CN104526188A

CN104526188A - 一种可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝

Info

Publication number: CN104526188A
Application number: CN201410809681.6A
Authority: CN
Inventors: 郭纯; 朱官朋; 孔红雨
Original assignee: LUOYANG SHUANGRUI SPECIAL ALLOY MATERIAL Co Ltd
Current assignee: No 725 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: CN104526188B

Abstract

一种可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，通过本发明获取的无缝药芯焊丝焊接工艺性好，可全位置焊接，力学性能稳定，扩散氢低，可焊后消应力热处理，可以用于AH36、DH36、E36、EH36等海洋工程用高强钢的焊接，同时具有超低扩散氢、抗吸潮性强、抗生锈能力强、送丝性能好、导电嘴磨损小、运输储存方便等优点，被越来越多的应用于海洋工程、船舶制造、桥梁建筑、工程机械、石油化工等高端技术领域。

Description

一种可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝

【技术领域】

本发明涉及一种无缝药芯焊丝，尤其涉及一种可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，具体涉及一种用于海洋工程装备可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝。

【背景技术】

已知的，随着国际原油价格的迅速攀高以及陆上石油资源的迅速锐减，海洋油气开发已经成为世界各国的能源开发热点，自20世纪50年代我国进入海洋石油钻探领域以来，经过半个世纪的努力，我国在海洋钻探、海洋装备制造等相关技术领域取得了较大进步，目前我国投入大量资金建成了北海的多个油气开发平台，并且在“十一五”期间开发建设了15个海洋油气田、共76座平台、6座浮式生产储油船(FPSO)、铺设1400多公里海底管线。”总投入达1200亿元，“十二五”以及今后相当长的时间内，我国将会投入大量资金用于钻井平台、浮式生产系统、工程船舶、水下工程等相关装备的建设。此外在大量建设近海海洋工程的同时，也不断在向远海和深海拓展。由于海洋工程装备工作环境的恶劣，对海洋工程装备用钢及其配套材料的要求较高。

工作环境恶劣的海洋工程装备为了减小应力腐蚀和冷裂纹的产生，要求使用的药芯焊丝扩散氢含量小于5ml/100g、可进行焊后热处理（590～620℃）。而现有技术生产的有缝药芯焊丝由于易吸潮扩散氢一般都大于5ml/100g，而且热处理后冲击韧性恶化严重，满足不了技术指标要求。

【发明内容】

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，通过本发明获取的无缝药芯焊丝具有超低扩散氢、抗吸潮性强、抗生锈能力强、送丝性能好、导电嘴磨损小、运输储存方便等优点，被越来越多的应用于海洋工程、船舶制造、桥梁建筑、工程机械、石油化工等高端技术领域。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，包括外皮和药芯粉，所述外皮为低碳钢带，在外皮内设有药芯粉，所述药芯粉的成分按质量百分比包括如下成分：

金红石 35～50%；

氟化稀土 2%～5%；

雾化硅铁 8%～10%；

钛铁 2%～6%；

镍粉 3%～5%；

低碳锰铁 10%～14%；

氧化铝 2%～5%；

石英 3%～7%；

金属锆 1%～3%；

余量为铁粉。

所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，所述药芯粉在无缝药芯焊丝中的填充率为13～17%。

所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，所述金红石为主要的造渣剂和电弧稳定剂，调节渣的熔点和粘度，改善焊缝的成型和脱渣。

所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，所述氟化稀土起到脱氢和净化熔池细化晶粒的作用。

所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，所述雾化硅铁起到脱氧的作用。

所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，所述镍粉可以提高焊缝金属的低温冲击韧性。

所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，所述低碳锰铁在脱氧的同时提高焊缝金属的抗拉强度和韧性。

所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，所述金属锆主要是利用锆的细晶强化作用提高焊缝金属的强度和韧性，达到强韧匹配。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，通过本发明获取的无缝药芯焊丝焊接工艺性好，可全位置焊接，力学性能稳定，扩散氢低，可焊后消应力热处理，可以用于AH36、DH36、E36、EH36等海洋工程用高强钢的焊接，同时具有超低扩散氢、抗吸潮性强、抗生锈能力强、送丝性能好、导电嘴磨损小、运输储存方便等优点，被越来越多的应用于海洋工程、船舶制造、桥梁建筑、工程机械、石油化工等高端技术领域。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

