CN101898286A

CN101898286A - 一种25Cr2Ni4MoV合金钢手工电弧焊接用低氢碱性焊条

Info

Publication number: CN101898286A
Application number: CN2010102433339A
Authority: CN
Inventors: 张敏; 李岩; 李继红
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Haian Service Center for Transformation of Scientific Achievements
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: CN101898286B

Abstract

本发明提供一种25Cr2Ni4MoV合金钢手工电弧焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮，焊芯按重量百分比由以下组分组成：0.030％～0.070％的C，0.10％～0.50％的Si，1.0％～2.0％的Mn，3.0％～5.0％的Ni，0.10％～0.50％的Mo，0.50％～2.0％的Cr，0.10％～0.30％的Ti，0.002％～0.009％B，0.10％～0.30％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量之和为100％。采本发明焊条，稳弧性能良好，熔池流动性好，飞溅颗粒细小，焊后脱渣较为容易，熔渣覆盖均匀，焊缝成型细致美观，研制的焊条熔敷金属扩散氢含量得到控制。

Description

一种25Cr2Ni4MoV合金钢手工电弧焊接用低氢碱性焊条

技术领域

本发明属于材料加工中焊接技术领域，具体涉及一种25Cr2Ni4MoV合金钢手工电弧焊接用低氢碱性焊条。

背景技术

近年来，大型风机在我国工业中的使用日益广泛使用，工况也越来越复杂，为提高风机的整体质量要求风机核心部位的叶片材料具有较高的强韧性和硬度等良好的综合力学性能。25Cr2Ni4MoV钢为我国目前较大型发电机转子用钢，具有高强度、高塑韧性及低的脆性转变温度等优点。在工业应用中，通过调质处理(淬火+高温回火)使其获得优良的强韧性匹配，主要用于高负荷、大截面的轴类以及承受冲击载荷的构件，如汽轮机、喷气涡轮机轴及喷气式客机的起落架和火箭发动机外壳等。铬的加入显著增加钢的淬透性；镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小对缺口的敏感性。镍降低钢冷脆化转变温度，这就是25Cr2Ni4MoV钢具有优良低温韧性的原因；钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性，对钢的强度产生有利的作用。钢中加入约0.4％的钼，不仅可以提高钢的淬透性，从而提高钢的强度和延展性，更由于钼可以消除或减轻因其他合金元素所导致的回火脆性而大大有利于钢的冲击韧性；钒在合金钢中主要是细化晶粒，增加钢的强度并抑制其时效作用。

离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。随着我国风机行业的长远发展，对制造风机的材料势必提出了更高的要求。25Cr2Ni4MoV合金钢作为制造风机叶片、轮毂材料的需求量更加庞大。

研制各项性能指标达到或接近J857CrNi低合金钢焊丝材料，改变25Cr2Ni4MoV合金钢焊接材料几乎没有专用焊丝材料的现状，实现25Cr2Ni4MoV合金钢专用焊接材料的工业化，不但可以为国家节约大量资金，而且对推动25Cr2Ni4MoV合金钢在我国风机行业中的广泛应用，具有重要的现实意义和显著的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种25Cr2Ni4MoV合金钢手工电弧焊接用低氢碱性焊条，解决了现有技术缺乏针对25Cr2Ni4MoV合金钢专用手工电弧焊接用焊条的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种25Cr2Ni4MoV合金钢手工电弧焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮，焊芯按重量百分比由以下组分组成：0.030％～0.070％的C，0.10％～0.50％的Si，1.0％～2.0％的Mn，3.0％～5.0％的Ni，0.10％～0.50％的Mo，0.50％～2.0％的Cr，0.10％～0.30％的Ti，0.002％～0.009％B，0.10％～0.30％的Re，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。

其中，控制焊芯中S的含量小于0.005，P的含量小于0.005。

其特点还在于，药皮按重量百分比由以下材料组成：40～47％大理石，16～24％萤石，3～6％石英，3～6％锆英砂，4～12％金红石，6～11％钛铁，4～8％低碳锰铁，2～5％硅铁，1～3％稀土硅铁，2.8～3.2％合成云母，0.5～1.5％纯碱，各组分的重量百分比之和为100％。

