高強(qiáng)度超低氫藥芯焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，特別是涉及一種高強(qiáng)度、超低氫藥芯焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)鋼的廣泛采用導(dǎo)致了焊接過程中冷裂紋(或者延遲裂紋)敏感性增強(qiáng)，焊接缺陷幾率增加，給焊接施工帶來困難。研究表明:降低焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量和強(qiáng)度是降低焊接裂紋的兩個(gè)有效手段。因此，對于高強(qiáng)鋼焊接來說，需采用低氫焊接材料來降低焊接裂紋敏感性，從而避免焊接裂紋、提高焊接接頭質(zhì)量。
[0003]由于相對于實(shí)芯焊絲較高的熔敷效率，藥芯焊絲在造船和海洋工程等大型結(jié)構(gòu)行業(yè)得到了廣泛采用，以降低成本。此外，造船和海洋工程行業(yè)對低溫沖擊韌性提出苛刻要求，因此，其配套焊材也需具備優(yōu)良的低溫沖擊韌性，以確保結(jié)構(gòu)安全。
[0004]對于高強(qiáng)鋼的高效焊接來說，尤其是對于造船和海洋工程等對低溫沖擊要求較高的行業(yè)來說，亟需高強(qiáng)度、超低氫的藥芯焊絲及焊縫金屬。但截至目前，現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品尚不能完全滿足市場需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于高強(qiáng)鋼高效焊接的超低氫藥芯焊絲，使用該焊絲制得的埋弧焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度彡700MPa，-40°C沖擊功彡50J，擴(kuò)散氣含量< 3ml/100g。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
高強(qiáng)度超低氫藥芯焊絲由藥粉芯和包覆軟鋼卷制而成，所述鋼皮為碳素鋼，以重量百分比計(jì)，包括:C 0.02-0.10%, Si 0.05-0.35%, Mn 0.50-1.50%, P ( 0.015%, S ^ 0.010%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0007]所述藥粉包括:鎳粉5-15%，錳鐵粉5-10%，鑰鐵粉0.5-2.5%，鈦鐵粉0.5-3.0%，鐵釔粉5-10%,鐵硅粉0.5-2.5%,氟化鉀2-10%,長石3-8%,石英0.1-1.5%,螢石0.5-2.0%,碳酸鈉0.1-1.0%，氧化鉀0.1-1.0%，余下為鐵粉。
[0008]藥粉中添加的鎳粉、錳鐵粉和鑰鐵粉主要是用于合金化、提高焊縫金屬強(qiáng)度和韌性。氟化鉀、長石、石英和螢石主要用于產(chǎn)生氟離子，并與氫發(fā)生反應(yīng)，從而降低焊縫金屬中的擴(kuò)散氫。鈦鐵粉和鐵釔粉用于控制焊接過程中熔池內(nèi)的脫氧反應(yīng)和氧化產(chǎn)物，從而得到一定量的氧化物粒子，以促進(jìn)焊縫金屬中的針狀鐵素體形成，利于提高焊縫韌性。
[0009]藥芯焊絲鐵皮中各元素的含量說明如下:
C是不可或缺元素，對于高強(qiáng)焊縫，為降低焊接冷裂紋敏感性，其含量應(yīng)< 0.08。因此，優(yōu)選其含量為0.02-0.10。
[0010]Si是焊縫中的脫氧元素，當(dāng)其含量高時(shí)不利于低溫韌性。因此，優(yōu)選其含量為
0.50-0.35。
[0011]Mn能夠提高焊縫的強(qiáng)度及淬透性，有利于細(xì)化焊縫組織；同時(shí)該元素是奧氏體區(qū)擴(kuò)大元素，與Ni搭配使用，可顯著降低焊縫金屬在焊后冷卻過程中的奧氏體的相轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，從而為低碳馬氏體的形成創(chuàng)造條件。優(yōu)選其含量為0.50-1.50。
[0012]P，S作為雜質(zhì)元素應(yīng)控制在合理范圍，本發(fā)明中，控制其含量P彡0.015，S^0.0lO0
[0013]藥芯焊絲內(nèi)部芯粉配比及含量說明如下:
添加鐵硅粉的目的是用于焊接熔池中的冶金反應(yīng)。優(yōu)選含量0.5-2.5%。
[0014]添加錳鐵粉是為了進(jìn)一步提高焊縫金屬中的Mn含量，從而達(dá)到提高強(qiáng)度和韌性的目的。優(yōu)選比例是5_10%。
[0015]添加鑰鐵粉可有效提高焊縫金屬的強(qiáng)度和低溫韌性，機(jī)理是通過降低奧氏體相轉(zhuǎn)變溫度和細(xì)化轉(zhuǎn)變組織。一方面可確保焊縫形成馬氏體組織所需要的淬透性，另一方面也為氧化物促進(jìn)形核生成的針狀鐵素體創(chuàng)造空間，從而形成雙相結(jié)構(gòu)。優(yōu)選比例是0.5-2.5%。
[0016]添加鎳粉主要是用來提高焊縫金屬的韌性。與Mn和Mo搭配使用，可有效控制焊縫金屬的淬透性，從而給相轉(zhuǎn)變組織調(diào)控帶來方便，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)焊縫金屬的力學(xué)性能。一方面可以確保針狀鐵素體為基體組織的焊縫金屬的低溫韌性，另一方面與一定量的Mn配合，使得焊縫金屬獲得足夠的強(qiáng)度。優(yōu)選比例是5-15%。