本发明所述的一种可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，包括外皮和药芯粉，所述外皮为低碳钢带，在外皮内设有药芯粉，所述药芯粉的成分按质量百分比包括如下成分：

金红石 35～50%；氟化稀土 2%～5%；

雾化硅铁 8%～10%；钛铁 2%～6%；

镍粉 3%～5%；低碳锰铁 10%～14%；

氧化铝 2%～5%；石英 3%～7%；

金属锆 1%～3%；余量为铁粉。

其中所述药芯粉在无缝药芯焊丝中的填充率为13～17%。

本发明中采用低碳钢带作为外皮，药芯粉成分含量按质量百分比由金红石35～50%、氟化稀土2%～5%、雾化硅铁8%～10%、钛铁2%～6%、镍粉3%～5%，低碳锰铁10%～14%、氧化铝2%～5%、石英3%～7%、金属锆1%～3%，余量铁粉混合组成。

本发明采用钛型药芯焊丝渣系，TiO₂熔渣凝固温度高，能适应全位置焊接，金红石是主要的造渣剂和电弧稳定剂，调节渣的熔点和粘度，改善焊缝的成型和脱渣，加入量以35～50%为宜。

本发明中加入氟化稀土，一方面氟化稀土中的氟在电弧反应区可与氢生成氟化氢气体，起到脱氢的作用，另一方面，氟化稀土中的稀土元素可以起到净化熔池细化晶粒的作用，但是加入量太高会引起电弧不稳和飞溅增加，因此氟化稀土的加入量应控制在2%～5%之间。

本发明中加入雾化硅铁主要目的在于脱氧，同时脱氧产物进入熔敷金属可以提高焊缝金属的抗拉强度，因为硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷。加入量过低时脱氧不足容易产生气孔，但硅过高时将显著降低焊缝的塑性和韧性，因此，硅铁的加入量控制在8%＃10%。

本发明中加入钛铁，主要目的在于脱氧，另外，钛的氧化物被认为可作为较强的氢陷阱，能固化大量的氢，从而有效降低熔敷金属扩散氢的含量，最后，由于 Ti 与氧的亲合力很大，焊缝中的Ti 以微小颗粒氧化物的形式（TiO、Ti₂O₃、TiO₂）弥散分布于焊缝中，非常容易成为针状铁素体的形核核心，有利形成针状铁素体组织，从而提高焊缝金属的韧性，钛铁的加入量宜控制在2%～6%。

本发明中加入镍粉，主要目的在于提高焊缝金属的低温冲击韧性，含量过低焊缝金属的低温韧性过低，因此镍粉的加入量为3%～5%。

本发明中加入低碳锰铁，主要目的在于脱氧的同时提高焊缝金属的抗拉强度和韧性，含量过低焊缝金属强度过低，含量过高导致焊缝金属强度过高韧性下降，因此金属锰的加入量为10%～14%。

本发明中加入氧化铝和石英，主要目的是调节渣的熔点和粘度是适应用于全位置焊接，石英还可以调高渣的铺展性有利于焊缝成形。

本发明中加入的金属锆，主要是利用锆的细晶强化作用提高焊缝金属的强度和韧性，达到强韧匹配，加入量1～3%。

本发明采用在线同步添加药芯粉，添加药芯粉后的外皮钢带，经轧辊成型和焊合后，再经退火、减径和镀铜，制备出无缝药芯焊丝。

本发明的最终产品焊丝的直径为1.0 mm,1.2 mm,1.4 mm，药芯粉的填充率为13%～17%。

本发明的具体实施例如下：

实施例1：

药芯粉组成金红石35%，氟化稀土5%，雾化硅铁8%，钛铁5%，镍粉5%，低碳锰铁 10%，氧化铝2%，石英7%，金属锆3%，余量铁粉。填充率15%，焊丝直径1.2mm。