其特点进一步在于，药皮为E8515焊条药皮。

其中，E8515焊条药皮由以下材料组成38～46％大理石，20～24％萤石，6～10％石英，5～8％金红石，8～11％钛铁，6～9％锰铁，4～6％硅铁，各组分重量百分比之和为100％。

本发明的有益效果是：

1)本发明焊丝钢冶炼工艺稳定易于实现，钢坯的轧制及焊丝的拉拔、镀铜等性能较好；

2)本发明焊丝用于R_eL≥780MPa及以上强度级别25Cr2Ni4MoV合金钢焊接，焊缝强度高，冲击韧性和低温性能满足25Cr2Ni4MoV合金钢的要求，焊缝具有较好抗H₂S应力腐蚀等性能；

3)本发明焊丝焊缝金属组织焊态为回火索氏体与少量针状铁素体组织，因此具有高强度和较好的低温韧性。

4)采本发明焊条，稳弧性能良好，熔池流动性好，飞溅颗粒细小，焊后脱渣较为容易，熔渣覆盖均匀，焊缝成型细致美观，研制的焊条熔敷金属扩散氢含量得到了有效的控制。

附图说明

图1是本发明实施例1的熔敷金属金相图；

图2是本发明实施例6的熔敷金属金相图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明焊条的焊芯按重量百分比由以下组分组成：0.030％～0.070％的C，0.10％～0.50％的Si，1.0％～2.0％的Mn，3.0％～5.0％的Ni，0.10％～0.50％的Mo，0.50％～2.0％的Cr，0.10％～0.30％的Ti，0.002％～0.009％B，0.10％～0.30％的Re，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。

焊芯中各个组份的作用：

1.C是焊缝金属中最重要的合金元素，是使钢材获得高强度的最经济的化学元素。但由于C对钢的淬硬性的强烈影响，为了防止氢致裂纹和焊缝发生脆性断裂，针对合金钢焊缝中C含量通常保持0.10％以下的水平。焊缝金属的硬度、屈服强度、抗拉强度均随C含量的增加而提高，但焊缝的冲击韧性则随C含量的增加而减小，同时，随着C含量的升高，焊接性变差。本发明C含量控制在0.03％～0.070％之间，即能保证金属的硬度、屈服强度、抗拉强度达到要求，也能保证焊芯的焊接性符合要求。

2.Mn是保证强度的主要合金元素之一，该元素能有效地降低γ→α的转变温度。与J857CrNi低合金钢焊条(Mn含量为1.3％)相比，本发明焊丝中Mn的含量为1.0％～2.0％，由于Mn在焊接过程中极易烧损，较高的Mn含量可以保证其向焊缝中的过渡。

3.当Mn、Si同时存在时，两者可作为脱氧剂，随Si元素含量增加，可使连续冷却时的相变温度逐渐降低、组织细化，但过高的Si含量容易产生粗大的碳化物对焊缝韧性不利。本发明Si含量控制在0.10％～0.50％之间，即能保证组织细化，又不易产生粗大的碳化物。

4.Ni可改善抗冷裂性能和提高低温冲击韧性，这主要是由于Ni可提高铁素体基体的韧性和促进针状铁素体形成。研究表明，控制Ni含量在3.0％～5.0％之间较为合适。

5.添加Mo元素时，随着Mo元素含量的增加，先共析铁素体数量逐渐减少，针状铁素体比例开始增加，随后针状铁素体也开始减少；粗晶区和细晶区普遍晶粒细化，不完全相变区形成铁素体与碳化物束团，焊缝的硬度、屈服点和抗拉强度均得到提高。本发明含Mo量控制在0.10％～0.50％之间。

