CN104551455A - 一种-70℃低温钢焊条 - Google Patents

一种-70℃低温钢焊条 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种-70℃低温钢焊条，包括焊芯和药皮，该焊条的药皮由以下组分组成，各组分及各组分的质量百分比分别为：大理石44～54％，萤石15～24％，碳酸钡3～6％，石英2～5％，脱水钛酸钾2～5％，硼砂0.5～1.5％，金属锰1～3％，雾化硅铁3～6％，稀土硅铁1～3％，钛铁3～6％，硅钙合金0.5～1.0％，镍粉6.0～8.0％，特氟龙0.2～1.0％；该焊条含镍量低，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、脱渣容易的良好焊接工艺特点，焊缝金属中扩散氢的含量在5ml/100g(水银法)以内，达到超低氢焊条标准要求。

Description

一种-70℃低温钢焊条
技术领域
本发明涉及一种-70℃低温钢焊条，具体涉及一种适用于09MnNiDR钢焊接的-70℃低温钢焊条，属于焊接材料技术领域。
背景技术
石油、化工等能源行业需要大量低温用钢来制造各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备。目前能源行业-70～-196℃条件下使用的材料多为Ni系低温钢，Ni含量在0.5％～9％之间。含Ni量为0.5％～2.3％的Ni系钢主要用于制造-60～-70℃低温压力容器，我国0.5％Ni低温钢在综合国外相应钢号基础上，又对化学成分加以相应优化，标准牌号为09MnNiDR，现已纳入GB3531—2008标准中，09MnNiDR钢相比2.3％Ni、3.5％Ni及9％Ni钢含Ni量更低，在成本上更有优势，与普通的16MnDR钢相比，09MnNiDR在-70℃低温下仍具有大于27J的冲击韧性。因此，在制造工作温度不低于-70℃的低温压力容器时，选择09MnNiDR低温钢具有低温性能优良、制造成本低等特点，经济效益显著。
虽然许多生产厂家可以生产-70℃低温钢焊条，但都存在着低温冲击值低、不稳定的问题，很难满足要求，而且有些-70℃低温钢焊条仍然走3.5％Ni路线，Ni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，然而在焊缝含镍量大于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，致使焊条在使用上存在一定的问题；特别是09MnNiDR钢含有微量Nb，Nb在钢中起细化晶粒和析出强化的作用，有利于降低钢材的碳当量而提高强度和韧性，但当焊缝金属Nb含量超过0.01％时，即可在焊后冷却的相变过程中析出NbC，促进马氏体在晶界上析出和形成M-A组织，促使板条状组织的形成，降低焊接韧性。
为了解决上述问题，需要对-70℃低温钢焊条进行系统研究，研制出一种-70℃专用低温钢焊条，满足上述低镍等要求，使乙稀工业中以煤或重油为原料的大型合成氨以及城市加压煤气等重大技术装备中设计温度低于-40℃的低温压力容器能够产业化，产生显著的技术经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，并提供一种适用于09MnNiDR钢的-70℃低温钢焊条，该焊条含镍量低，电弧电压低、电弧稳定性好，形成的焊缝美观、易脱渣、低温冲击韧性好，焊缝金属中扩散氢的含量在5ml/100g(水银法)以内，达到超低氢焊条标准要求，解决了09MnNiDR钢焊条的配方问题。
实现本发明目的所采用的技术方案为，一种-70℃低温钢焊条，包括焊芯和药皮，该焊条的药皮由以下组分组成，各组分及各组分的质量百分比分别为：大理石44～54％，萤石15～24％，碳酸钡3～6％，石英2～5％，脱水钛酸钾2～5％，硼砂0.5～1.5％，金属锰1～3％，雾化硅铁3～6％，稀土硅铁1～3％，钛铁3～6％，硅钙合金0.5～1.0％，镍粉6.0～8.0％，特氟龙0.2～1.0％。