[0017]添加鈦鐵粉，是利用Ti元素加入在焊縫中形成大量細(xì)小的T12質(zhì)點(diǎn)，一來促進(jìn)焊縫針狀鐵素體形核，二來起到一定止裂作用，大幅降低了焊縫韌脆轉(zhuǎn)變溫度，同時(shí)對提高焊縫強(qiáng)度有一定貢獻(xiàn)。優(yōu)選含量是0.5-3.0%。
[0018]添加鐵釔粉，是充分利用Y元素在焊縫中形成的稀土氧化物，一方面可促進(jìn)針狀鐵素體形成，另一方面也會凈化焊縫金屬，提高綜合性能。優(yōu)選其含量為5-10%。
[0019]添加氟化鉀、長石、石英和螢石等氟化物主要用于產(chǎn)生氟離子，并與焊接過程中的氫離子發(fā)生反應(yīng)，以降低焊縫金屬的殘余氫。優(yōu)選含量分別是:2-10%，3-8%，0.1-1.5%和0.5~2.0%。
[0020]添加氧化鉀和碳酸鈉主要是用于控制電弧穩(wěn)定性，優(yōu)選含量分別是0.1-1.0%和0.1-1.0%。
[0021]本發(fā)明藥芯焊絲的鐵皮經(jīng)過電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄和軋制等工序制成；然后按比例要求配制藥粉，并用鐵皮將藥粉包裹、卷制、拉拔成一定直徑的焊絲；然后進(jìn)行焊接試驗(yàn)、即可制得焊縫金屬。焊縫金屬中形成的大量細(xì)小、呈彌散狀態(tài)分布的氧化物顆粒，促進(jìn)了針狀鐵素體形核，以保證焊縫具有優(yōu)異的低溫韌性。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明焊絲的有益效果至少在于:
1.采用含有釔螢石藥粉的藥芯焊絲，有效降低了焊縫金屬中的擴(kuò)散氫含量，可將其從普通焊絲制得焊縫金屬的5-15ml/100g降低到3ml/100g以下；
2.焊縫金屬的鎳鑰釔合金設(shè)計(jì)，確保了高強(qiáng)度、高韌性和良好的耐腐蝕性能，其耐蝕性能與現(xiàn)有技術(shù)的3.5%Ni焊絲相當(dāng)；
3.本發(fā)明藥芯焊絲制得的焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度>700MPa，_40°C沖擊韌性> 50J,高于目前現(xiàn)有低氫焊絲技術(shù)的性能水平。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0024]實(shí)施例1:
采用厚度0.8mm的低碳鋼鐵皮，其化學(xué)成分含有:C 0.03%, Si 0.07%, Mn 0.65%,P0.012%, S0.005%,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；所述藥粉包括:鎳粉8%，錳鐵粉9%，鑰鐵粉1.5%，鈦鐵粉2.5%，鐵釔粉8%，鐵硅粉1.5%，氟化鉀6%，長石5%，石英0.6%，螢石1.5%，碳酸鈉0.4%,氧化鉀0.4%,余下為鐵粉。經(jīng)過填充、卷制、拉拔成直徑4.0mm的焊絲。
[0025]試驗(yàn)?zāi)覆臑?0mm厚的船板鋼EH56，其屈服強(qiáng)度585MPa，抗拉強(qiáng)度726MPa，延伸率21%, _40°C沖擊功為 228J。
[0026]采用埋弧焊接工藝，焊劑選用SJ101G，焊接坡口為雙邊V型，角度為45°，無預(yù)熱，層間溫度< 200°C，焊接熱輸入量為38kJ/cm，多道多層焊。焊后放置48小時(shí)，然后超聲探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷。
[0027]經(jīng)檢驗(yàn):采用氣相色譜法測定焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量為2.3ml/100g。
[0028]焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為746MPa，延伸率為21%，_40°C沖擊功為106J。
[0029]實(shí)施例2:
采用厚度0.8mm的低碳鋼鐵皮，其化學(xué)成分含有:C 0.04%, Si 0.08%, Mn 0.62%,P0.011%, S0.004%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；所述藥粉包括:鎳粉9%，錳鐵粉7%，鑰鐵粉1.3%，鈦鐵粉2.1%，鐵釔粉9%，鐵硅粉1.3%，氟化鉀7%，長石6%，石英0.8%，螢石1.1%，碳酸鈉0.6%，氧化鉀0.3%，余下為鐵粉。經(jīng)過填充、卷制、拉拔成直徑3.2mm的焊絲。
[0030]試驗(yàn)?zāi)覆臑?0mm厚的海工鋼EQ56，其屈服強(qiáng)度578MPa，抗拉強(qiáng)度718MPa，延伸率21%, -40°C沖擊功為 212J。
[0031]采用埋弧焊接工藝，焊劑選用SJ101G，焊接坡口為雙邊V型，角度為45°，無預(yù)熱，層間溫度< 200°C，焊接熱輸入量為45kJ/cm，多道多層焊。焊后放置48小時(shí)，然后超聲探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷。
