CN105562958A

CN105562958A - 高强度超低氢药芯焊丝

Info

Publication number: CN105562958A
Application number: CN201410541146.7A
Authority: CN
Inventors: 潘登
Original assignee: Haining Ruiao Metal Technology Co Ltd
Current assignee: Haining Ruiao Metal Technology Co Ltd
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2034-10-15
Also published as: CN105562958B

Abstract

<b />本发明公开了一种高强度超低氢药芯焊丝，焊丝由碳素钢包皮及内部药芯粉组成，以重量百分比计，药芯粉包括：镍粉5-15%，锰铁粉5-10%，钼铁粉0.5-2.5%，钛铁粉0.5-3.0%，铁钇粉5-10%，铁硅粉0.5-2.5%，氟化钾2-10%，长石3-8%，石英0.1-1.5%，萤石0.5-2.0%，碳酸钠0.1-1.0%，氧化钾0.1-1.0%，余下为铁粉。采用该焊丝制得的埋弧焊缝金属的扩散氢含量≤3ml/100g，抗拉强度≥700MPa，-40℃冲击韧性≥50J。

Description

高强度超低氢药芯焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料领域，特别是涉及一种高强度、超低氢药芯焊丝。

背景技术

高强钢的广泛采用导致了焊接过程中冷裂纹（或者延迟裂纹）敏感性增强，焊接缺陷几率增加，给焊接施工带来困难。研究表明：降低焊缝金属的扩散氢含量和强度是降低焊接裂纹的两个有效手段。因此，对于高强钢焊接来说，需采用低氢焊接材料来降低焊接裂纹敏感性，从而避免焊接裂纹、提高焊接接头质量。

由于相对于实芯焊丝较高的熔敷效率，药芯焊丝在造船和海洋工程等大型结构行业得到了广泛采用，以降低成本。此外，造船和海洋工程行业对低温冲击韧性提出苛刻要求，因此，其配套焊材也需具备优良的低温冲击韧性，以确保结构安全。

对于高强钢的高效焊接来说，尤其是对于造船和海洋工程等对低温冲击要求较高的行业来说，亟需高强度、超低氢的药芯焊丝及焊缝金属。但截至目前，现有技术和产品尚不能完全满足市场需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于高强钢高效焊接的超低氢药芯焊丝，使用该焊丝制得的埋弧焊缝金属的抗拉强度≥700MPa，-40℃冲击功≥50J，扩散氢含量≤3ml/100g。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

高强度超低氢药芯焊丝由药粉芯和包覆软钢卷制而成，所述钢皮为碳素钢，以重量百分比计，包括：C0.02-0.10%，Si0.05-0.35%，Mn0.50-1.50%，P≤0.015%，S≤0.010%，余量为Fe及不可避免的杂质。

所述药粉包括：镍粉5-15%，锰铁粉5-10%，钼铁粉0.5-2.5%，钛铁粉0.5-3.0%，铁钇粉5-10%，铁硅粉0.5-2.5%，氟化钾2-10%，长石3-8%，石英0.1-1.5%，萤石0.5-2.0%，碳酸钠0.1-1.0%，氧化钾0.1-1.0%，余下为铁粉。

药粉中添加的镍粉、锰铁粉和钼铁粉主要是用于合金化、提高焊缝金属强度和韧性。氟化钾、长石、石英和萤石主要用于产生氟离子，并与氢发生反应，从而降低焊缝金属中的扩散氢。钛铁粉和铁钇粉用于控制焊接过程中熔池内的脱氧反应和氧化产物，从而得到一定量的氧化物粒子，以促进焊缝金属中的针状铁素体形成，利于提高焊缝韧性。

药芯焊丝铁皮中各元素的含量说明如下：

C是不可或缺元素，对于高强焊缝，为降低焊接冷裂纹敏感性，其含量应≤0.08。因此，优选其含量为0.02-0.10。

Si是焊缝中的脱氧元素，当其含量高时不利于低温韧性。因此，优选其含量为0.50-0.35。

Mn能够提高焊缝的强度及淬透性，有利于细化焊缝组织；同时该元素是奥氏体区扩大元素，与Ni搭配使用，可显著降低焊缝金属在焊后冷却过程中的奥氏体的相转变温度区间，从而为低碳马氏体的形成创造条件。优选其含量为0.50-1.50。