所述脱水钛酸钾由钾盐和二氧化钛在950～1200℃的高温条件下熔炼脱氢反应并保温4小时制备而成，脱水钛酸钾的细度为60～120目。
所述特氟龙的细度为200～300目。
所述焊芯为H04E焊芯，焊芯中C含量<0.04％，S含量<0.01％。
按上述配比混配成焊条外皮药料，在焊条外皮药料中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上，再经烘干机烘干定型制成直径2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm等各种规格的焊条，钾钠混合水玻璃的钾钠比为3：7，模数为M3.3，波美度为40°Bé。
由上述技术方案可知，本发明提供的焊条的药皮采用Mn-Si-Ti-B-稀土RE的微合金化体系，针对09MnNiDR钢含有微量Nb的特点，在焊条配方中加入稀土元素与微量Ti、B相配合，防止从母材过渡到焊缝中的微量Nb引起焊缝低温韧性下降，可减轻Nb在焊缝结晶过程的偏析，稳定和提高焊缝的低温韧性。
本发明提供的焊条的药皮中添加有碳酸钡、硼砂、雾化硅铁等碳酸盐和硼酸盐，具有较高碱度，在电弧作用下，对高温液态金属具有优良的气渣联合保护作用，药皮通过添加硼砂和稀土硅铁加入B和稀土元素，经大量试验和生产验证，该焊条可保证Ti、B和稀土元素稳定、均匀地向熔敷金属过渡。
本发明采用了硅钙合金，配合强还原性电弧气氛，有利于微量钙元素的过渡；在熔敷金属中加入钙元素，可明显降低焊缝金属的硫含量，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。
本发明提供的焊条的药皮中，各种合金元素与微量元素配比为经过大量试验和生产验证选定的最佳配比，可将09MnNiDR钢焊缝的含镍量控制在2.00～2.75％范围内，避免出现粗大的贝氏体组织，使焊缝具有优良的低温冲击韧性；该焊条的药皮含镍量为6.0～8.0％，镍含量低因此焊条制造成本低。
本发明在药皮配方中加入细度为200～300目的粉末状特氟龙，相比其他可以降低熔敷金属扩散氢含量的氟化物，特氟龙粉在降氢的同时不会引起电弧声音发爆，也不会引起飞溅增大；特氟龙粉同时可提高钾钠混合水玻璃固化膜的致密性，提高药皮抗吸潮性，并且特氟龙粉具有优良滑性，对提高焊条生产的压涂性能、改善焊条外观质量、提高焊条成品率有利。
本发明中采用脱水钛酸钾，相比于现有的焊条用钛酸钾具有不同的物理性质，现有的焊条用钛酸钾颗粒度细、流动性极差、含水量高且极容易吸湿，本发明使用的脱水钛酸钾粒度可控制在60-120目之间，松装密度高，具有极好的流动性和优异的抗吸潮能力，有利于提高药皮抗潮性能，降低熔敷金属的扩散氢含量；药皮中加入脱水钛酸钾还有利于降低电弧电压，提高电弧稳定性，减少焊接飞溅。
与现有技术相比，本发明提供的焊条具有飞溅小、熔池流动性好、熔渣覆盖均匀、电弧声音柔和、焊缝成形美观、脱渣容易的良好焊接工艺特点；该焊条药皮的含镍量低，因此制造成本低；形成的焊缝金属中扩散氢的含量在5ml/100g(水银法)以内，达到超低氢焊条标准要求，解决了09MnNiDR钢焊条的配方问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。
实施例1：药皮的各组分及各组分的质量百分比见下表：
原材料名称 质量百分比 原材料名称 质量百分比
大理石 43.8％ 雾化硅铁 5％
萤石 23％ 稀土硅铁 2％
碳酸钡 6％ 钛铁 6％
石英 2％ 硅钙合金 0.5％
脱水钛酸钾 2％ 镍粉 7.5％
硼砂 0.5％ 特氟龙 0.2％
金属锰 1.5％
按上述配比混配成焊条外皮药料，在焊条外皮药料中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上，再经烘干机烘干定型制成直径2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm等各种规格的焊条，钾钠混合水玻璃的钾钠比为3：7，模数为M3.3，波美度为40°Bé；所述焊芯为H04E焊芯，焊芯中C含量<0.04％，S含量<0.01％；所述脱水钛酸钾由钾盐和二氧化钛在950～1200℃的高温条件下熔炼脱氢反应并保温4小时制备而得，脱水钛酸钾的细度为80目，特氟龙的细度为250目。
