CN102554500A - 高强度高韧性低合金钢电焊条 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种高强度高韧性低合金钢电焊条，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：0.10～0.25％；Mn：0.30～0.55％；Cr：0.005～0.20％；Ni：0.005～0.30％；P：0.007～0.012％；S：0.007～0.012％和Fe：余量，药皮采用碱性渣系：碳酸钙：20～30％；碳酸镁：1～5％；碳酸钡：5～10％；氟化钙：10～20％；冰晶石：1～8％；氟化钡：1～5％；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％；镍粉：4～8％；铬粉：1～3％和钼粉：1～3％。采用该焊条施焊，焊缝强度大于800MPa，-50℃冲击功大于60J，扩散氢含量在2～3ml/100g之间，主要适用于80公斤级的低合金钢结构的焊接。

Description

高强度高韧性低合金钢电焊条

技术领域

本发明涉及属于焊接材料领域，特别涉及一种用于80公斤级的高强度钢用的手工电焊条。

背景技术

随着机械工业和制造业的进一步发展，为了提高钢结构产品的性能，大量采用高强度钢，使得与之配套的焊接材料的需求量大大增加。通常来说，随着焊接材料强度的提高，熔敷金属的冲击韧性会降低，如何兼顾两者，一直是追求的目标。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种高强度高韧性低合金钢电焊条，适合交直流两用，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：

一种高强度高韧性低合金钢电焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，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：0.10～0.25％；

Mn：0.30～0.55％；

Cr：0.005～0.20％；

Ni：0.005～0.30％；

P：0.007～0.012％；

S：0.005～0.012％；

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：20～30％；

碳酸镁：1～5％；

碳酸钡：5～10％；

氟化钙：10～20％；

冰晶石：1～8％；

氟化钡：1～5％；

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％；

镍粉：4～8％；

铬粉：1～3％；

钼粉：1～3％。

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：0.045～0.075％；

Si：0.1～0.4％；

Mn：1.3～1.8％；

Ni：2.0～2.5％；

Cr：0.01～0.40％；

Mo：0.3～0.5％；

P：0.005～0.010％；

S：0.005～0.01％；

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：

焊条中碳酸盐(包括碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡)的主要作用为造渣和造气。当碳酸盐含量较低时，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。本发明中碳酸盐的总量控制在30～45％。

氟化物(包括氟化钙、冰晶石、氟化钡)可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，使得焊缝成型美观，降低焊缝形成气孔的缺陷。氟化物含量低，使得焊缝成型不好，焊缝中易出气孔，氟化物含量过高，容易破坏电弧稳定性，使焊条工艺性变差。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％。

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，熔敷金属中Mn含量应不小于1.30％，随着Mn含量的增加，熔敷金属强度上升，而冲击韧性呈先上升后下降的规律，当Mn大于1.80％时，冲击韧性下降。

镍粉是提高熔敷金属韧性的主要元素，随着熔敷金属中Ni含量的增加，熔敷金属韧性逐渐上升，当Ni＞2.0％时，冲击韧性明显提高，但当Ni含量超过2.5％时，Ni不再具有改善韧性的作用，冲击韧性反而明显下降。

铬粉能够有效地提高熔敷金属的强度，但同时降低冲击韧性，因此熔敷金属中Cr含量应控制在0.01～0.40％。

钼粉也是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Mo含量的合适范围应在0.30～0.50％之间。

采用该焊条施焊，焊缝强度大于800MPa，-50℃冲击功大于60J，扩散氢含量在2～3ml/100g之间，主要适用于80公斤级的低合金钢结构的焊接。

本发明的有益效果是：综上所述，本发明适合交直流两用，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。

具体实施方式

实施例：本发明由焊芯和药皮相结合，焊芯采用特殊碳钢芯线，其组份如下表(重量百分比)：

C	Si	Mn	Cr
				0.01-0.08	0.10-0.25	0.30-0.55	0.005-0.20
P	S	Ni	Fe
				0.007-0.012	0.007-0.012	0.005-0.30	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

