CN103358049B

CN103358049B - 一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝

Info

Publication number: CN103358049B
Application number: CN201210101538.2A
Authority: CN
Inventors: 陈邦固; 金立鸿; 胡铁牛; 白英华
Original assignee: Tianjin Sainteagle Welding Co Ltd
Current assignee: Tianjin Sainteagle Welding Co Ltd
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: CN103358049A

Abstract

本发明公开了一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝，药芯焊丝由低碳钢外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由下述组分组成：高钛渣10％-65％、金红石0-30％、氟化物0.3％-5％，其它造渣剂8％-30％，强脱氧剂2％-8％，弱脱氧剂15％-25％，合金剂3％-12％，其余为铁粉。本发明的药芯焊丝工艺性、力学性能良好、达到通常以金红石为主要药粉原料的钛型药芯焊丝水平，其屈服强度Rel≥375Mpa，抗拉强度Rm？495-660Mpa，伸长率A≥22％，-20℃条件下的冲击吸收功Akv(-20℃)≥100J。本发明在保证产品性能、质量的同时生产成本低，并且完全立足于我国富有的钛铁矿资源。

Description

一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝

技术领域

本发明属于材料加工工程中的焊接领域，涉及一种焊接金属用的药芯焊丝，尤其涉及一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝。

背景技术

药芯焊丝是近年来迅速发展起来的一种新型焊接材料，其具有焊接质量好、生产效率高、综合焊接成本低等一系列优点，在造船、机械、石化、冶金、军工、钢结构制造和工程建设中广泛应用。目前药芯焊丝中85％以上属于500MPa级钛型药芯焊丝(中国标准GB/T10045-2001E501T-1)，该型药芯焊丝的药芯配方以金红石为主，一般占药芯的30％-60％，所使用的原料是天然金红石(也有少量使用人造金红石)，其中TiO₂含量一般≥95％。然而天然金红石矿产资源稀缺，并且在地球上分布极不均匀，目前主要出产在澳大利亚、南非、乌克兰少数几个国家。近年随着世界天然金红石砂矿开采日益枯竭，而市场对高品位天然金红石的需求不断增加，使得高品位天然金红石的价格飞涨，近两年来价格上升近200％。而人造金红石受资源限制，且工艺复杂，产量很小，价格也与天然金红石相差无几。

中国专利申请201110248183.5公开了“一种还原钛铁矿型药芯焊丝”，该项发明试图以较廉价的还原钛铁矿部分取代钛型药芯焊丝中的金红石，达到降低药芯焊丝生产成本的目的。还原钛铁矿是由TiO₂含量较低的钛铁矿精矿粉(以下简称钛精矿粉)和焦炭粉或煤粉混合后在较高温度下烧结，经固相还原形成的不完全冶金反应产物，它只是将钛精矿粉中的Fe₂O₃大部分还原成Fe，却没有将钛精矿粉中的TiO₂与还原产物Fe及其它杂质有效分离。因此还原钛铁矿中的TiO₂含量仅为52-54％，大大低于金红石，杂质含量尤其是铁的氧化物的含量大大高于金红石。由于以上原因，以还原钛铁矿取代部分金红石所制成的药芯焊丝工艺性能和力学性能较差，其焊接熔覆金属的冲击吸收功Akv(-20℃)仅为50-80J左右，勉强达到≥47J的国家标准要求，尚不到普通市售金红石型药芯焊丝的一半。

我国富有低品位钛铁矿(其TiO₂含量约47％，不同地区矿床的含量不同)，钛铁矿经磁选等物理选矿过程得到钛精矿粉。高钛渣是一种由钛精矿粉生产钛白粉的中间产品，属于化工产品-钛白粉的生产领域，具体化学成分见表1。在钛白粉的生产领域中，高钛渣除有效成分TiO₂之外，Fe、P、CaO+MgO和MnO是被限制的有害成分，如将其作为药芯焊丝的生产原料，则诸多杂质却可以通过调整药芯配方变废为宝，加以利用。另经我们实际测定发现，高钛渣中还含有可达0.4％左右的S，其存在对于钛白粉的质量影响不大，因此高钛渣标准中没有严格限定，但药芯中的S含量过高，却会使焊接熔覆金属的力学性能、抗裂性显著下降。

表1高钛渣的化学成分(质量分数)⁽¹⁾

注：(1)引目YS/T298-2007

发明内容

本发明的目的是克服现有的药芯焊丝生产技术不足，药芯焊丝生产成本过高的问题，提供一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝。

本发明的技术方案概述如下：

一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝，所述药芯焊丝由低碳钢外皮和药芯组成，所述药芯焊丝的外径为为所述药芯占药芯焊丝质量的10％-16％；所述药芯按质量百分比由下述组分组成：高钛渣10％-65％、金红石0-30％、氟化物0.3％-5％，其它造渣剂8％-30％，强脱氧剂2％-8％，弱脱氧剂15％-25％，合金剂3％-12％，其余为铁粉。

优选的是所述高钛渣为25％-50％、金红石为5％-20％、氟化物为1％-3％，其它造渣剂为10％-25％，强脱氧剂为3％-6％，弱脱氧剂为16％-22％，合金剂为4％-8％，其余为铁粉。

所述高钛渣为钛精矿粉经电炉熔炼得到的成分均一的人工TiO₂富集物，所述高钛渣的化学成分的质量百分比为：TiO₂≥80％，其它杂质为；Fe≤4.5％，CaO+MgO为0.5-10％，MnO为0.5-3％，S≤0.5％，P≤0.03％。

