CN103056558B

CN103056558B - 用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂及制法

Info

Publication number: CN103056558B
Application number: CN201310022944.4A
Authority: CN
Inventors: 毛兴贵; 曾志超; 兰志刚; 贾兴旺
Original assignee: SICHUAN ATLANTIC CHINA WELDING CONSUMABLES Inc
Current assignee: SICHUAN ATLANTIC CHINA WELDING CONSUMABLES Inc
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2033-01-22
Also published as: CN103056558A

Abstract

本发明公开了一种用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂，涉及焊接领域，所述焊剂组分质量百分比为：SiO₂8-20%；MgO 20-40%； Al₂O₃15-30%；ΣCaO 15-28%；MnO 0.5-5%；Na₂O 0.5-2%；K₂O 0.5-2%；TiO₂0.5-3%；Fe₂O₃≤3.0%；S≤0.030%；P≤0.030%。本发明焊条焊剂专门用于焊接窄间隙及铬钼耐热钢低温冲击下的埋弧焊焊剂。

Description

用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂及制法

技术领域

本发明涉及一种焊剂，特别涉及一种用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂、制法及专用焊丝。

背景技术

由于铬钼钢特殊的优质性能，常常被用于制造一些耐高温、耐高压的阀门和压力容器，在压力容器上使用的低合金耐热钢主要以Cr-Mo为主，经过多年的发展，为了提高钢的蠕变强度、持久强度和组织的稳定性，在钢中加入了少量的钒、钛等元素，这一类钢不但具有耐高温的性能，还具有良好的抗氢腐蚀能力，但如何保障在焊接后，焊接接头在高温、高压、各种腐蚀介质条件下具有与母材同样地性能，是对焊接材料的考验。

随着Cr-Mo系列耐热钢的应用越来越广泛，压力容器用钢以及焊接接头的安全、经济运行将会对国家的各个行业起到关键的作用，为此，对相应的焊接材料提出了严峻的考验，而且Cr-Mo钢在焊接中容易引起冷、热裂纹等缺陷，常用的耐热钢用焊接材料适用于常温和大间隙焊接条件；而坡口窄间隙和特殊耐热钢焊接中，要求低温冲击韧性(-40℃)环境下，相应的埋弧焊剂还处于空白阶段。

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铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂，该用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂专门用于焊接窄间隙及铬钼耐热钢低温冲击下的埋弧焊焊剂。

技术方案是：一种用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂，所述焊剂组分质量百分比为：

SiO2 8-20％；

MgO 20-40％；

Al2O3 15-30％；

ΣCaO 15-28％；

MnO 0.5-5％；

Na2O 0.5-2％；

K2O 0.5-2％；

TiO20.5-3％；

Fe2O3≤3.0％；

S≤0.030％；

P≤0.030％。

作为优选，所述SiO2 10kg；

所述MgO 35kg；

所述Al2O3 25kg；

所述ΣCaO 20kg；

所述MnO 0.5kg；

所述Na2O 0.5kg；

所述K2O 1.0kg；

所述TiO2 1.0kg；

所述Fe2O30.5kg；

所述S 0.015kg；

所述P 0.021kg。

作为优选，所述SiO2 18kg；

所述MgO 30kg；

所述Al2O3 18kg；

所述ΣCaO 28kg；

所述MnO 1.0kg；

所述Na2O 1.0kg；

所述K2O 1.5kg；

所述TiO2 2.0kg；

所述Fe2O3 1.0kg；

所述S 0.015kg；

所述P 0.021kg。

作为优选，所述SiO2 15kg；

所述MgO 27kg；

所述Al2O3 30kg；

所述ΣCaO 25kg；

所述MnO 1.5kg；

所述Na2O 1.0kg；

所述K2O 1.0kg；

所述TiO2 2.5kg；

所述Fe2O3 1.5kg；

所述S 0.015kg；

所述P 0.021kg。

本发明的目的之二在于提供一种上述用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂的制法。

技术方案是：一种制造上述用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂的制法，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，加入粉料总量15-20％的粘结剂混合造粒，再经50-400℃低温烘烤，600-900℃高温烧结，筛分。

作为优选，所述粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或钾钠水玻璃，所述低温烘烤为300℃低温烘烤，所述高温烧结为800℃高温烧结。

本发明原理：

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20-40％。

ΣCaO在焊剂中起造渣和提高焊剂碱度作用，ΣCaO主要来源为含CaO或通过分解合成的天然硅灰石、萤石等，ΣCaO能有效提高焊剂抗大电流能力，改善焊缝力学性能，而且ΣCaO具有脱S、P杂质元素的效果，为此，本焊剂发明中加入量控制在15-28％。

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，所以量控制在15-30％.

