CN102528310A - 抗氢致裂纹高韧性超低氢钢电焊条 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗氢致裂纹高韧性超低氢钢电焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，按重量百分比计，焊芯组份为：C：0.01～0.08％；Si：0.01～0.05％；Mn：0.30～0.55％；Cr：0.005～0.20％；Ni：0.005～0.20％；P：0.001～0.006％；S：0.001～0.005％；Fe：余量；药皮采用碱性渣系：碳酸钙：30～50％；碳酸钠：1～2％；氟化钙：15～30％；金红石：3～8％；钛白粉：1～5％；二氧化硅：2～10％；电解锰：5～10％；硅铁：2～5％；钼铁：0.1～1.5％。采用该焊条施焊，焊缝抗拉强度大于500MPa，-30℃冲击功大于170J，扩散氢含量在2～3ml/100g之间，裂纹敏感率小于0.11，可用于石油化工等重要设备的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，特别是涉及一种抗氢致裂纹高韧性超低氢钢电焊条，为适用于石油化工设备焊接的低合金高强度钢电焊条。
背景技术
自从有炼油工业以来，由于湿硫化氢导致的生产或输送设备的破坏就频繁发生。目前的炼钢技术已经可以使设备母体拥有较高的氢致裂纹抗性，但焊接接头处往往是敏感部分，而硫化氢所产生的氢原子极易聚集在焊接缺陷处，随着压力增加，裂纹往往会在焊道处产生，导致整个设备破坏而发生爆炸事故。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种抗氢致裂纹高韧性超低氢钢电焊条，其具有优良的氢致裂纹抗性，全位置焊接性能优异、电弧稳定、无偏弧现象、飞溅小、脱渣容易。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种抗氢致裂纹高韧性超低氢钢电焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，其特征在于：所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4-0.5，以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯由如下组分组成：
C：0.01～0.08％；
Si：0.01～0.05％；
Mn：0.30～0.55％；
Cr：0.005～0.20％；
Ni：0.005～0.20％；
P：0.001～0.006％；
S：0.001～0.005％；
Fe：余量；
以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮由如下组分组成：
碳酸钙：30～50％；
氟化钙：15～30％；
金红石：3～8％；
钛白粉：1～5％；
二氧化硅：2～10％；
电解锰：5～10％；
硅铁：2～5％；
钼铁：0.1～1.5％；
碳酸钠：1～2％。
按重量百分比计，本发明焊条形成的熔敷金属的化学成分如下：
C：0.05～0.09％；
Si：0.1～0.4％；
Mn：0.95～1.25％；
Mo：0.1～0.3％；
P：0.001～0.006％；
S：0.001～0.006％；
其余为Fe。
具体分析本发明中药皮各组分在焊条中各自发挥的性能如下：
焊条中碳酸钙的主要作用为造渣和造气，分解出来的CaO既可以稳弧，又有良好的脱硫能力。当碳酸钙含量较低时，药皮的造气和造渣能力下降，对焊缝的保护作用降低，造成焊缝力学性能下降；如果碳酸盐的含量过高，药皮造气量过大，电弧稳定性下降，飞溅增大，焊渣熔点升高，焊缝成型粗糙。本发明中碳酸钙总量控制在30～50％。
碳酸钾可以稳定电弧，降低飞溅，使熔滴细化，其含量在1～2％即可。
氟化钙可以降低熔渣的表面张力，提高焊渣流动性，使得焊缝成型美观，同时具有极强的除氢能力。氟化物含量低，使得焊缝成型不好，焊道脱渣困难，易出现氢气孔，氟化物含量过高，容易破坏电弧稳定性，使飞溅增加。本发明焊条中氟化物的含量为15～30％。
金红石的加入可以使焊接电弧稳定，熔池平静，使过渡熔滴细化，焊缝成形美观，熔渣覆盖好，但过量使用容易使机械性能严重下降，故其含量控制在2～10％。
二氧化硅作为造渣剂，可增加渣的活泼性，但过量使用会增加飞溅，其含量控制在2～10％。
钛白粉可以使药皮具有良好的塑性，改善焊条压涂工艺，但成本较高，故其含量控制在1～5％。
硅铁是一种脱氧剂，为保证脱氧效果，熔敷金属中Si含量应不小于0.1％。同时Si具有固溶强化作用，能提高熔敷金属的强度，但是会使冲击韧性下降，特别是当Si大于0.4％时，冲击韧性下降。
电解锰主要用于提高熔敷金属强度，同时也起到脱氧和脱硫的作用，但锰含量过高则焊道硬度上升，使得氢致裂纹的敏感性上升，故其含量控制在5～8％