6.Cr是扩大γ相区的元素，降低γ→α相变临界温度，使奥氏体转变在Ac3线以下进行便于生成针状铁素体。本发明Cr含量控制在0.50％～2.0％之间。

7.焊缝金属中加入Ti元素，使熔敷金属强度有所提高，含钛的氧化性夹杂物(TiO)促进了在奥氏体晶粒内形核，有利于晶内针状铁素体的生成，而TiN有很高的高温稳定性，有效地抑制在高热输入下的奥氏体晶界迁移和晶粒相互吞并的长大过程，可保证焊缝金属具有优良的夏比冲击功和COD值。Ti元素的作用显著，因此Ti含量控制在0.10％～0.30％之间能对强韧性有显著贡献。

8.B可明显抑制铁素体在奥氏体晶界上的形核，使铁素体转变曲线明显右移。随着焊缝中B含量的增加，先共析铁素体量减少，侧板条铁素体消失，AF量增加，从而得到细小的焊缝显微组织。B和Ti之间存在强烈的交互作用，对焊缝组织和性能的共同影响主要是由于Ti通过形成TiN而保护残余的B不被氧化，因而有一定的自由B向奥氏体晶界偏析，在晶界上析出大量的B的碳化物Fe₂₃(BC)₆，它先于铁素体生成，由此可见焊缝金属中Ti、B元素含量都不能太高。本发明B含量控制在0.002％～0.009％之间。

9.Re稀土元素加入焊缝之后，会富集在硅酸盐夹杂物中，使夹杂物球化，并以弥散状态分布。本发明Re含量控制在0.10％～0.30％之间。

为了保证焊接接头有较高的韧性和抗H₂S应力腐蚀性能，控制材料中的杂质S低于0.005％，P低于0.005％。

实施例1

步骤1，制作合金钢焊芯

预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Re、Mn、B搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制C的含量为0.07％，Si的含量为0.25％，Mn的含量为1.6％，Ni的含量为3.55％，Mo的含量为0.32％，Cr的含量为0.98％，Ti的含量为0.30％，B的含量为0.006％，Re的含量为0.15％，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成

盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：

盘条—机械剥壳—酸洗去锈—烘干—干法拉丝—卷取—热处理—干法拉丝—卷取—化学镀铜—抛光—卷取—缠绕成直径为2.5mm的丝；

步骤2，制作药皮

预备42克大理石，20.7克萤石，3.7克石英，4克锆英砂，12克金红石，6克钛铁，4克低碳锰铁，2克硅铁，1.6克稀土硅铁，3.2克合成云母，0.8克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；

步骤3，制作焊条

焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入步骤2制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制备的合金焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成25Cr2Ni4MoV合金钢焊接用低氢碱性焊条；

用步骤3制作的焊条焊接25Cr2Ni4MoV合金钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为260(℃)；焊接电流为130A，焊接电压为30V；焊前须对焊条进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以850×40(℃·min)退火，焊后以850×1油淬(℃·h)+630×2回火(℃·h)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。焊接接头的力学性能见表1。

表1 焊接接头的力学性能

熔敷金属金相组织见图1：由图可知，组织主要为回火索氏体且呈均匀分布，体积含量大约为75％至85％之间；沿原奥氏晶界有针状铁素体析出，呈多边形，互相连接沿晶界分布；另外有少量碳化物弥散于回火索氏体之上。

实施例2

步骤1，制作合金钢焊芯：

预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Re、Mn、B搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制C的含量为0.055％，Si的含量为0.1％，Mn的含量为1.0％，Ni的含量为3.9％，Mo的含量为0.36％，Cr的含量为1.25％，Ti的含量为0.16％，B的含量为0.009％，Re的含量为0.1％，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成

盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：

盘条—机械剥壳—酸洗去锈—烘干—干法拉丝—卷取—热处理—干法拉丝—卷取—化学镀铜—抛光—卷取—缠绕成直径为3.2mm的丝；

步骤2，制作药皮

预备45克大理石，16克萤石，5.7克石英，3克锆英砂，6克金红石，7.4克钛铁，8克低碳锰铁，3克硅铁，1.6克稀土硅铁，2.8克合成云母，1.5克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；

步骤3，制作焊条

用步骤3制作的焊条焊接25Cr2Ni4MoV合金钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为260(℃)；焊接电流为140A，焊接电压为30V；焊前须对焊条进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以850×40(℃·min)退火，焊后以850×1油淬(℃·h)+630×2回火(℃·h)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。焊接接头的力学性能见表2。

