CN102554497A

CN102554497A - 一种细晶粒高强度钢筋co2电弧焊用药芯焊丝

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Publication number: CN102554497A
Application number: CN2010105974098A
Authority: CN
Inventors: 谢晋平; 张莉; 段斌; 周新建; 马德志; 李业绩; 傅彦青; 刘菲
Original assignee: MCC WELDING TECHNOLOGY Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: Beijing Yuanda International Engineering Management Consulting Co.,Ltd.; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: CN102554497B

Abstract

一种细晶粒高强度钢筋CO₂电弧焊用药芯焊丝，由钢带和填充于其内的药芯组成，药芯中含有相对于焊丝总重3.5～6.0％的金红石；0.05～0.25%的CaO；0.05～0.35％的氟化物；0.2～2.5％的Si和/或Si的氧化物；0.1～1.5％的Mg和/或Mg的氧化物；1.2～4.5％的Mn和/或Mn的氧化物；0.2～1.5％的Al和/或Al的氧化物；0.1～0.5％的Zr的氧化物；0.01～0.5％的K的氧化物和/或Na的氧化物；0.01～0.2％的V或钒铁；0.05～0.8％的Ti或钛铁；0.001～0.1％的B或硼铁；0.05～0.2％的Mo或钼铁；0.1～0.6％的Ni；其余为铁粉。

Description

一种细晶粒高强度钢筋CO2电弧焊用药芯焊丝

技术领域

本发明属于材料加工工程的焊接领域，特别地，涉及一种用于细晶粒高强度钢筋CO₂电弧焊用药芯焊丝及其生产方法。

背景技术

CO₂气体保护药芯焊丝目前已取得了长足的发展，但是面对不断出现的新钢种，特别是以细晶粒钢为特性的21世纪钢铁材料的不断研究发展，对焊接提出了新的要求，迫切需要相应的药芯焊丝匹配焊接。所述细晶粒钢的全称为本质细晶粒钢；本质晶粒度是指钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向；在930±10℃保温3～8h后测定奥氏体晶粒，晶粒度为1～4级称为本质粗晶粒钢，晶粒度为5～8级则为本质细晶粒钢。

高强度钢筋不同于常规钢筋的焊接特点是：

（1）强度和冲击韧性大幅度提高；

（2）大规格钢筋的焊接热输入大，超细晶粒钢筋在焊接加热时接头区发生完全相变，导致组织结构明显粗化，失去原有的细晶组织结构，造成接头强度和塑韧性的下降；

（3）适应降低温度下（-5℃）的不预热焊接；

目前还没有配套细晶粒高强度钢筋的药芯焊丝，因而高强度钢筋的焊接成为一个亟待解决问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种细晶粒高强度钢筋CO₂电弧焊用药芯焊丝，用以解决细晶粒高强度钢筋焊接难题：强度高、韧性高、适应低温环境焊接等特点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于低温条件下细晶粒高强度钢筋CO₂电弧焊的药芯焊丝，由包覆药芯的钢带和填充于其内的药芯组成，其中填充药芯包含有造渣剂、稳弧剂、合金剂等，其特征在于，相对于焊丝的总重量，所述填充药芯中包含有以下组分：

3.5～6.0％的金红石；

0.05～0.25%的CaO；

0.05～0.35％的氟化物，该数值为将氟化物换算成等摩尔F的重量计算所得；

0.2～2.5％的Si和/或Si的氧化物，该数值为换算成等摩尔SiO₂的重量计算所得；

0.1～1.5％的Mg和/或Mg的氧化物，该数值为换算成等摩尔MgO的重量计算所得；

1.2～4.5％的Mn和/或Mn的氧化物，该数值为换算成等摩尔MnO的重量计算所得；

0.2～1.5％的Al和/或Al的氧化物，该数值为换算成等摩尔Al₂O₃的重量计算所得；

0.1～0.5％的Zr的氧化物，该数值为换算成等摩尔ZrO₂的重量计算所得；

0.01～0.5％的K的氧化物和/或Na的氧化物，该数值为分别换算成等摩尔K₂O和/或Na₂O后的重量计算所得，当同时含有K的氧化物和Na的氧化物时，为二者之和；

