專利名稱：一種用于大熱輸入埋弧焊的高強(qiáng)韌藥芯焊絲材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊絲材料，具體為一種用于大熱輸入埋弧焊的高強(qiáng)韌藥芯焊絲材料，它具有高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
高層建筑、大跨度橋梁、大型船舶、超長輸油管線等機(jī)械工程結(jié)構(gòu)的制造向大型化、巨型化方向發(fā)展成為一個(gè)重要趨勢。為了滿足機(jī)械工程結(jié)構(gòu)向大型化、巨型化方向發(fā)展的需求，我國已成功地開發(fā)出了大熱輸入(熱輸入量為60 150KJ/cm)焊接中厚板高強(qiáng)度低合金鋼(High Strength Low Alloy Steel，簡稱HSLA)。大巨型工程結(jié)構(gòu)制造過程中，廣泛采用效率高、節(jié)能、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的雙絲、三絲多絲埋弧焊大熱輸入焊接方法大熱輸入焊接HSLA鋼時(shí)，因焊接熔池中液態(tài)金屬冷卻速度快，溫度梯度大，焊縫金屬晶粒迅速長大，晶粒尺寸往往超過120 μ m, HSLA鋼的晶粒尺寸均在10 μ m以下。焊縫金屬的晶粒尺寸是HSLA鋼的晶粒尺寸的十倍以上，焊縫金屬晶粒的粗化，造成韌性大幅度降低，焊縫金屬的強(qiáng)韌性與HSLA鋼的強(qiáng)韌性嚴(yán)重不匹配，焊縫金屬成為焊接結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)域之一，威脅著結(jié)構(gòu)的使用安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于大熱輸入埋弧焊的高強(qiáng)韌藥芯焊絲材料，該材料可以代替目前使用的焊縫金屬晶粒易粗化的焊接材料，能夠提高焊縫金屬的強(qiáng)韌性。本發(fā)明提供的一種用于大熱輸入埋弧焊的高強(qiáng)韌藥芯焊絲材料，其特征在于，藥芯粉由合金粉與礦物粉混合而成，各合金粉與礦物粉的組分及重量百分比為99金紅石 8 12% ;45硅鐵5 7% ；金屬錳4 8% ;55鉬鐵0. 5 2% ;99氧化物稀土鈰2 6% ； 25鈦鐵0. 3 1. 0% ；余量為鐵粉。本發(fā)明針對目前用的大熱輸入量埋弧焊焊縫金屬晶粒易粗大化，造成焊縫金屬的強(qiáng)韌性不足，難以滿足使用要求的難題。發(fā)明了一種含有稀土鈰(Ce)，適用于大熱輸入埋弧焊用高強(qiáng)度高韌性新型藥芯焊絲材料。本發(fā)明提供的焊絲材料能使大熱輸入焊接HSLA鋼焊縫金屬的晶粒得到細(xì)化，代替目前使用的焊縫金屬晶粒易粗化的焊接材料，提高焊縫金屬的強(qiáng)韌性，使焊縫金屬的強(qiáng)韌性與HSLA鋼母材相匹配。利用本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性新型藥芯焊絲材料，配備市售的相應(yīng)焊劑，可確保大熱輸入埋弧焊焊縫金屬的晶粒尺寸在15 μ m 以下，改善大熱輸入焊縫金屬的強(qiáng)韌性。本發(fā)明主要用Ce在焊接冶金過程中與氧、硫反應(yīng)，易形成直徑為0. 4 μ m 0. 8 μ m 的超細(xì)Ce氧硫化物質(zhì)點(diǎn)(CexOxSx)，如CeO · CeS、CeO · MnO · (Mn、Cu) S，彌散、均勻分布于焊縫金屬中。Ce氧硫化物質(zhì)點(diǎn)釘軋、拖曳高溫奧氏體晶界的遷移，阻礙奧氏體晶粒長大。同時(shí) Ce氧硫化物質(zhì)在奧氏體晶內(nèi)誘導(dǎo)鐵素體形核，細(xì)化焊縫金屬晶粒。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的理論基礎(chǔ)大熱輸入鋼 鐵材料晶粒的細(xì)化，常利用直徑為0. 4 μ m 0. 8 μ m的細(xì)小粒子， 如TiN、VN等阻礙晶粒長大，并且利用Ti2O3等細(xì)夾雜物，誘導(dǎo)鐵素體在奧氏體晶內(nèi)形核， 形成所謂的晶內(nèi)鐵素體(Intergranular Ferrite，簡稱IGF ；又稱針狀鐵素體Acicular Ferrite，簡稱AF)。利用Ti2O3等細(xì)夾雜物，誘導(dǎo)鐵素體在奧氏體晶內(nèi)形核，這種技術(shù)稱為氧化物冶金技術(shù)(Oxide Metallurgy)。由于晶內(nèi)鐵素體(IGF)的晶粒尺寸約為5 μ m左右， 若鋼鐵材料中有70%以上的IGF，鋼鐵材料的晶粒尺寸整體可細(xì)化到ΙΟμπι以下。