表2 焊接接头的力学性能

实施例3

步骤1，制作合金钢焊芯：

预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr的矿石装在感应炉内镁砂坩埚四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Re、Mn、B搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制C的含量为0.042％，Si的含量为0.29％，Mn的含量为2.00％，Ni的含量为5.00％，Mo的含量为0.34％，Cr的含量为0.91％，Ti的含量为0.19％，B的含量为0.002％，Re的含量为0.30％，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成

盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：盘条—机械剥壳—酸洗去锈—烘干—干法拉丝—卷取—热处理—干法拉丝—卷取—化学镀铜—抛光—卷取—缠绕成直径为3.2mm的丝；

步骤2，制作药皮

预备47克大理石，21克萤石，3.0克石英，4克锆英砂，4克金红石，8克钛铁，4克低碳锰铁，2克硅铁，3克稀土硅铁，3.0克合成云母，1.0克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；

步骤3，制作焊条

用步骤3制作的焊条焊接25Cr2Ni4MoV合金钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为260(℃)；焊接电流为140A，焊接电压为30V；焊前须对焊条进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以850×40(℃·min)退火，焊后以850×1油淬(℃·h)+630×2回火(℃·h)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。焊接接头的力学性能见表3。

表3 焊接接头的力学性能

实施例4

步骤1，制作合金钢焊芯：

预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Re、Mn、B搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制C的含量为0.03％，Si的含量为0.50％，Mn的含量为1.58％，Ni的含量为3.00％，Mo的含量为0.50％，Cr的含量为0.50％，Ti的含量为0.20％，B的含量为0.009％，Re的含量为0.180％，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成

盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：

盘条—机械剥壳—酸洗去锈—烘干—干法拉丝—卷取—热处理—干法拉丝—卷取—化学镀铜—抛光—卷取—缠绕成直径为4mm的丝；

步骤2，制作药皮

预备40克大理石，24克萤石，4.3克石英，3克锆英砂，4克金红石，11克钛铁，4克低碳锰铁，5克硅铁，1克稀土硅铁，3.2克合成云母，0.5克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；

步骤3，制作焊条

用步骤3制作的焊条焊接25Cr2Ni4MoV合金钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为260(℃)；焊接电流为140A，焊接电压为30V；焊前须对焊条进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以850×40(℃·min)退火，焊后以850×1油淬(℃·h)+630×2回火(℃·h)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。焊接接头的力学性能见表4。

表4 焊接接头的力学性能

实施例5

步骤1，制作合金钢焊芯：

预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Re、Mn、B搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制C的含量为0.046％，Si的含量为0.37％，Mn的含量为2.00％，Ni的含量为4.24％，Mo的含量为0.10％，Cr的含量为2.0％，Ti的含量为0.10％，B的含量为0.005％，Re的含量为0.28％，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：

步骤2，制作药皮

预备40克大理石，20克萤石，6克石英，6克锆英砂，5克金红石，9克钛铁，6克低碳锰铁，2克硅铁，2克稀土硅铁，3克合成云母，1克纯碱，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；

步骤3，制作焊条

用步骤3制作的焊条焊接25Cr2Ni4MoV合金钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为260(℃)；焊接电流为140A，焊接电压为30V；焊前须对焊条进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以850×40(℃·min)退火，焊后以850×1油淬(℃·h)+630×2回火(℃·h)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。焊接接头的力学性能见表5。

表5 焊接接头的力学性能

上述五个实施例中，所采用药皮的成分为：40～47％大理石，16～24％萤石，3～6％石英，3～6％锆英砂，4～12％金红石，6～11％钛铁，4～8％低碳锰铁，2～5％硅铁，1～3％稀土硅铁，2.8～3.2％合成云母，0.5～1.5％纯碱，各组分的重量百分比之和为100％。