0.01～0.2％的V或钒铁，该数值为换算成等摩尔V的重量计算所得；

0.05～0.8％的Ti或钛铁，该数值为换算成等摩尔Ti的重量计算所得；

0.001～0.1％的B或硼铁，该数值为换算成等摩尔B的重量计算所得；

0.05～0.2％的Mo或钼铁，该数值为换算成等摩尔Mo的重量计算所得；

0.1～0.6％的Ni；

其余为铁粉；

所述药芯各组分满足碱度在0.5～3.5的数值范围内，

所述碱度（缩写为B）的定义为：B=

[m(CaF₂)+m(MgO)+m(MnO)+m(K₂O)]/[m(TiO₂)+m(SiO₂)+m(Al₂O₃)+m(ZrO₂)]

如上所述的药芯焊丝，其中，所述药芯焊丝的填充率为12.8～14.7%，所述填充率即药芯重量与药芯焊丝总重量的比值。

如上所述的药芯焊丝，其在拉拔减径步骤中采用由钾基润滑剂、钠基润滑剂和特氟隆组成的混合润滑剂。

如上所述的药芯焊丝，所述混合润滑剂为75wt%钾基润滑剂+15wt%特氟隆+10wt%钠基润滑剂。

如上所述的药芯焊丝，在配料前，对部分填充粉剂进行不同温度的烘焙：

金红石的烘焙温度为650～850℃，时间为0.5～2.5h；

Si、Mn、Mg和Al的氧化物的烘焙温度为500～550℃，时间为0.5～2.5h。

如上所述的药芯焊丝，在成品焊丝层绕前，将焊丝在温度180～350℃下烘焙0.5～2.0h。

如上所述的药芯焊丝，其中，相对于焊丝的总重量，所述焊丝的氮含量在0.008wt%以下。

如上所述的药芯焊丝，其中，相对于焊丝的总重量，所述焊丝的氢含量在0.008wt%以下。

如上所述的药芯焊丝，其中，所述钢带采用低C、低Si、低Mn、低S、低P、低N的优质深冲带钢SPCC或SPCD，且钢带中N含量控制在0.0045wt%以下、C含量在0.012～0.040wt%，同时保证适当的机械性能，使药芯焊丝在加工过程中减径、拉拔顺利。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种细晶粒高强度钢筋CO₂电弧焊用药芯焊丝，其中采用了TiO₂-CaO-CaF₂（含少量BaF₂、LiF）-SiO₂-MgO-Al₂O₃-ZrO₂-K₂O-Na₂O多元复合渣系、Mn-Si-Ni-Mo-Ti-B多元合金化微合金化体系、以及改变润滑剂及表面处理等焊丝生产工艺。本发明的药芯焊丝针对的是普碳钢细晶粒400MPa级、500MPa级钢筋的CO₂焊接，能满足不低于-5℃环境条件下100%CO₂焊接；其熔敷金属强度和韧性高、扩散氢含量低、具有优异的抗裂性和低温韧性，且全位置焊接工艺性能优良，焊接效率高，达到了与细晶粒高强度钢筋焊接的良好匹配。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一、药芯焊丝的组成

药芯焊丝用钢带采用SPCC钢带，钢带厚度为0.9mm，其中化学成分如下表1所示，力学性能如下表2所示。

表1 药芯焊丝钢带的化学成分（wt%）

C	Si	Mn	P	S	Al	N
							0.035	0.022	0.33	0.012	0.008	0.023	0.0028

表2 药芯焊丝钢带的力学性能要求

抗拉强度MPa	伸长率%	硬度HRB
			345	46	47

药芯焊丝的药芯组成按元素换算如表3所示，其配比数为占药芯焊丝总重量的百分比，其中各药芯组分的总含氮量为0.0065wt%、总含氢量为0.006wt%。

表3 药芯焊丝成分换算组成

换算成分组成	占焊丝重量比例（%）
		Si	0.5
Mn	2.3
		金红石	5.6
CaO	0.12
		氟化物	0.17
Al₂O₃	0.75
		Mg	0.25
ZrO₂	0.25
		K₂O（含Na₂O）	0.35
V	0.06
		Ti	0.15
B	0.008
		Mo	0.07
Ni	0.38
		钢带	85.6
铁粉	余量
		总计	100

