CN103921017A - 一种含Ni低温钢配套的焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含Ni低温钢配套的焊条，其药皮至少包括以下组分，各组分及各组分的质量百分比分别为：大理石40-50％，萤石18-25％，碳酸钡2-5％，硅微粉2-5％，碳酸锂0.5-1.0％，氟化稀土0.5-1.0％，硼砂0.5-1.0％，金属锰2-5％，雾化硅铁2-5％，稀土硅铁2-4％，钛铁3-6％，铝镁合金0.5-1.0％，镍粉9-11％，海藻酸钠0.4-1.0％。按上述配比混配成焊条药皮，配加钾钠混合水玻璃，经焊条压涂机涂覆于H04E焊芯，再经烘干机烘干定型制成电焊条，其熔敷金属扩散氢含量得到了有效的控制，熔敷金属扩散氢含量为3.5ml/100g，达到超低氢焊条标准要求。

Description

一种含Ni低温钢配套的焊条
技术领域
本发明涉及一种含Ni低温钢配套的焊条，属于焊接材料领域。
背景技术
-100℃使用的3.5Ni低温压力容器用钢(ASME牌号SA203E)在国外属于常用钢种，美、日及德国等早已用于-80℃及-101℃的容器，中国过去该钢完全依靠进口。仅在1978年结合年产11.5万吨乙烯工程由太原钢铁公司进行了3.5Ni钢半工业性试验。1984年在国家重大技术装备科技攻关“煤气化工程”项目中，确定了低温3.5Ni钢应用项目。1986年3.5Ni钢的国产化又纳入冶金部“七五”攻关项目，太原钢铁公司研制的3.5Ni钢板厚度有16、24以及30mm三种，与进口钢板如日本住友SLT3N28钢相比，强度稍低，-100℃的冲击功相差很大，-100℃的韧性储备不足，且纵横向差异大，未能大面积推广应用。
3.5Ni钢主要用于制作石油和空分制氧设备以及合成氨等容器设备，国内年需求量在3万吨左右，最低使用温度为-101℃。随着石化行业的发展，我国对该钢的需求越来越大，并且全部从美国、日本、欧洲进口。为了满足国内用户的需求及3.5Ni钢国产化的需要，舞阳钢铁公司自2007年开始研发3.5Ni钢板，研制的钢板厚度范围为10-100mm。目前能够生产的该钢板厚度规格主要有20mm、40mm、60mm和100mm。舞钢生产的SA203E(3.5Ni钢)-101℃低温冲击韧性可达150J，远高于美国相关标准规定，可以替代进口用于国家重大项目建设。针对这种情况，研制各项性能指标达到或接近国外同类产品水平与进口3.5Ni钢和国产3.5Ni钢相匹配、价格便宜的焊接材料是非常必要的，对于改变SA203E(3.5Ni)钢焊接材料完全依赖进口的现状，规范国内3.5Ni钢焊接材料的选择使用，实现3.5Ni钢焊接材料国产化以及推动民族焊材工业发展，推进3.5Ni钢在我国石化行业的更广泛应用，节约外汇，降低施工成本，具有重要的现实意义和显著的经济效益。
为了跟3.5Ni钢配套，需要特制的低温焊条。然而现有技术中与3.5Ni配套的焊条，往往有以下缺点：焊接电流过大时或立焊线能量较大时，容易造成焊缝金属中先共析铁素体增多及晶粒粗化，从而导致韧性下降的不良后果；焊缝金属的硫含量较大，夹杂物得不到有力控制，导致低温冲击韧性降低；药皮抗吸潮性较差；药皮不易脱渣。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种3.5含Ni低温钢配套的焊条，具有飞溅小，熔池流动性好，熔渣覆盖均匀，电弧声音较柔和，焊缝成形美观，脱渣容易等良好的焊接工艺特点；研制焊条的熔敷金属扩散氢含量得到了有效的控制，熔敷金属扩散氢含量为3.5ml/100g，达到超低氢焊条标准要求。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供了一种含Ni低温钢配套的焊条，该焊条的药皮包括以下组分，各组分及各组分的质量百分比分别为：大理石40-50％，萤石18-25％，碳酸钡2-5％，硅微粉2-5％，碳酸锂0.5-1.0％，氟化稀土0.5-1.0％，硼砂0.5-1.0％，金属锰2-5％，雾化硅铁2-5％，稀土硅铁2-4％，钛铁3-6％，铝镁合金0.5-1.0％，镍粉9-11％，海藻酸钠0.4-1.0％。