碳酸镁

碳酸钡

氟化钙

冰晶石

氟化钡

铬粉

20～30

1～5

5～10

10～20

1～8

1～5

1～3

金红石

钛白粉

二氧化硅

电解锰

硅铁

镍粉

钼粉

3～8

1～5

2～10

5～10

2～5

4～8

1～3

为了更好地理解本发明，下面通过实施例1-6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
								0.03	0.2	0.35	0.10	0.10	0.010	0.010	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，扩散氢含量见表1-5，其中扩散氢的测定采用气相色谱法，测试两片取平均值：

表1-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo
								0.068	1.56	0.34	0.007	0.006	2.49	0.19	0.41

表1-4熔敷金属的力学性能

表1-5熔敷金属扩散氢含量

试件	焊条焊前烘干条件	扩散氢含量(ml/100g)
			实施例1	400℃×1h	2.58

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
								0.035	0.25	0.30	0.10	0.10	0.008	0.010	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，其中扩散氢的测定采用气相色谱法，测试两片取平均值：

表2-3熔敷金属的化学成分(重量百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo
								0.069	1.68	0.33	0.007	0.006	2.38	0.15	0.35

表2-4熔敷金属的力学性能

表2-5熔敷金属扩散氢含量

试件	焊条焊前烘干条件	扩散氢含量(ml/100g)
			实施例2	400℃×1h	2.48

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
								0.04	0.20	0.35	0.10	0.20	0.008	0.005	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，其中扩散氢的测定采用气相色谱法，测试两片取平均值：

表3-3熔敷金属的化学成分(重量百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo
								0.069	1.43	0.22	0.006	0.006	2.30	0.13	0.34

表3-4熔敷金属的力学性能

表3-5熔敷金属扩散氢含量

试件	焊条焊前烘干条件	扩散氢含量(ml/100g)
			实施例3	400℃×1h	2.18

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)

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，其中扩散氢的测定采用气相色谱法，测试两片取平均值：

表4-3熔敷金属的化学成分(重量百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo
								0.067	1.72	0.31	0.008	0.006	2.38	0.15	0.35

表4-4熔敷金属的力学性能

表4-5熔敷金属扩散氢含量

试件	焊条焊前烘干条件	扩散氢含量(ml/100g)
			实施例4	400℃×1h	2.36

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
								0.08	0.10	0.55	0.20	0.30	0.007	0.007	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，其中扩散氢的测定采用气相色谱法，测试两片取平均值：

表5-3熔敷金属的化学成分(重量百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo
								0.075	1.6	0.3	0.006	0.006	2.1	0.10	0.32

表5-4熔敷金属的力学性能

表5-5熔敷金属扩散氢含量

试件	焊条焊前烘干条件	扩散氢含量(ml/100g)
			实施例5	400℃×1h	2.53

实施例6：

采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按表6-1的焊芯配方制作焊芯，按照表6-2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6-1焊芯配方(单位：重量百分比)

C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S	Fe
								0.05	0.18	0.38	0.10	0.25	0.007	0.007	余量

表6-2药皮配方(单位：重量百分比)

其熔敷金属化学成分见表6-3，力学性能见表6-4，扩散氢含量见表6-5，其中扩散氢的测定采用气相色谱法，测试两片取平均值：

表6-3熔敷金属的化学成分(重量百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo
								0.07	1.42	0.21	0.007	0.007	2.28	0.12	0.34

表6-4熔敷金属的力学性能

表6-5熔敷金属扩散氢含量

试件	焊条焊前烘干条件	扩散氢含量(ml/100g)
			实施例3	400℃×1h	2.32

综上，采用该焊条施焊，焊缝强度大于800MPa，-50℃冲击功大于60J，扩散氢含量在2～3ml/100g之间，主要适用于80公斤级的低合金钢结构的焊接。

Claims (1)

1.一种高强度高韧性低合金钢电焊条，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：0.10～0.25％；

Mn：0.30～0.55％；

Cr：0.005～0.20％；

Ni：0.005～0.30％；

P：0.007～0.012％；

S：0.005～0.012％；

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：20～30％；

碳酸镁：1～5％；

碳酸钡：5～10％；

氟化钙：10～20％；

冰晶石：1～8％；

氟化钡：1～5％；

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％；

镍粉：4～8％；

铬粉：1～3％；

钼粉：1～3％。