CN103008918A - 用于强度≥780MPa高强钢埋弧焊的焊剂、制法及焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，涉及焊接领域，所述焊剂组分质量百分比为：SiO₂ 5-13；MgO 30-40；Al₂O₃ 15-30；CaF₂ 20-30；CaO1-4；MnO 2-6；TiO₂ 1-6。本发明焊条焊剂配合专用焊丝对强度级别≥780MPa的高强钢进行焊接，焊缝具有与高强钢本体相近的高强度、高韧性、低裂纹敏感性等优良性能。

Description

用于强度≥780MPa高强钢埋弧焊的焊剂、制法及焊丝

技术领域

本发明涉及一种焊剂，特别涉及一种用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂、制法及专用焊丝。 

背景技术

随着科技技术的飞速发展，低合金高强度钢得到广泛的应用，强度级别≥780MPa高强钢在车辆、起重机、压力容器、建筑机械、石油化工、发电设备等重要工程中的应用也越来越广泛。由于它们具有较高的强度和冲击韧性，满足各领域的使用性能，很受人们的青睐。 

世界各国也特别重视开发研究强度级别≥780MPa高强钢，通过技术创新或添加微量元素，开发出强度级别≥780MPa高强钢的品种及系列产品越来越多。宝钢、鞍钢等国内各大钢厂已开发出了强度级别≥780MPa高强钢品种及系列产品，但相应的埋弧焊用焊剂仍然处于空白。 

发明内容

针对上述不足之处，本发明的目的之一就在于提供一种用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，该用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂焊剂配合专用焊丝对强度级别≥780MPa的高强钢进行焊接，焊缝具有与高强钢本体相近的高强度、高韧性、低裂纹敏感性等优良性能。 

技术方案是：一种用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，所述焊剂组分质量百分比为： 

SiO₂   5-13；

MgO  30-40；

Al₂O₃  15-30；

CaF₂  20-30；

CaO  1-4；

MnO  2-6；

TiO₂    1-6。

作为优选，所述SiO₂  5kg； 

所述MgO 32kg；

所述Al₂O₃ 24kg；

所述CaF₂ 28 kg；

所述CaO 4.0 kg；

所述MnO 2.0 kg；

所述TiO₂ 5.0 kg。

作为优选，所述SiO₂ 7kg； 

所述MgO 35kg；

所述Al₂O₃ 22kg；

所述CaF₂ 26 kg；

所述CaO 4.0 kg；

所述MnO 4.0 kg；

所述TiO₂ 2.0 kg。

作为优选，所述SiO₂ 8kg； 

所述MgO 38kg；

所述Al₂O₃ 18kg；

所述CaF₂ 25 kg；

所述CaO 5.0 kg；

所述MnO 3.0 kg；

所述TiO₂ 3.0kg。

本发明的目的之二在于提供一种上述用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂的生产方法。 

技术方案是：一种制造上述用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂的生产方法，所采用的步骤为：将所述焊剂各组分粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入药粉重量15-20%的粘结剂混合造粒，再经100-200℃低温烘烤，600-800℃高温烧结，筛分。 

作为优选，所述所述粘结剂为含硅酸锂的钠水玻璃，所述低温烘烤为150℃低温烘烤，所述高温烧结为750℃高温烧结。 

本发明的目的之三在于提供一种上述用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂配合专用焊丝。 

技术方案是：一种上述用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂配合专用焊丝，所述焊丝成份按重量百分比为： 

C 0.083、Mn 1.75、Si 0.12、S 0.004、P 0.009、Cr 0.30、Ni 2.88、Mo 0.46、Cu 0.15，余量为Fe。

本发明发明原理： 

 所设计了一种CaF₂-MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂高碱度渣系，碱度系数为3.4。通过对熔渣的表面张力、粘度的调整，改善熔渣的流动性。通过对熔渣熔点、线膨胀系数等方面的调整，改善渣壳的脱渣性。通过对钾、钠等物质含量的调整，改善了焊剂的电弧稳定性。通过对熔敷金属的微合金化，使熔敷金属晶粒细化，提高焊缝金属的塑韧性。为了提高熔敷金属的抗裂性能，通过对原材料的处理，降低焊缝金属晶界边缘低熔点物质的凝聚；通过加入稀土等特殊物质，改变熔敷金属中有害杂质在晶界边缘的形态；通过对某些原辅材料的特殊处理，降低了焊剂的结晶水含量，采用特制的水玻璃，使焊剂表面生成一种抗吸潮的保护膜，提高焊剂的抗吸潮能力来降低熔敷金属扩散氢的含量。

本发明焊剂中： 

SiO₂是一种酸性物质，降低焊剂碱度，焊剂中与CaF₂搭配，能影响焊剂的抗气孔能力，焊剂中一般采用高SiO₂与低CaF₂配比，反之，低SiO₂采用高CaF₂，这样会使焊剂具有优良的抗气孔性能，SiO₂参与造渣，调整渣的凝固点、表面张力及熔渣高温粘度，对焊缝成形的控制非常重要。在本次发明中，结合X100管线钢的特点，为了得到良好的工艺和机械性能，我们采用少量的SiO₂含量，因为过高的SiO₂含量会造成焊丝烧损过度，过大地降低焊剂碱度，使焊缝回Si增加，低温冲击韧性下降，为此，确定SiO₂含量在5-13%。

