發(fā)，將堿度B的上限規(guī)定為3. 2以下。此外，在堿度B低于1. 2時(shí)，由于與添加MnO的協(xié)同效應(yīng)，氧變得過剩，有出現(xiàn)焊縫金屬韌性下降的可能性，因此將其下限規(guī)定為1. 2以上。[母材抗拉強(qiáng)度為800MPa 1200MPa]在本發(fā)明中，母材抗拉強(qiáng)度為800MPa 1200MPa，優(yōu)選為超過980ΜΙ^但不大于 1200MPao在母材抗拉強(qiáng)度低于SOOMPa時(shí)，作為適用本發(fā)明的領(lǐng)域的UO鋼管強(qiáng)度低，因此不會(huì)發(fā)生頂部夾渣的問題。此外，如果母材抗拉強(qiáng)度超過1200MPa，則有時(shí)不能確保充分的韌性。所用的母材的化學(xué)組成從強(qiáng)度和韌性的觀點(diǎn)出發(fā)，以質(zhì)量％計(jì)，優(yōu)選為C: 0. 03% 0. 12%, Si 0. 5% 以下、Mn :1. 2%~ 2. 5%, Ni :2. 0% 以下、Mo :0. 6% 以下、Ti 0. 030% 以下、Al 0. 07% 以下、P 0. 015% 以下、S :0. 003% 以下、Nb :0. 0015% 0. 1%、N 0. 008% 以下。此外，所用的焊絲的化學(xué)組成從焊縫金屬的強(qiáng)度、韌性或絲的制造性的觀點(diǎn)出發(fā)， 以質(zhì)量％計(jì)，優(yōu)選為 C 0. 02% 0. 15%, Si 0. 5% 以下、Mn :1. 0% 2. 5%, Ni :10. 0% 以下、Mo 4. 0% 以下、Ti 0. 030% 以下、0 0. 008% 以下、Al :0. 05% 以下、P :0. 015% 以下、S 0. 01% 以下、N :0. 008% 以下。[Li2O及K2O中的任一種或兩種的合計(jì)0· 2% 5. 0% ]Li2O及K2O中的任一種或兩種的合計(jì)優(yōu)選為0. 2% 5. 0%，更優(yōu)選為超過2%但不大于5. 0%。MnO提高電弧的再起弧電壓。因此，在焊接中于電弧再起弧時(shí)所提高的電壓下，使熔池表面振動(dòng)，結(jié)果有使焊縫表面的焊波花紋即層狀線(ripple line)不整齊的傾向。這在機(jī)械特性上不是問題，認(rèn)為不是缺陷，但在外觀上不優(yōu)選，且在焊接后被覆表面等情況下， 成為使作業(yè)性下降的要因。與此相對(duì)照，Li2O及K2O具有使其鎮(zhèn)靜，消除層狀線的不整齊的效果。為了得到此效果，Li20&K20中的任一種或兩種的合計(jì)需要在0.2%以上。另一方面， 如果添加超過5. 0%，則熔渣的剝離性下降，發(fā)生熔渣的粘附。因此，將上限規(guī)定為5. 0%以下。此外，在埋弧焊用的焊劑中，以降低焊縫金屬中的氮量為目的，有時(shí)在焊劑中添加0. 05% 2. 0%左右的CaCO3,或?yàn)榱撕缚p金屬的強(qiáng)度調(diào)整，添加0. 05% 2. 0%左右的 B2O3，但這對(duì)于本發(fā)明的目的即避免頂部夾渣的效果沒有任何影響，能夠根據(jù)需要添加這些成分。實(shí)施例接著，采用實(shí)施例及比較例具體地說明本發(fā)明的效果。在實(shí)施例及比較例中，采用3電極的埋弧焊，在表1所示的焊接條件下，組合表2 所示的組成及強(qiáng)度水平不同的絲，對(duì)具有表3所示的化學(xué)組成及抗拉強(qiáng)度的板厚20mm、長(zhǎng) 1500mm的母材進(jìn)行圖12所示的斷面形狀的坡口加工，采用表5或表6所示成分的焊劑進(jìn)行了焊接。表4中示出了實(shí)施例及比較例中采用的絲的組合。再有，圖12所示的坡口在實(shí)施例及比較例中是設(shè)在進(jìn)行焊接的母材間的斷面看來為V字型的槽，如圖12所示，槽的深度為9mm，V字槽所成的角度為80°C。此外，在實(shí)施例及比較例中，在將焊劑于20°C、60%的濕度的環(huán)境下保管M小時(shí)后，在使用前于150°C的爐內(nèi)干燥2小時(shí)后使用。表權(quán)利要求
1.一種埋弧焊用熔煉型高堿性焊劑，其是對(duì)母材抗拉強(qiáng)度為SOOMPa 1200MPa的管線用UO鋼管進(jìn)行縫焊時(shí)使用的埋弧焊用熔煉型高堿性焊劑，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)，含有 CaO :5. 0% 25. 0%、MgO :1. 0% 5. 0%、Al2O3 超過 15. 0%且在 30. 0% 以下、CaF2 30. 0% 50. 0%、SiO2 10. 0%~ 20. 0%, MnO 0. 5%~ 15. 0%，剩余部分包括不可避免的雜質(zhì)，且通過式⑴得到的堿度B為1.2 3. 2;B = 6. 05N[Ca0]+4. ON[MgO]+5. IN[CaF2]+4. 8N[Mn0]-0. 2N[A1203] -6. 31N[Si02]式中，N[k]表示成分k的摩爾分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋弧焊用熔煉型高堿性焊劑，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步合計(jì)含有0. 2 % 5. 0 %的Li2O及K2O中的任一種或兩種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高堿性埋弧焊用熔煉型焊劑，其在制作高強(qiáng)度焊縫金屬時(shí)使用，可得到無頂部夾渣的健全的高韌性的焊縫金屬。該埋弧焊用熔煉型焊劑在對(duì)母材抗拉強(qiáng)度為800MPa～1200MPa的管線用UO鋼管進(jìn)行縫焊時(shí)使用，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)，含有CaO5.0％～25.0％、MgO1.0％～5.0％、Al2O3超過15.0％且在30.0％以下、CaF230.0％～50.0％、SiO210.0％～20.0％、MnO0.5％～15.0％，堿度B為1.2～3.2。另外，還合計(jì)含有0.2％～5.0％的Li2O及K2O中的任一種或兩種。
文檔編號(hào)B23K35/362GK102387890SQ20108001606
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者中澤博志, 品田功一, 大山繁男, 森本裕 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社