所述的稀土硅铁采用国家标准GB/T4137-93的稀土硅铁合金。
所述硅微粉的细度为300-400目。
所述的海藻酸钠的细度为120-200目。
按上述配比混配成焊条外皮药料，配加钾钠混合水玻璃经焊条压涂机涂覆在H04E专用优质低碳低硫钢焊芯，再经烘干机烘干定型制成直径2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm等各型规格的电焊条。所述的混合水玻璃钾钠比为3:7，模数为M3.3，波美度为40Be。所述的H04E焊芯要求C<0.03％，S<0.01％。
本发明基于其技术方案的有益效果是：
(1)本发明选用CaO-BaO-CaF2-SiO2组成的碱性低氢型渣系作为研制焊条的药皮类型，并采取了限制焊缝金属中扩散氢含量的有效措施，使其控制在5ml/100g(水银法)以内的超低氢范围，解决了3.5Ni钢焊条的配方问题；
(2)本发明采用Ti-B-Re的微合金化体系，Ti可在焊缝凝固过程中保护B不被氧化；微量的B与Ti可细化晶粒，Ti与α-Fe有良好的结晶匹配性，在焊缝凝固过程中成为针状铁素体的结晶核心，促进焊缝成为均匀的细小针状铁素体组织；Ti-B的作用，在一定程度上可消除焊接电流过大时或立焊线能量较大时所造成的焊缝金属中先共析铁素体增多及晶粒粗化而导致韧性下降的不良后果；
(3)本发明采用了稀土硅铁合金和氟化稀土复合加入的形式，配合强还原性电弧气氛，有利于微量稀土元素的过渡；在熔敷金属中加入稀土元素，可明显降低焊缝金属的硫含量，改善焊缝的夹杂物形态，使夹杂物呈细小球状、弥散分布，对焊缝金属起到明显的净化作用和变质作用，有利于改善焊缝的低温冲击韧性；
(4)本发明中镍是微合金化的主要成分之一，镍固溶于铁素体中，可提高基体韧性，但必须获得细晶粒的铁素体，才能得到优良的低温韧性；而且当焊缝含镍量大于2.5％后，随着含镍量的提高，反而易使焊缝中出现粗大的贝氏体组织；因此，对3.5％Ni钢，以将焊缝含镍量控制在3-4％为宜；在多次试验的基础上，选定了焊缝各种合金元素与微量元素的最佳配比，并按照尽量提高焊条熔渣碱度又尽可能改善焊接工艺性能的原则，确定了焊条的药皮配方；随着含Ni量的增加，应适当降低Ti、B的含量，而且随着熔敷金属含Ni的增加，也应适当降低含Mn量，才能获得最佳的低温韧性；
(5)本发明在配方中加入的小于400目的硅微粉，可提高水玻璃固化膜的致密性，提高药皮抗吸潮性；
(6)本发明中为提高焊接冶金的去氢能力，加大了碳酸盐的配比，为此加入了不同分解温度的多种碳酸盐：大理石CaCO3分解温度为800℃～900℃，碳酸钡BaCO3的分解温度为1350℃～1450℃，这些碳酸盐都是先分解后熔化；只有碳酸锂LiCO3是于720℃开始熔化，到1310℃才开始分解；因此综合加入大理石、碳酸钡、碳酸锂有利于均衡提高电弧气氛中CO2分压，降低氢分压；
(7)本发明中采用了海藻酸钠，海藻酸钠比其它增塑剂有显著优点，即对水玻璃加入量的多或少，适应力强，具有改善压涂性能的作用；药粉可当场收回，降低了药粉损耗；同时，海藻酸钠在300℃以上的高温烘焙中炭化，留下的微小孔隙，有利于施焊时药皮的散热，有助于防止焊条发红使药皮脱落；海藻酸钠碳化后，留下的弥散状微小炭粉，有助于在施焊时，细化溶滴和减少飞溅；在本配方中，海藻酸钠的加入量不宜小于0.4％；海藻酸钠粉，按全部通过150目的要求供货，不易在药皮表面中留下黑点。
具体实施方式
本发明提供了一种含Ni低温钢配套的焊条，该焊条的药皮包括以下组分，各组分及各组分的质量百分比分别为：大理石40-50％，萤石18-25％，碳酸钡2-5％，硅微粉2-5％，碳酸锂0.5-1.0％，氟化稀土0.5-1.0％，硼砂0.5-1.0％，金属锰2-5％，雾化硅铁2-5％，稀土硅铁2-4％，钛铁3-6％，铝镁合金0.5-1.0％，镍粉9-11％，海藻酸钠0.4-1.0％。
所述的稀土硅铁采用国家标准GB/T4137-93的稀土硅铁合金。