二、药芯焊丝的制备

（1）在药芯配比前部分药芯组分按照如下参数进行烘焙：

金红石：650～850℃×2.0h；

Si、Mn、Mg、Al的氧化物（采用大理石、氟化物、Al₂O₃、锆英砂和水玻璃粉作为原料）：500℃～550℃×2.0h。

（2）按表3中的配方配比好药芯后，向成型的SPCC钢带内填入药芯，再经合缝、拉拔减径而形成药芯焊丝产品。

（3）在药芯焊丝拉拔减径时，精拉后采用混合润滑剂：75wt%钾基润滑剂+15wt%特氟隆+10wt%钠基润滑剂。

（4）制成的成品焊丝在层绕前进行温度在180～350℃、时间为0.5～2.0h的烘焙。

三、药芯焊丝的性能测试

对按照以上配方及工艺生产的成品药芯焊丝进行熔敷金属性能试验，采用的焊接工艺参数为：电流270～280A、电压29～30V、焊丝干伸长度22mm、100CO₂气体流量20L/min、焊接速度9.5cm/min、层间温度140～160℃、每层焊接厚度3.5～3.8cm。试验结果如下：

熔敷金属力学性能为：抗拉强度625MPa、屈服强度545MPa、延伸率25%，-30℃及-40℃低温冲击韧性平均值分别为121J、106J。

水银法测定熔敷金属扩散氢含量为4.2mL/100g。

-10℃斜Y型坡口抗裂性试验裂纹率为0%。

以上性能均满足了高强度钢筋的焊接要求，达到H5级别的熔敷金属扩散氢水平，可以满足高强度钢筋的抗裂性要求，可以满足-5℃条件下焊接。

Claims

1.一种细晶粒高强度钢筋CO₂电弧焊用药芯焊丝，由包覆药芯的钢带和填充于其内的药芯组成，其特征在于，相对于焊丝的总重量，所述填充药芯中包含有以下重量百分比的组分：

3.5～6.0％的金红石；

0.05～0.25%的CaO；

0.05～0.35％的氟化物，所述百分数为换算成等摩尔的F的数值；

0.2～2.5％的Si和/或Si的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的SiO₂的数值；

0.1～1.5％的Mg和/或Mg的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的MgO的数值；

1.2～4.5％的Mn和/或Mn的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的MnO的数值；

0.2～1.5％的Al和/或Al的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的Al₂O₃的数值；

0.1～0.5％的Zr的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的ZrO₂的数值；

0.01～0.5％的K的氧化物和/或Na的氧化物，所述百分数为分别换算成等摩尔的K₂O或Na₂O的数值，或K₂O和Na₂O的数值之和；

0.01～0.2％的V或钒铁，所述百分数为换算成等摩尔的V的数值；

0.05～0.8％的Ti或钛铁，所述百分数为换算成等摩尔的Ti的数值；

0.01～0.1％的B或硼铁，所述百分数为换算成等摩尔的B的数值；

0.05～0.2％的Mo或钼铁，所述百分数为换算成等摩尔的Mo的数值；

0.1～0.6％的Ni；

其余为铁粉；

所述药芯各组分满足碱度在0.5～3.5的数值范围内，所述碱度为药芯中CaF₂、MgO、MnO和K₂O质量之和与TiO₂、SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂质量之和的比值。

2.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯重量占焊丝总重量的12.8～14.7%。

3.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在制备过程中，在拉拔减径步骤中采用由钾基润滑剂、钠基润滑剂和特氟隆组成的混合润滑剂。

4.如权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于，所述混合润滑剂为75wt%钾基润滑剂+15wt%特氟隆+10wt%钠基润滑剂。

5.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在制备过程中，在配料前对下述组分按照如下操作进行烘焙：

将金红石在温度650～850℃下烘焙0.5～2.5h；

将Si、Mn、Mg和Al的氧化物在温度500～550℃下烘焙0.5～2.5h。

6.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在制备过程中，在成品焊丝的层绕步骤前将焊丝在温度180～350℃下烘焙0.5～2.0h。

7.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝的总重量，所述焊丝的氮含量在0.008wt%以下。

8.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝的总重量，所述焊丝的氢含量在0.008wt%以下。

9.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钢带为深冲带钢SPCC或SPCD。

10.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钢带中N含量在0.0045wt%以下、C含量在0.012～0.040wt%。