药皮中各个组份的作用：

大理石和萤石：在低氢型碱性渣系里，大理石、萤石的总量一般控制在55～75％，熔渣中含有大量的CaO和CaF₂，熔渣碱性度高。大理石既可造气，又可造渣。且分解析出气体时，能提高对熔滴的喷力，减少飞溅，分解出的CaO既能稳定电弧，又有良好的脱硫能力。萤石去除氢气孔的作用非常显著，随着药皮中萤石加入量的增加，焊缝含氢量就减少。

在大理石与萤石总量一定的情况下，大理石与萤石之比很重要：大理石与萤石之比大于1小于3时，电弧稳定，喷力大，飞溅少；大理石与萤石之比接近3或大于3时，焊缝有丝状粘渣出现，V形坡口焊接时脱渣不良，焊缝表面有气孔；大理石与萤石之比小于1时，电弧稳定性差；大理石与萤石之比接近0.5或小于0.5时，脱渣性较好，但焊渣太稀。因此，提高大理石而降低萤石含量(大理石与萤石之比大于1小于3时)，电弧稳定性增加，熔渣的碱度和氧化性增大，但是随着其比值的增加熔渣的熔点提高，粘度和表面张力增大，熔渣流动性变差，焊道变窄，堆高增加；反之，会使电弧稳定性变差，药皮熔点降低，焊条套筒变短，电弧吹力不够，飞溅增大，熔渣过稀，保护不良，且难于操作。从焊条的焊接工艺性能来看，本发明药皮中大理石/萤石＝1.6～2.6为宜，原因是大理石与萤石之比在这个范围内时焊条具有良好的力学性能，同时工艺性能亦较好。因此大理石的含量控制在40～47％，萤石的含量控制在16～24％。

石英：对碱性渣有一定的稀渣作用，含量控制在3～6％，如果配比含量小于3～6％，会造成熔渣流动性不良，成型变差；如果配比含量大于3～6％，渣呈黑色玻璃状，脱渣困难。

锆英砂：加入锆英砂的主要作用是改善脱渣性能。研究表明锆英砂在3～6％时能有效改善脱渣性能，因此锆英砂的含量控制在3～6％。

金红石：金红石它的主要成分是TiO₂，它是很好的造渣剂，也是极好的粘塑剂，能使熔渣变成短渣，有利于改善焊条的焊接工艺性能，这在交直两用的低氢焊条中更为普遍，但含量不宜大于12％，否则对脱渣性、抗裂性、立焊操作性以及机械性能都不利。因此控制金红石含量在4～12％之间。

铁合金：常用铁合金是锰铁、硅铁和钛铁，前二者主要是合金剂，兼有脱氧作用，后者则纯粹为脱氧剂，用以保护锰和硅少受氧化而过渡入熔池，三者的总量为12～24％：

1)焊缝必须渗入Mn和Si，以保证足够的机械性能；

2)大理石分解是吸热反应，熔池温度显著降低，铁合金数量较多时，它脱氧放出的热量才能足够补充。

低碳锰铁的用量一般小于8％，过量的锰铁会增加MnO的量，使熔渣碱度增大，导致熔渣流动性变差，焊缝成形不良，脱渣困难。控制低碳锰铁含量在4～8％之间。

硅铁通常采用低度硅铁，含Si量约45％，一般硅铁用量小于5％。过量的硅铁会加剧熔池中的冶金反应，使爆炸性飞溅增大，熔渣流动性增加，成形变差，且还会导致焊缝金属的硅含量增加。低度硅铁压涂性能好，烘干焊条过程中药皮一般不会起泡。因此控制硅铁含量在2～5％之间。

钛铁是主要的脱氧剂，脱氧后的产物TiO₂又一定的稀渣作用，钛铁对改善焊条的工艺性能有利，一般采用含Ti量为8～30％的钛铁，钛铁中的杂质Si、Al含量越少越好，否则焊接的飞溅很大。钛铁的用量通常6～11％已足够，如果硅铁较多，则钛铁用量还可以适当减少。