所述硅微粉的细度为300-400目。
所述的海藻酸钠的细度为120-200目。
按上述配比混配成焊条外皮药料，配加钾钠混合水玻璃经焊条压涂机涂覆在H04E专用低碳低硫钢焊芯，再经烘干机烘干定型制成直径2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm等各型规格的电焊条。所述的混合水玻璃钾钠比为3:7，模数为M3.3，波美度为40Be。所述的H04E焊芯要求C<0.03％，S<0.01％。
下面的实施例给出了药皮各组分的具体配比。
实施例1：药皮中各组分的重量百分比见下表：
原材料名称 重量百分比 原材料名称 重量百分比
大理石 40 金属锰 4.5
萤石 25 雾化硅铁 5
碳酸钡 5 稀土硅铁 2
硅微粉 2 钛铁 4
碳酸锂 0.5 铝镁合金 0.5
氟化稀土 1 镍粉 9
硼砂 0.5 海藻酸钠 1
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属成分见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属力学性能见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属扩散氢含量(水银法ml/100g)见下表：
样品 1 2 3 4 平均值
含量 2.6 2.9 2.0 2.0 2.38
实施例2：药皮中各组分的重量百分比见下表：
原材料名称 重量百分比 原材料名称 重量百分比
大理石 50 金属锰 3.5
萤石 18 雾化硅铁 2
碳酸钡 2 稀土硅铁 2.6
硅微粉 5 钛铁 3
碳酸锂 1 铝镁合金 1
氟化稀土 0.5 镍粉 10
硼砂 1 海藻酸钠 0.4
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属成分见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属力学性能见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属扩散氢含量(水银法ml/100g)见下表：
样品 1 2 3 4 平均值
含量 3.6 2.9 4.0 3.5 3.5
实施例3：药皮中各组分的重量百分比见下表：
原材料名称 重量百分比 原材料名称 重量百分比
大理石 44 金属锰 2
萤石 21 雾化硅铁 3.6
碳酸钡 3.5 稀土硅铁 3
硅微粉 3.5 钛铁 4.5
碳酸锂 0.7 铝镁合金 0.7
氟化稀土 1 镍粉 11
硼砂 0.8 海藻酸钠 0.7
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属成分见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属力学性能见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属扩散氢含量(水银法ml/100g)见下表：
样品 1 2 3 4 平均值
含量 2.6 2.9 2.0 3.0 2.6

Claims (3)

1.一种含Ni低温钢配套的焊条，其特征在于：该焊条的药皮包括以下组分，各组分的质量百分比分别为：大理石40-50％，萤石18-25％，碳酸钡2-5％，硅微粉2-5％，碳酸锂0.5-1.0％，氟化稀土0.5-1.0％，硼砂0.5-1.0％，金属锰2-5％，雾化硅铁2-5％，稀土硅铁2-4％，钛铁3-6％，铝镁合金0.5-1.0％，镍粉9-11％，海藻酸钠0.4-1.0％。
2.根据权利要求1所述的含Ni低温钢配套的焊条，其特征在于：所述硅微粉的细度为300-400目。
3.根据权利要求1所述的含Ni低温钢配套的焊条，其特征在于：所述的海藻酸钠的细度为120-200目。
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