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8-20％。

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，但是MnO过高，会导致焊缝成形变差。

Na2O和K2O是低电离度氧化物，能提高焊剂碱度，适量的含量能提高电弧稳定性，在焊剂中加入量都控制在1-4％。

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3％以内。

此外，为了满足和使焊缝的脱渣性、脱氧性、焊缝表面成形和良好的机械性能等要求，我们选择的原材料A和采用Si、Ca、Mn联合脱氧并渗[Mn]的脱氧剂，原材料A的加入使得本发明焊剂在成形和性能上得到很大提升，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的加入对脱硫、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：

1.本发明合理采用各元素含量的比例，使得本发明焊剂具有良好的焊接工艺性，焊缝成形美观、渣壳能自动翘起脱落，特别能适用于窄间隙的焊接，使得焊缝机械性能优良，能保证焊缝金属低温冲击韧性(-40℃)在110J以上。

2.本发明采用碱性渣系，配合专用焊丝CHW-S8LH，焊接Cr-Mo系列耐热钢，具有优良的焊缝性能，焊接接头抗拉强度600-670Mpa，焊缝金属-30℃冲击功Akv≥180J，-40℃冲击功Akv≥110J,回火脆性试验VTr54+3△VTr54＝-38℃，能适用于高温、高压耐热钢焊接。

3.本发明可与碳钢、低合金钢焊丝匹配，在焊接碳钢和低合金钢时，具有良好的

焊接工艺性，脱渣优良、成形美观，机械性能良好。

4.本发明焊剂配合专用焊丝在低温条件下，焊接接头具有优良的低温冲击韧性(-40℃)等目的，其焊接质量能够满足石油、化工、厚壁加氢反应器、高压分离器等输送、承压对焊接要求较高的系列铬钼耐热钢用高强度、高韧性的技术要求。

5.本发明焊剂配合专用焊丝焊接铬钼系列耐热钢时，通过使用合理的焊接工艺，能够使焊缝金属的化学成分和组织达到最佳，在焊态和热处理条件下具有良好的、合理的拉伸强度、冲击值、弯曲性能、抗裂性能、硬度等机械性能指标，并且焊缝内部无气孔、夹渣和裂纹，-40℃低温冲击韧性在110J以上，完全满足铬钼系列钢的标准要求。

6.本发明焊剂和焊丝CHW-S8LH匹配得到最佳的焊缝强韧性,具有与铬钼系列耐热钢本体接近的高强度、高韧性、较好的抗腐蚀性及良好的低温冲击韧性，发明的本焊剂配合焊丝在长时间热处理条件下其焊缝性能为：焊接接头抗拉强度600-670Mpa，焊缝金属-30℃冲击功Akv≥180J，-40℃冲击功Akv≥110J,回火脆性试验VTr54+3△VTr54＝-38℃，且焊接后焊缝无气孔、夹渣、裂纹以及外观边缘和咬边等均完全满足铬钼耐热钢对焊缝性能的要求。

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

将组份成分为:SiO2 10kg、MgO 35kg、Al2O3 25kg、ΣCaO 20kg、MnO 0.5kg、Na2O 0.5kg、K2O 1.0kg、TiO2 1.0kg、Fe2O30.5kg、S 0.015kg和P0.021kg的工业纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18kg钠水玻璃混合造粒，再经300℃低温烘烤、800℃高温烧结、筛分，即得碱度为2.8的焊剂,该焊剂配合专用焊丝CHW-S8LH，采用20mm厚E36板(CHH407A焊条堆边)进行埋弧焊焊接，工艺性能优良，经检测焊缝的性能为：焊接接头抗拉强度665Mpa，断面收缩率51％，焊缝的夏比冲击功为Akv(-30℃)＝200-250J，焊缝的夏比冲击功为Akv(-40℃)＝112-190J，回火脆性试验VTr54+3△VTr54＜-38℃，弯曲试验亦均合格(弯曲角度为180°，弯曲直径为壁厚的四倍)。