MgO是一种强碱性物质，也是一种优良的造渣材料，它对焊缝形状的控制非常重要。对于碱性渣系，MgO能提高焊缝金属冲击韧性，降低扩散氢。但MgO熔点较高，增大熔渣粘度，提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性使焊缝成形变差，焊道中央凸起，熔渣变硬，脱渣困难，在本次发明中，为了保证焊缝性能，通过研究和调整，MgO加入量控制在30-40%。 

Al₂O₃是两性氧化物，Al₂O₃具有增大熔渣表面张力的作用，是熔渣粘度的调整剂，通过大量的试验对比认为增加一定量的Al₂O₃会减少压坑及其倾向，但过高的Al₂O₃含量会使焊缝弧度更尖且不平滑，易产生气孔和麻点，渣壳变硬，Al₂O₃含量过低又使焊缝表面凹凸不平，出现压坑及咬边等缺陷，影响焊缝成形，所以含量应控制在15-30%。 

CaF₂是一种多成因的矿物质，属于碱性氟化物，在埋弧焊剂中是一种造渣剂、稀释剂并能起到去氢作用，CaF₂在焊接电弧作用下电离出F^-，能降低电弧气氛中氢的分压，具有与碳酸盐相同的效果。CaF₂的分解能降低熔敷金属中氧的含量，有利于提高焊缝金属的低温冲击韧度，CaF₂熔点较低，能有效降低熔渣高温粘度，改善熔渣流动性，并提高导电性，改善焊缝成形，对改善焊接工艺，提高熔敷金属机械性能有很大的作用，合理的CaF₂含量能起到稳定电弧的作用，如果CaF₂过高则电弧稳定性变差，熔渣变硬，交流可焊性变差。在本次发明中，试验证明CaF₂在20-30%时有较好效果。 

CaO是碱性氧化物，在焊剂中起造渣和提高焊剂碱度作用，它能有效提高焊剂抗大电流能力，改善焊缝力学性能。本焊剂发明中加入量控制在1-4%。 

MnO在焊接过程中与SiO₂结合成复合的硅酸盐，形成良好的焊渣，保护熔敷金属，使熔敷金属不受空气中N和O的影响，而且被还原的锰元素是焊缝中主要合金成分，能提高焊缝强度和冲击韧性，同时，被还原的锰与焊缝中的S化合，形成MnS起到了脱S的作用，减少焊缝产生热裂纹倾向，为此，确定MnO含量在2-6%。 

TiO₂是酸性氧化物，能改善渣的物理性能，把长渣变为短渣，使熔渣随温度的变化快，使焊缝成型良好，改善脱渣性，在加入时总量控制在1-6%。 

此外，为了满足焊缝的脱渣性、脱氧性、焊缝表面成形和良好的机械性能等要求，我们选择了Si、Ca、Mn联合脱氧并渗[Mn]的脱氧剂，而且锰的加入可以提高强度和韧性，也是一种很好的脱硫剂，Ca的加入对脱磷也有很好的作用，焊剂中各成份合理匹配，对焊接组织和焊缝的机械性能起到了良好的作用。 

本发明具有以下效果： 

本发明焊剂配合专用焊丝焊接强度级别≥780MPa高强钢时，通过使用合理的焊接工艺和化学成分的匹配，能够使焊缝金属的化学成分和组织达到最佳，具有合理的拉伸强度、屈服强度、冲击韧性值等机械性能指标，并且焊缝内部气孔、夹渣和裂纹，以及外观边缘过度和咬边等满足标准要求。

本发明保护的焊剂用于焊接强度级别≥780MPa高强钢的埋弧焊焊剂配合专用焊丝，焊接质量能够满足车辆、起重机、压力容器、建筑机械、石油化工、发电设备对焊接高强钢的高强度、高韧性和低裂纹敏感性等技术要求。 

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。 

实施例1 

将SiO₂ 5kg、MgO 32kg、Al₂O₃ 24kg、CaF₂ 28 kg、CaO 4.0 kg、MnO 2.0 kg、TiO₂ 5.0 kg的粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18 kg钠水玻璃混合造粒，再经150℃低温烘烤、750℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。

将该焊剂配合专用焊丝（焊丝成份按重量百分比为：C 0.083、Mn 1.75、Si 0.12、S 0.004、P 0.009、Cr 0.30、Ni 2.88、Mo 0.46、Cu 0.15，余量为Fe），对20mm厚的Q690D钢板进行埋弧焊焊接实验，焊接工艺性能优良，经检测焊缝金属的力学性能为：焊接接头抗拉强度800-840MPa，焊缝的硬度为215-255HV10，焊缝的夏比冲击功为Akv（-40℃）＝95-115J；热影响区的夏比冲击功为Akv（-40℃）＝90-110J。 