所述高钛渣较好地是再经过900-1300℃焙烧1-3小时。

所述氟化物为氟化钠、氟硅酸钠和萤石至少一种。

所述其它造渣剂为长石、镁砂、锆英砂、铝矾土、钛酸钾和硅酸钾钠至少一种。

所述强脱氧剂为镁粉和铝镁合金粉至少一种。

所述弱脱氧剂为金属锰粉、锰铁合金粉、锰硅合金粉和硅铁粉至少两种。

所述合金剂为稀土合金粉、钛铁粉和低硼硼铁粉至少一种。

本发明具有以下优点：

(1)本发明所提供的以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝，成本低廉，原料来源丰富；

(2)高钛渣中所含的氧化钙、氧化镁和氧化锰可做为药芯焊丝的造渣剂、提高熔渣的碱度、改善熔敷金属的力学性能。同时在药芯焊丝生产过程中相应的减少了上述辅料的单独加入，并有利于各辅料在药粉中的均匀分布，进一步节约了药芯焊丝的成本。

(3)本发明的药芯焊丝其化学成分、力学性能、工艺性能等方面超过国家标准和有关国际标准要求，达到与市售优质钛型药芯焊丝相当的水平。

(4)本发明的药芯焊丝屈服强度Rel≥375Mpa，抗拉强度Rm495-660Mpa，伸长率A≥22％，-20℃条件下的冲击吸收功Akv(-20℃)≥100J。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的进行详细的描述。下面的实施例是对为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但不对本发明作任何限制。

表2为实施例1-16的一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝的药芯组成。其所用低碳钢冷轧钢带的化学成分C≤0.07％，Si≤0.05％，Mn为0.25％-0.5％，S≤0.025％，P≤0.025％(仅是举例，不作为限定)。其中S-1代表实施例1，S-2代表实施例2，以此类推，S-16代表实施例16。D-1是对比例1，D-2是对比例2。

表2中：

标注的(1)指的是：高钛渣的化学成分满足一级要求(见表1)，经检验S的含量为0.45％；

(2)高钛渣的化学成分满足二级要求(见表1)，经检验S的含量为0.44％；

(3)高钛渣的化学成分满足三级要求(见表1)，经检验S的含量为0.46％；

(4)高钛渣的化学成分满足四级要求(见表1)，经检验S的含量为0.50％；

(5)满足(2)的高钛渣，再经过900℃焙烧3小时制备；

(6)满足(3)的高钛渣，再经过1000℃焙烧2小时制备；

(7)满足(3)的高钛渣，再经过1300℃焙烧1小时制备。

D′-1：含D-1药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的12％；

D′-2：含D-2药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的12％；

S′-1：含S-1药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的10％；

S′-2：含S-2药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的10％；

S′-3：含S-3药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的11％；

S′-4：含S-4药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的16％；

S′-5：含S-5药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的12％；

S′-6：含S-6药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的12％；

S′-7：含S-7药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的12％；

S′-8：含S-8药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的12％；

S′-9：含S-9药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的11％；

S′-10：含S-10药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的14％；

S′-11：含S-11药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的14％；

S′-12：含S-12药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的14％；

S′-13：含S-13药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的14％；

S′-14：含S-14药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的14％；

S′-15：含S-15药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的13％；

S′-16：含S-16药芯的药芯焊丝的外径为药芯占药芯焊丝质量的14％；

对比例D′-1、D′-2和实施例从S′-1到S′-16所对应的熔敷金属化学成分及力学性能见表3。其相应的焊接工艺性能，生产成本及综合评定见表4。

表3熔覆金属的化学成分与力学性能

表4药芯焊丝工艺性能、生产成本、综合评定

由表3、4可知，经过实际检测，本发明的以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝的力学性能、焊接工艺性能与金红石型药芯焊丝“D′-1”相当，优于主要原材料成分在本专利权利要求外的对比焊丝“D′-2”。当考虑生产成本因素后，以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝性价比优于市售优质钛型药芯焊丝，具有较大的应用价值。以上仅为本发明所列举的较佳实施例，并非用以限制本发明的保护范围，所属技术领域中的普通技术人员运用本发明所作的等效修饰或变化，均同理应属于本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝，其特征在于所述药芯焊丝由低碳钢外皮和药芯组成，所述药芯焊丝的外径为1.0mm-1.6mm；所述药芯占药芯焊丝质量的10％-16％；所述药芯按质量百分比由下述组分组成：高钛渣10％-65％、金红石0-30％、氟化物0.3％-5％，其它造渣剂8％-30％，强脱氧剂2％-8％，弱脱氧剂15％-25％，合金剂3％-12％，其余为铁粉，所述高钛渣为钛精矿粉经电炉熔炼得到的成分均一的人工TiO₂富集物，所述高钛渣的化学成分的质量百分比为:TiO₂≥80％，其它杂质为；Fe≤4.5％，CaO+MgO为0.5-10％，MnO为0.5-3％，S≤0.5％，P≤0.03％；所述高钛渣经过900-1300℃焙烧1-3小时；所述氟化物为氟硅酸钠，或为氟化钠、氟硅酸钠和萤石中的至少两种。

2.根据权利要求1所述的一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝，其特征是所述高钛渣为25％-50％、金红石为3％-20％、氟化物为1％-3％，其它造渣剂为10％-25％，强脱氧剂为3％-6％，弱脱氧剂为16％-22％，合金剂为4％-8％，其余为铁粉。

3.根据权利要求1或2所述的一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝，其特征是所述其它造渣剂为长石、镁砂、锆英砂、铝矾土、钛酸钾和硅酸钾钠中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝，其特征是所述强脱氧剂为镁粉和铝镁合金粉中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝，其特征是所述弱脱氧剂为金属锰粉、锰铁合金粉、锰硅合金粉和硅铁粉中的至少两种。

6.根据权利要求1或2所述的一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝，其特征是所述合金剂为稀土合金粉、钛铁粉和低硼硼铁粉中的至少一种。