[0032]經(jīng)檢驗(yàn):采用氣相色譜法測定焊縫金屬擴(kuò)散氫含量為2.5ml/100g。
[0033]焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為732MPa，延伸率為21%，_40°C沖擊功為116J。
[0034]實(shí)施例3:
采用厚度0.8mm的低碳鋼鐵皮，其化學(xué)成分含有:C 0.03%, Si 0.09%, Mn 0.68%,P0.008%, S0.003%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；所述藥粉包括:鎳粉12%，錳鐵粉6%，鑰鐵粉2.1%，鈦鐵粉1.2%，鐵釔粉6%，鐵硅粉2.2%，氟化鉀3%，長石7%，石英1.3%，螢石1.2%，碳酸鈉0.8%,氧化鉀0.2%,余下為鐵粉。經(jīng)過填充、卷制、拉拔成直徑4.0mm的焊絲。
[0035]試驗(yàn)?zāi)覆臑?0mm厚的海工機(jī)械用鋼Q550E，其屈服強(qiáng)度568MPa，抗拉強(qiáng)度736MPa，延伸率21%，_40°C沖擊功為242J。
[0036]采用埋弧焊接工藝，焊劑選用SJ101G，焊接坡口為雙邊V型，角度為40°，無預(yù)熱，層間溫度< 200°C，焊接熱輸入量為40kJ/cm，多道多層焊。焊后放置48小時(shí)，然后超聲探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷。
[0037]經(jīng)檢驗(yàn):采用氣相色譜法測定焊縫金屬擴(kuò)散氫含量2.2ml/100g。
[0038]焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為728MPa，延伸率為21%，_40°C沖擊功為124J。
通過以上實(shí)施例可知，采用本發(fā)明藥芯焊絲制得的焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量(3ml/100g，抗拉強(qiáng)度彡700MPa，-4(TC沖擊韌性彡50J，可廣泛應(yīng)用于船舶海工等領(lǐng)域，解決了高強(qiáng)度、高韌性和低焊接裂紋敏感性的傳統(tǒng)矛盾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)度超低氫藥芯焊絲，包括碳素鋼包皮及內(nèi)部藥芯粉，其特征在于:以重量百分比計(jì)，碳素鋼鐵芯成分包括:C 0.02-0.10%, Si 0.05-0.35%, Mn 0.50-1.50%,P彡0.015%, S ^ 0.010%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)；內(nèi)部藥芯粉包括:鎳粉5_15%，錳鐵粉5-10%,鑰鐵粉0.5-2.5%,鈦鐵粉0.5-3.0%,鐵釔粉5-10%,鐵硅粉0.5-2.5%,氟化鉀2-10%,長石3_8%，石英0.1-1.5%,螢石0.5-2.0%,碳酸納0.1-1.0%,氧化鐘0.1-1.0%,余下為鐵粉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度超低氫藥芯焊絲，其特征在于:所述氟化鉀中KF含量彡80%,鎳粉中Ni含量彡95%，錳鐵粉中Mn含量彡90%,鈦鐵粉中Ti含量30_60%，鐵釔粉中Y 含量 15-40%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度超低氫藥芯焊絲，其特征在于:所述壓藥粉中還可含有1-10%的金紅石粉。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度超低氫藥芯焊絲，其特征在于:采用該焊絲制得的埋弧焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量彡3ml/100g，抗拉強(qiáng)度彡700MPa, _40°C沖擊韌性彡50J。
【專利摘要】<b />本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度超低氫藥芯焊絲，焊絲由碳素鋼包皮及內(nèi)部藥芯粉組成，以重量百分比計(jì)，藥芯粉包括：鎳粉5-15%，錳鐵粉5-10%，鉬鐵粉0.5-2.5%，鈦鐵粉0.5-3.0%，鐵釔粉5-10%，鐵硅粉0.5-2.5%，氟化鉀2-10%，長石3-8%，石英0.1-1.5%，螢石0.5-2.0%，碳酸鈉0.1-1.0%，氧化鉀0.1-1.0%，余下為鐵粉。采用該焊絲制得的埋弧焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量≤3ml/100g，抗拉強(qiáng)度≥700MPa，-40℃沖擊韌性≥50J。
【IPC分類】B23K35/36, B23K35/30
【公開號】CN105562958
【申請?zhí)枴緾N201410541146
【發(fā)明人】潘登
【申請人】海寧瑞奧金屬科技有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年10月15日