实施例2：

药芯粉组成金红石46%，氟化稀土2%，雾化硅铁10%，钛铁6%，镍粉3%，低碳锰铁 12%，氧化铝5%，石英5%，金属锆2%，余量铁粉。填充率17%，焊丝直径1.4mm。

实施例3：药芯粉组成金红石50%，氟化稀土3%，雾化硅铁9%，镍粉4%，钛铁2%，低碳锰铁 14%，氧化铝3%，石英3%，金属锆1%，余量铁粉。填充率13%，焊丝直径1.0mm。

本发明的制备方法如下：外皮选用普通的低碳钢带，化学成分和性能见表2和表3所示。焊丝熔敷金属化学成分和力学性能见表4和表5。熔敷金属扩散氢含量见表6。

表1本发明实施例的药芯粉的化学组成（重量%）

	金红石	氟化稀土	雾化硅铁	钛铁	低碳锰铁	氧化铝	镍粉	石英	金属锆	铁粉
											实施例1	35	5	8	5	10	2	5	7	3	余量
实施例2	46	2	10	6	12	5	4	5	2	余量
											实施例3	50	3	9	2	14	3	3	3	1	余量

表2本发明实施例的选用钢带的化学成分（重量%）

化学成分

C

Si

Mn

S

P

Fe

重量%

0.035

0.02

0.22

0.005

0.01

余量

表3 本发明实施例的选用钢带的性能

性能	显微硬度（HV）	抗拉强度（MPa）	伸长率（%）
				保证值	188	340	44

表4 本发明实施例的熔敷金属的化学成分（重量%）

	C	Si	Mn	S	P	Ni
							实施例1	0.047	0.25	1.25	0.0044	0.0083	0.49
实施例2	0.044	0.31	1.29	0.0045	0.0075	0.47
							实施例3	0.042	0.28	1.35	0.0043	0.0084	0.42

表5 本发明实施例的熔敷金属的力学性能

表6本发明实施例的熔敷金属的扩散氢含量（气相色谱法）

	扩散氢含量（ml/100g）
		实施例1	2.28
实施例2	2.75
		实施例3	2.15

本发明用于海洋工程、舰船制造、桥梁、建筑、石油化工等高端技术领域。焊丝焊接工艺性好，可全位置焊接，力学性能稳定，扩散氢低，可焊后消应力热处理。可以用于AH36、DH36、E36、EH36等海洋工程用高强钢的焊接。可以解决现有有缝药芯易吸潮、扩散氢高、无法进行焊后消应力热处理等问题。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims

1.一种可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，包括外皮和药芯粉，其特征是：所述外皮为低碳钢带，在外皮内设有药芯粉，所述药芯粉的成分按质量百分比包括如下成分：

金红石 35～50%；

氟化稀土 2%～5%；

雾化硅铁 8%～10%；

钛铁 2%～6%；

镍粉 3%～5%；

低碳锰铁 10%～14%；

氧化铝 2%～5%；

石英 3%～7%；

金属锆 1%～3%；

余量为铁粉。

2.根据权利要求1所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，其特征是：所述药芯粉在无缝药芯焊丝中的填充率为13～17%。

3.根据权利要求1所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，其特征是：所述金红石为主要的造渣剂和电弧稳定剂，调节渣的熔点和粘度，改善焊缝的成型和脱渣。

4.根据权利要求1所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，其特征是：所述氟化稀土起到脱氢和净化熔池细化晶粒的作用。

5.根据权利要求1所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，其特征是：所述雾化硅铁起到脱氧的作用。

6.根据权利要求1所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，其特征是：所述镍粉可以提高焊缝金属的低温冲击韧性。

7.根据权利要求1所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，其特征是：所述低碳锰铁在脱氧的同时提高焊缝金属的抗拉强度和韧性。

8.根据权利要求1所述的可焊后消应力热处理的无缝药芯焊丝，其特征是：所述金属锆主要是利用锆的细晶强化作用提高焊缝金属的强度和韧性，达到强韧匹配。