钼能有效提高熔敷金属强度的元素，其特点是当Mo含量较低时，随着Mo含量的增加，冲击韧性下降幅度不大，当Mo含量增加到一定程度时，冲击韧性明显下降，因此钼粉的含量的合适范围应在0.1～1.5％。
本发明的有益效果是：综上所述，本发明的焊条具有优良的氢致裂纹抗性，全位置焊接性能优异、电弧稳定、无偏弧现象、飞溅小、脱渣容易；采用本发明的焊条施焊，焊缝抗拉强度大于500MPa，-30℃冲击功大于170J，扩散氢含量在2～3ml/100g之间，裂纹敏感率小于0.11，可用于石油化工等重要设备的焊接。
具体实施方式
实施例：本发明由焊芯和药皮相结合，焊芯采用特殊低碳低S、P碳钢芯线，其组份如下表(重量百分比)：
| C | Si | Mn | Cr |
| 0.01-0.08 | 0.01-0.05 | 0.30-0.55 | 0.005-0.20 |
| P | S | Ni | Fe |
| 0.001-0.006 | 0.001-0.005 | 0.005-0.20 | 余量 |
药皮占焊芯和药皮总重量百分比40％-50％。药皮成分如下(重量百分比)：
| 碳酸钙 | 氟化钙 | 碳酸钠 | 金红石 | 硅铁 |
| 30～50 | 15～30 | 1～2 | 3～8 | 2～5 |
| 钼铁 | 钛白粉 | 二氧化硅 | 电解锰 | |
| 0.1～1.5 | 1～5 | 2～10 | 5～10 |
为了更好地理解本发明，下面通过实施例1-5来进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例：
实施例1：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按表1-1的焊芯配方制作焊芯，按照表1-2的药皮配方进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表1-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Fe |
| 0.06 | 0.03 | 0.45 | 0.04 | 0.04 | 0.006 | 0.003 | 余量 |
表1-2药皮配方(单位：重量百分比)
其熔敷金属化学成分见表1-3，力学性能见表1-4，扩散氢实验结果见表1-5，腐蚀实验(HIC)结果见表1-6：
表1-3熔敷金属的化学成分(单位：重量百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Mo |
| 0.056 | 1.00 | 0.30 | 0.003 | 0.005 | 0.16 |
表1-4熔敷金属的力学性能
表1-5扩散氢含量
| 试件 | 测定方法 | 含量(ml/100g) |
| 实施例1 | 气相色谱法 | 2.36 |
表1-6HIC试验结果
注：(1)HIC试验依照NACE TM0284标准进行
(2)溶液为饱和硫化氢、0.5％醋酸、5.0％氯化钠混合溶液。
(3)CLR、CTR、CSR分别代表长度方向裂纹率，厚度方向裂纹率及裂纹敏感率。
实施例2：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按表2-1的焊芯配方制作焊芯，按照表2-2的药皮配方进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表2-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Fe |
| 0.03 | 0.03 | 0.35 | 0.04 | 0.03 | 0.005 | 0.004 | 余量 |
表2-2药皮配方(单位：重量百分比)
其熔敷金属化学成分见表2-3，力学性能见表2-4，扩散氢含量见表2-5，HIC腐蚀实验结果见表2-6：
表2-3熔敷金属的化学成分(重量百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Mo |
| 0.066 | 0.95 | 0.30 | 0.004 | 0.006 | 0.16 |
表2-4熔敷金属的力学性能
表2-5扩散氢含量
| 试件 | 测定方法 | 含量(ml/100g) |
| 实施例2 | 气相色谱法 | 2.56 |
表2-6HIC试验结果
实施例3：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按表3-1的焊芯配方制作焊芯，按照表3-2的药皮配方进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表3-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Fe |