该实验用强度级别≥780MPa高强钢钢板Q690D的化学成份为：C 0.14、Mn 1.48、Si 0.18、Cr 0.80、Ni 1.08%、Nb 0.05、Cu 0.08、Ti 0.01、Mo 0.48、S 0.005、P 0.009、N 0.008、Al 0.015、余量为Fe及微量的杂质。 

  实施例2 

将SiO₂ 7kg、MgO 35kg、Al₂O₃ 22kg、CaF₂ 26 kg、CaO 4.0 kg、MnO 4.0 kg，TiO₂ 2.0 kg的工业纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18 kg钠水玻璃混合造粒，再经150℃低温烘烤、750℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。

将该焊剂配合专用焊丝（焊丝成份按重量百分为：C 0.083％、Mn 1.75％、Si 0.12％、S 0.004％、P 0.009％、Cr 0.30％、Ni 2.88％、Mo 0.46％、Cu 0.15％，余量为Fe），对20mm厚的    Q690D钢板进行埋弧焊焊接实验，焊接工艺性能优良，经检测焊缝金属的力学性能为：焊接接头抗拉强度790-830MPa，焊缝的硬度为210-248HV10，焊缝的夏比冲击功为Akv（-40℃）＝90-110J；热影响区的夏比冲击功为Akv（-40℃）＝90-115J。 

该实验用强度级别≥780MPa高强钢钢板的化学成份为：C 0.14％、Mn 1.48％、Si 0.18％、Cr 0.80％、Ni 1.08%、Nb 0.05%、Cu 0.08％、Ti 0.01％、Mo 0.48%、S 0.005％、P 0.009％、N 0.008％、Al 0.015%、余量为Fe及微量的杂质。 

实施例3 

将SiO₂ 8kg、MgO 38kg、Al₂O₃ 18kg、CaF₂ 25 kg、CaO 5.0 kg、MnO 3.0 kg、TiO₂ 3.0kg的工业纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18 kg钠水玻璃混合造粒，再经150℃低温烘烤、750℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。

将该焊剂配合专用焊丝（焊丝成份按重量百分为：C 0.083％、Mn 1.75％、Si 0.12％、S 0.004％、P 0.009％、Cr 0.30％、Ni 2.88％、Mo 0.46％、Cu 0.15％，余量为Fe），对20mm厚的    Q690D钢板进行埋弧焊焊接实验，焊接工艺性能优良，经检测焊缝金属的力学性能为：焊接接头抗拉强度795-835MPa，焊缝的硬度为210-248HV10，焊缝的夏比冲击功为Akv（-40℃）＝100-125J；热影响区的夏比冲击功为Akv（-40℃）＝90-110J。 

该实验用强度级别≥780MPa高强钢钢板的化学成份为：C 0.14％、Mn 1.48％、Si 0.18％、Cr 0.80％、Ni 1.08%、Nb 0.05%、Cu 0.08％、Ti 0.01％、Mo 0.48%、S 0.005％、P 0.009％、N 0.008％、Al 0.015%、余量为Fe及微量的杂质。 

实施例1-3各项实验其性能均满足强度级别≥780MPa高强钢对焊缝的技术要求。 

Claims (7)

1.一种用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，其特征在于：所述焊剂组分质量百分比为：

SiO₂   5-13；

MgO  30-40；

Al₂O₃  15-30；

CaF₂  20-30；

CaO  1-4；

MnO  2-6；

TiO₂    1-6。

2.根据权利要求1所述的用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，其特征在于：

所述SiO₂  5kg；

所述MgO 32kg；

所述Al₂O₃ 24kg；

所述CaF₂ 28 kg；

所述CaO 4.0 kg；

所述MnO 2.0 kg；

所述TiO₂ 5.0 kg。

3.根据权利要求1所述的用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，其特征在于：

所述SiO₂ 7kg；

所述MgO 35kg；

所述Al₂O₃ 22kg；

所述CaF₂ 26 kg；

所述CaO 4.0 kg；

所述MnO 4.0 kg；

所述TiO₂ 2.0 kg。

4.根据权利要求1所述的用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，其特征在于：

所述SiO₂ 8kg；

所述MgO 38kg；

所述Al₂O₃ 18kg；

所述CaF₂ 25 kg；

所述CaO 5.0 kg；

所述MnO 3.0 kg；

所述TiO₂ 3.0kg。

5.一种制造权利要求1-4任一权利要求所述的用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂的生产方法，其特征在于所采用的步骤为：将所述焊剂各组分粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入药粉重量15-20%的粘结剂混合造粒，再经100-200℃低温烘烤，600-800℃高温烧结，筛分。

6.根据权利要求5所述的用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂的生产方法，其特征在于：所述粘结剂为含硅酸锂的钠水玻璃，所述低温烘烤为150℃低温烘烤，所述高温烧结为750℃高温烧结。

7.一种权利要求1-4任一权利要求所述的用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂配合专用焊丝，其特征在于所述焊丝成份按重量百分比为：

C 0.083、Mn 1.75、Si 0.12、S 0.004、P 0.009、Cr 0.30、Ni 2.88、Mo 0.46、Cu 0.15，余量为Fe。