P，S作为杂质元素应控制在合理范围，本发明中，控制其含量P≤0.015，S≤0.010。

药芯焊丝内部芯粉配比及含量说明如下：

添加铁硅粉的目的是用于焊接熔池中的冶金反应。优选含量0.5-2.5%。

添加锰铁粉是为了进一步提高焊缝金属中的Mn含量，从而达到提高强度和韧性的目的。优选比例是5-10%。

添加钼铁粉可有效提高焊缝金属的强度和低温韧性，机理是通过降低奥氏体相转变温度和细化转变组织。一方面可确保焊缝形成马氏体组织所需要的淬透性，另一方面也为氧化物促进形核生成的针状铁素体创造空间，从而形成双相结构。优选比例是0.5-2.5%。

添加镍粉主要是用来提高焊缝金属的韧性。与Mn和Mo搭配使用，可有效控制焊缝金属的淬透性，从而给相转变组织调控带来方便，以实现目标焊缝金属的力学性能。一方面可以确保针状铁素体为基体组织的焊缝金属的低温韧性，另一方面与一定量的Mn配合，使得焊缝金属获得足够的强度。优选比例是5-15%。

添加钛铁粉，是利用Ti元素加入在焊缝中形成大量细小的TiO₂质点，一来促进焊缝针状铁素体形核，二来起到一定止裂作用，大幅降低了焊缝韧脆转变温度，同时对提高焊缝强度有一定贡献。优选含量是0.5-3.0%。

添加铁钇粉，是充分利用Y元素在焊缝中形成的稀土氧化物，一方面可促进针状铁素体形成，另一方面也会净化焊缝金属，提高综合性能。优选其含量为5-10%。

添加氟化钾、长石、石英和萤石等氟化物主要用于产生氟离子，并与焊接过程中的氢离子发生反应，以降低焊缝金属的残余氢。优选含量分别是：2-10%，3-8%，0.1-1.5%和0.5-2.0%。

添加氧化钾和碳酸钠主要是用于控制电弧稳定性，优选含量分别是0.1-1.0%和0.1-1.0%。

本发明药芯焊丝的铁皮经过电炉或转炉冶炼、连铸和轧制等工序制成；然后按比例要求配制药粉，并用铁皮将药粉包裹、卷制、拉拔成一定直径的焊丝；然后进行焊接试验、即可制得焊缝金属。焊缝金属中形成的大量细小、呈弥散状态分布的氧化物颗粒，促进了针状铁素体形核，以保证焊缝具有优异的低温韧性。

与现有技术相比，本发明焊丝的有益效果至少在于：

1.采用含有钇萤石药粉的药芯焊丝，有效降低了焊缝金属中的扩散氢含量，可将其从普通焊丝制得焊缝金属的5-15ml/100g降低到3ml/100g以下；

2.焊缝金属的镍钼钇合金设计，确保了高强度、高韧性和良好的耐腐蚀性能，其耐蚀性能与现有技术的3.5%Ni焊丝相当；

3.本发明药芯焊丝制得的焊缝金属的抗拉强度≥700MPa，-40℃冲击韧性≥50J,高于目前现有低氢焊丝技术的性能水平。

具体实施方式

以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：

采用厚度0.8mm的低碳钢铁皮，其化学成分含有：C0.03%，Si0.07%，Mn0.65%，P0.012%，S0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述药粉包括：镍粉8%，锰铁粉9%，钼铁粉1.5%，钛铁粉2.5%，铁钇粉8%，铁硅粉1.5%，氟化钾6%，长石5%，石英0.6%，萤石1.5%，碳酸钠0.4%，氧化钾0.4%，余下为铁粉。经过填充、卷制、拉拔成直径4.0mm的焊丝。

试验母材为60mm厚的船板钢EH56，其屈服强度585MPa,抗拉强度726MPa，延伸率21%，-40℃冲击功为228J。

采用埋弧焊接工艺，焊剂选用SJ101G，焊接坡口为双边V型，角度为45°，无预热，层间温度≤200℃，焊接热输入量为38kJ/cm，多道多层焊。焊后放置48小时，然后超声探伤，未发现缺陷。