稀土硅铁：1)在焊条药皮中加入适量稀土添加剂，可显著提高焊缝金属的低温冲击韧性；2)稀土硅铁在焊接冶金过程中与硫、氧反应，可产生稀土硫化物，稀土氧化物和稀土硫氧化物，大部分上浮到熔渣中，有效地净化了焊缝，使硫含量下降46％左右；3)稀土硅铁能够显著改善焊缝金属组织，细化晶粒，增加针状铁素体数量，减少M-A组元数量；4)稀土硅铁可明显改善焊缝金属中夹杂物的形态大小及分布，使夹杂物数量减少，尺寸减小。本发明稀土硅铁的含量控制在1～3％之间。

合成云母：云母的主要作用是改善涂料的压涂性能和造渣，并有助于提高稳弧性，但是有由于含结晶水，会使焊缝金属增氢。合成云母有以下特性：1)耐腐蚀性：合成云母与普通酸碱溶液不起反应，与水亦不发生反应，因而不起层、不挂垢、不破裂，在高温高压水的长期(2～3年)冲刷下，仍能基本保持原来的清晰和透明度；2)热性能：由于合成云母不含(OH)-，所以它的耐高温热稳定性比天然云母高许多，合成云母1200℃以上才缓慢分解，1100℃以上失重显著；3)真空放气性能：合成云母的真空放气量低，用质谱仪测定，放出的微量气体只是O₂、N₂和Ar等吸附气体。由于不放出H₂O蒸汽，很适合用作电真空绝缘材料，将大大提高真空器件的使用寿命；4)合成云母的含水量较小，有利于减少氢气孔，从而有利于保证焊缝的强度。正是合成云母的性能比天然云母优越，因此选择合成云母较为合适，含量控制在2.8～3.2％之间。

纯碱：纯碱能够改善焊条在油压机上的压涂性能，同时它也具有稳弧作用。因此含量控制在0.5～1.5％之间。

实施例6

步骤1，制作合金钢焊芯：

预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Re、Mn、B搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制C的含量为0.037％，Si的含量为0.29％，Mn的含量为1.20％，Ni的含量为3.85％，Mo的含量为0.17％，Cr的含量为0.83％，Ti的含量为0.14％，B的含量为0.004％，Re的含量为0.22％，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成

盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：

步骤2，制作药皮

预备46克大理石，20克萤石，6克石英，5克金红石，9克钛铁，9克锰铁，5克硅铁，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；钠水玻璃为粘结剂；

步骤3，制作焊条

焊条的生产在焊条压涂机中进行，在压涂机中加入按照E8515焊条药皮配方制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制备的合金焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以350×2.5(℃·h)进行烘干，就制成25Cr2Ni4MoV合金钢焊接用低氢碱性焊条；

用步骤3制作的焊条焊接25Cr2Ni4MoV合金钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为260(℃)；焊接电流为130A，焊接电压为30V；焊前须对焊条进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以850×40(℃·min)退火，焊后以850×1油淬(℃·h)+630×2回火(℃·h)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。焊接接头的力学性能见表6。

表6 焊接接头的力学性能

J857CrNi焊条

896

727

17.0

55.0

22.0

16.0

熔敷金属金相组织见图2：由图可知，组织主要为回火索氏体且呈均匀分布，体积含量大约为68％至80％之间；沿原奥氏晶界有针状铁素体析出，呈多边形，互相连接沿晶界分布；另外有少量碳化物弥散于回火索氏体之上。

实施例7

步骤1，制作合金钢焊芯：

预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Re、Mn、B搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制C的含量为0.06％，Si的含量为0.44％，Mn的含量为1.69％，Ni的含量为4.50％，Mo的含量为0.24％，Cr的含量为1.46％，Ti的含量为0.25％，B的含量为0.007％，Re的含量为0.26％，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：

步骤2，制作药皮

预备38克大理石，23克萤石，10克石英，8克金红石，11克钛铁，6克锰铁，4克硅铁，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团，钠水玻璃为粘结剂；

步骤3，制作焊条

用步骤3制作的焊条焊接25Cr2Ni4MoV合金钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为260(℃)；焊接电流为130A，焊接电压为30V；焊前须对焊条进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以850×40(℃·min)退火，焊后以850×1油淬(℃·h)+630×2回火(℃·h)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。焊接接头的力学性能见表7。