实施例2

将组份成分为:SiO2 18kg、MgO 30kg、Al2O3 18kg、ΣCaO 28kg、MnO 1.0kg、Na2O 1.0kg、K2O 1.5kg、TiO2 2.0kg、Fe2O3 1.0kg、S 0.015kg和P0.021kg的工业纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入17kg钾水玻璃混合造粒，再经300℃低温烘烤、700℃高温烧结、筛分，即得焊剂碱度为2.6的焊剂,该焊剂配合专用焊丝CHW-S8LH，采用20mm厚E36板(CHH407A焊条堆边)进行埋弧焊焊接，工艺性能优良，经检测焊缝的性能为：焊接接头抗拉强度635Mpa，断面收缩率52％，焊缝的夏比冲击功为Akv(-30℃)＝190-245J，焊缝的夏比冲击功为Akv(-40℃)＝110-170J，回火脆性试验VTr54+3△VTr54＜-30℃，弯曲试验亦均合格(弯曲角度为180°，弯曲直径为壁厚的四倍)。

实施例3

将组份成分为:SiO2 15kg、MgO 27kg、Al2O3 30kg、ΣCaO 25kg、MnO 1.5kg、Na2O 1.0kg、K2O 1.0kg、TiO2 2.5kg、Fe2O3 1.5kg、S 0.015kg和P0.021kg的工业纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入17.5kg钾钠水玻璃混合造粒，再经300℃低温烘烤、800℃高温烧结、筛分，即得焊剂碱度为2.7的焊剂，该焊剂配合专用焊丝CHW-S8LH，采用20mm厚E36板(CHH407A焊条堆边)进行埋弧焊焊接，工艺性能优良，经检测焊缝的性能为：焊接接头抗拉强度650Mpa，断面收缩率52％，焊缝的夏比冲击功为Akv(-30℃)＝200-260J，焊缝的夏比冲击功为Akv(-40℃)＝115-180J，回火脆性试验VTr54+3△VTr54＜-30℃，弯曲试验亦均合格(弯曲角度为180°，弯曲直径为壁厚的四倍)。

实施例1-3其实验性能均满足Cr-Mo钢及耐热钢对焊缝的技术要求，特别是低温冲击韧性的要求。

Claims

1.一种用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂，其特征在于：所述焊剂组分质量百分比为：

SiO2 8-20％；

MgO 20-40％；

Al2O3 15-30％；

ΣCaO 15-28％；

MnO 0.5-5％；

Na2O 0.5-2％；

K2O 0.5-2％；

TiO2 0.5-3％；

Fe2O3≤3.0％；

S≤0.030％；

P≤0.030％。

2.根据权利要求1所述的用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂，其特征在于：

所述 SiO2 10kg；

所述 MgO 35kg；

所述 Al2O3 25kg；

所述 Σ CaO 20kg；

所述 MnO 0.5kg；

所述 Na2 O 0.5kg；

所述 K2O 1.0kg；

所述 TiO2 1.0kg；

所述 Fe2O3 0.5kg；

所述 S 0.015kg；

所述 P 0.021kg。

3.根据权利要求1所述的用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂，其特征在于：

所述 SiO2 18kg；

所述 MgO 30kg；

所述 Al2O3 18kg；

所述 Σ CaO 28kg；

所述 MnO 1.0kg；

所述 Na2O 1.0kg；

所述 K2O 1.5kg；

所述 TiO2 2.0kg；

所述 Fe2O3 1.0kg；

所述 S 0.015kg；

所述 P 0.021kg。

4.根据权利要求1所述的用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂，其特征在于：

所述 SiO2 15kg；

所述 MgO 27kg；

所述 Al2O3 30kg；

所述 Σ CaO 25kg；

所述 MnO 1.5kg；

所述 Na2 O 1.0kg；

所述 K2O 1.0kg；

所述 TiO2 2.5kg；

所述 Fe2O3 1.5kg；

所述 S 0.015kg；

所述 P 0.021kg。

5.一种制造权利要求1-4任一权利要求所述的用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂的制法，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，加入粉料总量15-20％的粘结剂混合造粒，再经50-400℃低温烘烤，600-900℃高温烧结，筛分。

6.根据权利要求5所述的用于铬钼耐热钢低温冲击及窄间隙埋弧焊用的埋弧焊焊剂的制法，其特征在于：所述粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或钾钠水玻璃，所述低温烘烤为300℃低温烘烤，所述高温烧结为800℃高温烧结。