| 0.01 | 0.05 | 0.30 | 0.012 | 0.20 | 0.005 | 0.001 | 余量 |
表3-2药皮配方(单位：重量百分比)
其熔敷金属化学成分见表3-3，力学性能见表3-4，扩散氢含量见表3-5，HIC腐蚀实验结果见表3-6：
表：3-3熔敷金属的化学成分(重量百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Mo |
| 0.05 | 1.15 | 0.40 | 0.004 | 0.002 | 0.18 |
表3-4熔敷金属的力学性能
表3-5扩散氢含量
| 试件 | 测定方法 | 含量(ml/100g) |
| 实施例1 | 气相色谱法 | 2.48 |
表3-6HIC试验结果
实施例4：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按表4-1的焊芯配方制作焊芯，按照表4-2的药皮配方进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表4-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Fe |
| 0.08 | 0.01 | 0.55 | 0.005 | 0.12 | 0.001 | 0.005 | 余量 |
表4-2药皮配方(单位：重量百分比)
其熔敷金属化学成分见表4-3，力学性能见表4-4，扩散氢含量见表4-5，HIC腐蚀实验结果见表4-6：
表4-3熔敷金属的化学成分(重量百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Mo |
| 0.09 | 1.25 | 0.4 | 0.001 | 0.005 | 0.3 |
表4-4熔敷金属的力学性能
表4-5扩散氢含量
| 试件 | 测定方法 | 含量(ml/100g) |
| 实施例4 | 气相色谱法 | 2.38 |
表4-6HIC试验结果
实施例5：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按表5-1的焊芯配方制作焊芯，按照表5-2的药皮配方进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表5-1焊芯配方(单位：重量百分比)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S | Fe |
| 0.06 | 0.01 | 0.45 | 0.2 | 0.005 | 0.006 | 0.001 | 余量 |
表5-2药皮配方(单位：重量百分比)
其熔敷金属化学成分见表5-3，力学性能见表5-4，扩散氢含量见表5-5，HIC腐蚀实验结果见表5-6：
表5-3熔敷金属的化学成分(重量百分比)
| C | Mn | Si | P | S | Mo |
| 0.08 | 0.10 | 0.1 | 0.006 | 0.001 | 0.1 |
表5-4熔敷金属的力学性能
表5-5扩散氢含量
| 试件 | 测定方法 | 含量(ml/100g) |
| 实施例5 | 气相色谱法 | 2.46 |
表5-6HIC试验结果
综上所述，本发明的焊条具有优良的氢致裂纹抗性，全位置焊接性能优异、电弧稳定、无偏弧现象、飞溅小、脱渣容易；采用本发明的焊条施焊，焊缝抗拉强度大于500MPa，-30℃冲击功大于170J，扩散氢含量在2～3ml/100g之间，裂纹敏感率小于0.11，可用于石油化工等重要设备的焊接。
Claims (1)
1.一种抗氢致裂纹高韧性超低氢钢电焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，其特征在于：所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4-0.5，以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯由如下组分组成：
C：0.01～0.08％；
Si：0.01～0.05％；
Mn：0.30～0.55％；
Cr：0.005～0.20％；
Ni：0.005～0.20％；
P：0.001～0.006％；
S：0.001～0.005％；
Fe：余量；
以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮由如下组分组成：
碳酸钙：30～50％；
氟化钙：15～30％；
金红石：3～8％；
钛白粉：1～5％；
二氧化硅：2～10％；
电解锰：5～10％；
硅铁：2～5％；
钼铁：0.1～1.5％；
碳酸钠：1～2％。
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