表7 焊接接头的力学性能

实施例8

步骤1，制作合金钢焊芯：

预备重量比为1∶1专业纯铁和工业纯铁，将含C、Si、Mo、Cr的矿石装在感应炉内镁砂坩埚的四周及上部，Ni粉装在坩埚中部，Re、Mn、B放入料盘。坩埚中的碳作为脱氧剂。将纯铁和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，当纯铁全部溶化，合金钢液温度达到1540℃，钢液平静时，停电冷却排气15min；再送电进行精炼，精炼20min后，待合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，温度继续下降至出钢温度(出钢温度为1540℃)时再出钢。出钢前5min充氩气使炉内达到250～350mmHg，再向钢液中加入Re、Mn、B搅拌2min后出钢，出钢温度1540℃。浇注时要求钢液表面平静，浇注均匀，冷却至室温得到钢锭。在冶炼过程中，控制C的含量为0.048％，Si的含量为0.32％，Mn的含量为1.93％，Ni的含量为4.88％，Mo的含量为0.46％，Cr的含量为1.80％，Ti的含量为0.28％，B的含量为0.009％，Re的含量为0.28％，S＜0.005，P＜0.005，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。采用双臂式自由蒸汽锤(750kg)将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷至室温后，采用砂轮修磨去除表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并用带锯切去冒头。然后采用200型五架横列三辊式轧机将方坯轧制成

盘条，之后进行拉拔。焊丝的拉拔步骤为：盘条—机械剥壳—酸洗去锈—烘干—干法拉丝—卷取—热处理—干法拉丝—卷取—化学镀铜—抛光—卷取—缠绕成直径为4.0mm的丝；

步骤2，制作药皮

预备41克大理石，24克萤石，7克石英，7克金红石，8克钛铁，7克锰铁，6克硅铁，将上述药粉材料和35克钠水玻璃一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团，钠水玻璃为粘结剂；

步骤3，制作焊条

用步骤3制作的焊条焊接25Cr2Ni4MoV合金钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：200×1(℃·h)；焊接过程中的层间温度为260(℃)；焊接电流为130A，焊接电压为30V；焊前须对焊条进行预热：250×1(℃·h)；焊前试样以850℃×40(℃·min)退火，焊后以850×1油淬(℃·h)+630×2回火(℃·h)；升温速度(℃/h)和降温速度(℃/h)分别为130与160。焊接接头的力学性能见表8。

表8 焊接接头的力学性能

本发明焊丝与低氢碱性药皮匹配，例如E8515、E8015焊条药皮，优先选用E8515焊条药皮。

Claims

1.一种25Cr2Ni4MoV合金钢手工电弧焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于：所述焊芯按重量百分比由以下组分组成：0.030％～0.070％的C，0.10％～0.50％的Si，1.0％～2.0％的Mn，3.0％～5.0％的Ni，0.10％～0.50％的Mo，0.50％～2.0％的Cr，0.10％～0.30％的Ti，0.002％～0.009％B，0.10％～0.30％的Re，余量为Fe，各组分的重量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的低氢碱性焊条，其特征在于：控制焊芯中S的含量小于0.005，P的含量小于0.005。

3.根据权利要求1所述的低氢碱性焊条，其特征在于，所述药皮按重量百分比由以下材料组成：40～47％大理石，16～24％萤石，3～6％石英，3～6％锆英砂，4～12％金红石，6～11％钛铁，4～8％低碳锰铁，2～5％硅铁，1～3％稀土硅铁，2.8～3.2％合成云母，0.5～1.5％纯碱，各组分的重量百分比之和为100％。

4.根据权利要求1所述的低氢碱性焊条，其特征在于：所述药皮为E8515焊条药皮。

5.根据权利要求4所述的低氢碱性焊条，其特征在于：所述E8515焊条药皮由以下材料组成38～46％大理石，20～24％萤石，6～10％石英，5～8％金红石，8～11％钛铁，6～9％锰铁，4～6％硅铁，各组分重量百分比之和为100％。