经检验：采用气相色谱法测定焊缝金属的扩散氢含量为2.3ml/100g。

焊缝金属的抗拉强度为746MPa，延伸率为21%，-40℃冲击功为106J。

实施例2：

采用厚度0.8mm的低碳钢铁皮，其化学成分含有：C0.04%，Si0.08%，Mn0.62%，P0.011%，S0.004%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述药粉包括：镍粉9%，锰铁粉7%，钼铁粉1.3%，钛铁粉2.1%，铁钇粉9%，铁硅粉1.3%，氟化钾7%，长石6%，石英0.8%，萤石1.1%，碳酸钠0.6%，氧化钾0.3%，余下为铁粉。经过填充、卷制、拉拔成直径3.2mm的焊丝。

试验母材为80mm厚的海工钢EQ56，其屈服强度578MPa,抗拉强度718MPa，延伸率21%，-40℃冲击功为212J。

采用埋弧焊接工艺，焊剂选用SJ101G，焊接坡口为双边V型，角度为45°，无预热，层间温度≤200℃，焊接热输入量为45kJ/cm，多道多层焊。焊后放置48小时，然后超声探伤，未发现缺陷。

经检验：采用气相色谱法测定焊缝金属扩散氢含量为2.5ml/100g。

焊缝金属的抗拉强度为732MPa，延伸率为21%，-40℃冲击功为116J。

实施例3：

采用厚度0.8mm的低碳钢铁皮，其化学成分含有：C0.03%，Si0.09%，Mn0.68%，P0.008%，S0.003%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述药粉包括：镍粉12%，锰铁粉6%，钼铁粉2.1%，钛铁粉1.2%，铁钇粉6%，铁硅粉2.2%，氟化钾3%，长石7%，石英1.3%，萤石1.2%，碳酸钠0.8%，氧化钾0.2%，余下为铁粉。经过填充、卷制、拉拔成直径4.0mm的焊丝。

试验母材为30mm厚的海工机械用钢Q550E，其屈服强度568MPa,抗拉强度736MPa，延伸率21%，-40℃冲击功为242J。

采用埋弧焊接工艺，焊剂选用SJ101G，焊接坡口为双边V型，角度为40°，无预热，层间温度≤200℃，焊接热输入量为40kJ/cm，多道多层焊。焊后放置48小时，然后超声探伤，未发现缺陷。

经检验：采用气相色谱法测定焊缝金属扩散氢含量2.2ml/100g。

焊缝金属的抗拉强度为728MPa，延伸率为21%，-40℃冲击功为124J。

通过以上实施例可知，采用本发明药芯焊丝制得的焊缝金属的扩散氢含量≤3ml/100g，抗拉强度≥700MPa，-40℃冲击韧性≥50J，可广泛应用于船舶海工等领域，解决了高强度、高韧性和低焊接裂纹敏感性的传统矛盾。

Claims

1.一种高强度超低氢药芯焊丝，包括碳素钢包皮及内部药芯粉，其特征在于：以重量百分比计，碳素钢铁芯成分包括：C0.02-0.10%，Si0.05-0.35%，Mn0.50-1.50%，P≤0.015%，S≤0.010%，余量为Fe及不可避免杂质；内部药芯粉包括：镍粉5-15%，锰铁粉5-10%，钼铁粉0.5-2.5%，钛铁粉0.5-3.0%，铁钇粉5-10%，铁硅粉0.5-2.5%，氟化钾2-10%，长石3-8%，石英0.1-1.5%，萤石0.5-2.0%，碳酸钠0.1-1.0%，氧化钾0.1-1.0%，余下为铁粉。

2.根据权利要求1所述的高强度超低氢药芯焊丝，其特征在于：所述氟化钾中KF含量≥80%，镍粉中Ni含量≥95%，锰铁粉中Mn含量≥90%，钛铁粉中Ti含量30-60%，铁钇粉中Y含量15-40%。

3.根据权利要求1所述的高强度超低氢药芯焊丝，其特征在于：所述压药粉中还可含有1-10%的金红石粉。

4.根据权利要求1所述的高强度超低氢药芯焊丝，其特征在于：采用该焊丝制得的埋弧焊缝金属的扩散氢含量≤3ml/100g，抗拉强度≥700MPa，-40℃冲击韧性≥50J。