根据上述配比制备的焊条形成的焊缝的熔敷金属成分见下表：
熔敷金属的力学性能见下表：
熔敷金属扩散氢含量(水银法)见下表：
样品 1 2 3 4 平均值
含量(ml/100g) 2.3 2.0 2.9 1.8 2.25
实施例2：药皮的各组分及各组分的质量百分比见下表：
原材料名称 质量百分比 原材料名称 质量百分比
大理石 53.5％ 雾化硅铁 3％
萤石 16％ 稀土硅铁 3％
碳酸钡 3％ 钛铁 3％
石英 3％ 硅钙合金 1％
脱水钛酸钾 3％ 镍粉 6.5％
硼砂 1％ 特氟龙 1％
金属锰 3％
按上述配比混配成焊条外皮药料，在焊条外皮药料中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上，再经烘干机烘干定型制成直径2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm等各种规格的焊条，钾钠混合水玻璃的钾钠比为3：7，模数为M3.3，波美度为40°Bé；所述焊芯为H04E焊芯，焊芯中C含量<0.04％，S含量<0.01％；所述脱水钛酸钾由钾盐和二氧化钛在950～1200℃的高温条件下熔炼脱氢反应并保温4小时制备而得，脱水钛酸钾的细度为70目，特氟龙的细度为210目。
根据上述配比制备的焊条形成的焊缝的熔敷金属成分见下表：
熔敷金属的力学性能见下表：
熔敷金属扩散氢含量(水银法)见下表：
样品 1 2 3 4 平均值
含量(ml/100g) 3.0 2.9 2.0 1.8 2.425
实施例3：药皮的各组分及各组分的质量百分比见下表：
原材料名称 质量百分比 原材料名称 质量百分比
大理石 48％ 雾化硅铁 4％
萤石 18.4％ 稀土硅铁 2％
碳酸钡 4％ 钛铁 4％
石英 3％ 硅钙合金 0.7％
脱水钛酸钾 5％ 镍粉 7％
硼砂 1.5％ 特氟龙 0.4％
金属锰 2％
按上述配比混配成焊条外皮药料，在焊条外皮药料中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上，再经烘干机烘干定型制成直径2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm等各种规格的焊条，钾钠混合水玻璃的钾钠比为3：7，模数为M3.3，波美度为40°Bé；所述焊芯为H04E焊芯，焊芯中C含量<0.04％，S含量<0.01％；所述脱水钛酸钾由钾盐和二氧化钛在950～1200℃的高温条件下熔炼脱氢反应并保温4小时制备而得，脱水钛酸钾的细度为110目，特氟龙的细度为290目。
根据上述配比制备的焊条形成的焊缝的熔敷金属成分见下表：
熔敷金属的力学性能见下表：
熔敷金属扩散氢含量(水银法)见下表：
样品 1 2 3 4 平均值
含量(ml/100g) 2.1 2.5 1.8 1.6 2.0

Claims (4)

1.一种-70℃低温钢焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于：该焊条的药皮由以下组分组成，各组分及各组分的质量百分比分别为：大理石44～54％，萤石15～24％，碳酸钡3～6％，石英2～5％，脱水钛酸钾2～5％，硼砂0.5～1.5％，金属锰1～3％，雾化硅铁3～6％，稀土硅铁1～3％，钛铁3～6％，硅钙合金0.5～1.0％，镍粉6.0～8.0％，特氟龙0.2～1.0％。
2.根据权利要求1所述的-70℃低温钢焊条，其特征在于：所述脱水钛酸钾由钾盐和二氧化钛在950～1200℃的高温条件下熔炼脱氢反应并保温4小时制备而成，脱水钛酸钾的细度为60～120目。
3.根据权利要求1所述的-70℃低温钢焊条，其特征在于：所述特氟龙的细度为200～300目。
4.根据权利要求1所述的-70℃低温钢焊条，其特征在于：所述焊芯为H04E焊芯，焊芯中C含量<0.04％，S含量<0.01％。
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