焊縫金屬的冶金過程與鋼鐵材料的冶金過程基本相同，可將鋼鐵材料的氧化物冶金技術(shù)運(yùn)用于大熱輸入埋弧焊焊縫金屬的晶粒細(xì)化。目前有研究報(bào)道利用焊縫金屬中殘留的Ti、Al脫氧的細(xì)小夾雜物Ti203、Al2O3 · (Mn、Cu) S誘導(dǎo)IGF形核，細(xì)化焊縫金屬晶粒，提高焊縫金屬的強(qiáng)度與韌性。但Ti、Al脫氧的細(xì)小夾雜物Ti203、Al2O3 · (Mn、Cu) S在大熱輸入埋弧焊焊縫金屬中易形成直徑大于5μπι以上的超大夾雜物，造成焊縫金屬的韌性值不穩(wěn)定。本發(fā)明的基本思路本發(fā)明利用氧化物冶金的方法細(xì)化大熱輸入(熱輸入量為60 150KJ/cm)埋弧焊焊縫金屬晶粒，在藥芯焊絲材料內(nèi)加入鈰的氧化物，即氧化鈰。一方面藥芯焊絲材料中Ce 在焊接冶金過程中與氧、硫反應(yīng)，易形成直徑為0. 4 μ m 0. 8 μ m的超細(xì)Ce氧硫化物質(zhì)點(diǎn)， 常見的為CexOxSx形式，如CeO · CeS、CeO · MnO · (Mn、Cu) S，這些質(zhì)點(diǎn)彌散、均勻分布于大熱輸入埋弧焊焊縫金屬中。另一方面，Ce氧硫化物質(zhì)點(diǎn)有很高的熱穩(wěn)定性，凝固前沿彌散析出的CexOxSx沉淀粒子能釘軋、拖曳高溫奧氏體晶界的遷移，阻礙奧氏體晶粒長大。另一方面，Ce氧硫化物質(zhì)點(diǎn)與鐵素體有很小的錯(cuò)配度，如體心立方的CeS，晶格常數(shù)為5. 778A，α鐵素體的晶格常數(shù)為2.886A;CeS的晶格常數(shù)正好是α鐵素體的2倍，α鐵素體在CeS界面上形核能壘低， CeS作為形核質(zhì)點(diǎn)，在奧氏體晶內(nèi)誘導(dǎo)鐵素體形核，起到氧化物冶金的作用。第三方面，稀土 Ce是強(qiáng)脫氧、脫硫元素，能減少鋼液中
、[S]含量，降低[N]、[P]的活度和溶解度，Ce脫氧、脫硫形成的氧硫化物能吸附H，減少或消除Sb、Sn等低熔點(diǎn)金屬的危害作用。本發(fā)明中加入的稀土鈰起到這三方面的作用，它不僅使大熱輸入埋弧焊焊縫金屬的晶粒細(xì)化15 μ m 以下，而且能提高大熱輸入埋弧焊焊縫金屬的潔凈度，從而提高大熱輸入埋弧焊焊縫金屬的強(qiáng)度與韌性。本發(fā)明所說的一種用于大熱輸入埋弧焊的高強(qiáng)度高韌性新型藥芯焊絲材料的藥芯粉由合金粉與礦物粉混合而成，各礦物粉、合金粉的配方比例如下表表1高強(qiáng)度高韌性新型藥芯焊絲材料的藥芯粉成份配方
權(quán)利要求
1.一種用于大熱輸入埋弧焊的高強(qiáng)韌藥芯焊絲材料，其特征在于，藥芯粉由合金粉與礦物粉混合而成，各合金粉與礦物粉的組分及重量百分比為99金紅石纊12% ；45硅鐵 5 7% ；金屬錳4 8% ；55鉬鐵0. 5 2% ；99氧化物稀土鈰2 6% ;25鈦鐵0. 3 1. 0% ；余量為鐵粉。
2.按照權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌藥芯焊絲材料，其特征在于，高強(qiáng)度高韌性藥芯焊絲材料的鋼帶為碳鋼H08A，鋼帶厚度為1. 0。
3.按照權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌藥芯焊絲材料，其特征在于，藥芯的重量系數(shù)為 15 16%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于大熱輸入埋弧焊的高強(qiáng)韌藥芯焊絲材料，藥芯焊絲的藥芯粉由99金紅石、45硅鐵、金屬錳、55鉬鐵、99氧化物稀土鈰、25鈦鐵、鐵粉混合而成，并用H08A鋼帶可拉拔成直徑不同的高強(qiáng)度高韌性新型藥芯焊絲材料。本發(fā)明所說的高強(qiáng)度高韌性新型藥芯焊絲材料，用Ce在焊接冶金過程中與氧、硫反應(yīng)，易形成直徑為0.4μm~0.8μm的超細(xì)Ce氧硫化物質(zhì)點(diǎn)(CexOxSx)，如CeO·CeS、CeO·MnO·(Mn、Cu)S，彌散、均勻分布于焊縫金屬中。Ce氧硫化物質(zhì)點(diǎn)釘軋、拖曳高溫奧氏體晶界的遷移，阻礙奧氏體晶粒長大。同時(shí)Ce氧硫化物質(zhì)在奧氏體晶內(nèi)誘導(dǎo)鐵素體形核，細(xì)化焊縫金屬晶粒。高強(qiáng)度高韌性藥芯焊絲材料可以用于熱輸入量為60~150KJ/cm中厚板高強(qiáng)度低合金鋼的多絲埋弧自動(dòng)焊。
文檔編號B23K35/362GK102152028SQ20111010848
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者余國治, 熊麗萍 申請人:武漢晟舜焊接工程科技有限公司