CN106078006B - 一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝 - Google Patents

一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝，该焊丝由药芯粉和包裹药芯粉的低碳钢带组成，药芯粉由金红石粉、氟化稀土、雾化硅铁粉、低碳锰铁粉、铝镁合金粉、金属钛粉、金属镍粉、金属铬粉、金属钼粉、氧化铝粉、石英粉，其余为铁粉和不可避免的杂质。本发明的药芯粉中氟化稀土中的Re与雾化硅铁中微量的钙形成联合作用，细化了焊缝金属夹杂物的尺寸，Al‑Mg‑Ti联合作用，使夹杂物的成分利于形核针状铁素体，增加针状铁素体的含量，使组织细化，从而具有较好的低温冲击韧性，‑40℃冲击功平均值达到80J以上。

Description

一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝
技术领域
本发明涉及到金属焊接领域所用的焊丝，具体的说是一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝。
背景技术
近年来，随着海洋工程装备市场的蓬勃发展，国内对海洋工程装备用钢配套焊接材料的需求也越来越迫切。海洋工程结构服役于不同的海水中，自然条件恶劣，对焊接材料提出更高的要求，需要拥有良好的低温韧性和良好的抗裂性。普通药芯焊丝扩散氢高，存储过程中易吸潮，扩散氢含量一般大于5ml/100g，增加了冷裂纹产生率，对海洋工程装备造成隐患，且屈服强度为550MPa的高强钢用药芯焊丝不易实现强韧性匹配，焊缝金属在满足强度要求的同时，-40℃以下的低温韧性不能够满足使用要求。
专利申请号201510378935.8、公开号CN 104959748A公开了一种海洋工程用低温高强钢药芯焊丝，其屈服强度在500MPa左右，抗拉强度小于670MPa，且为有缝药芯焊丝，焊丝在使用过程中易吸潮，不易储存；
专利申请号201410809681.6、公开号CN 104526188A 公开了一种可供海洋工程装备用的无缝药芯焊丝，其屈服强度达到490MPa，不满足550MPa高强钢的使用要求；
专利申请号201310628417.8、公开号CN 103878501A公开了一种高强钢用金属粉芯型无缝药芯焊丝，用于焊接屈服强度超过690MPa的高强钢，且不适用于全位置焊接；
也就是说，现有技术中没有相关的采用100%CO2气体保护，适用于海洋工程用550MPa高强钢配套的无缝药芯焊丝。
发明内容
为解决使用一般的药芯焊丝进行高强钢的焊接时，熔敷金属扩散氢不易达到H5的水平，使氢致裂纹产生的几率大大增加的问题，本发明提供了一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝，使用该焊丝在CO2气体保护的条件下焊接屈服强度达到550MPa的高强钢，具有超低扩散氢，良好的工艺性能和优异的低温韧性，适用于全位置焊接。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝，该焊丝由药芯粉和包裹药芯粉的低碳钢带组成，所述药芯粉按照质量百分比，由25-45%的金红石粉、1-3%的氟化稀土、3-5%的雾化硅铁粉、4-8%的低碳锰铁粉、2-4%的铝镁合金粉、3-5%的金属钛粉、15-20%的金属镍粉、3-6%的金属铬粉、2-5%的金属钼粉、2-5%的氧化铝粉、2-5%的石英粉，其余为铁粉和不可避免的杂质。
所述药芯粉占焊丝总质量的12-16%。
所述药芯粉的粒径不超过40目。
所述低碳锰铁粉中碳含量不超过1%、锰含量为75-90%。
所述铝镁合金粉中铝含量为45-55%，镁含量不低于45%。
所述雾化硅铁中硅含量为70-80%，钙含量低于1%。
本发明中，金红石是主要的造渣剂和电弧稳定剂，加入量以25-45%为宜；
本发明的药芯粉中加入氟化稀土，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具有夹杂物改性的作用，促进组织细化，但是加入量太高对组织转变有不利作用，因此氟化稀土的加入量应控制在1%-3%之间；
本发明的药芯粉中加入雾化硅铁主要目的在于脱氧，与Mn联合脱氧，使大部分脱氧产物进入熔渣，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，雾化硅铁的加入量控制在3%-5%；此外雾化硅铁中微量的Ca与氟化稀土中的稀土元素联合作用，细化组织中夹杂物的尺寸。
本发明的药芯粉中加入低碳锰铁，主要目的在于脱氧，其次增加熔敷金属的强度，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，因此低碳锰铁的加入量为4%-8%；
本发明的药芯粉中加入铝镁合金，主要目的在于脱氧，改变夹杂物的成分，促进针状铁素体的形核以提高低温韧性，但是铝镁合金加入量过高，引起电弧不稳，脱渣困难，因此铝镁合金的加入量为2%-4%；
本发明的药芯粉中加入钛粉，主要目的在于改善夹杂物的尺寸分布和化学成分，含Ti的夹杂物易形核针状铁素体，提高低温韧性；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，钛粉的加入量宜控制在3%-5%；
本发明的药芯粉中加入镍粉、铬粉和钼粉，主要目的在于提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性，镍粉的加入量为15%-20%，铬粉的加入量为3%-6%，钼粉的加入量为2%-5%，三种元素含量在这一范围内能够获得较好的强韧性匹配，即显著提升焊缝金属强度的同时还可保证良好的低温冲击韧性；
本发明的药芯粉中加入氧化铝和石英，主要目的是调节渣的熔点和粘度，改善焊缝成型，适于全位置焊接。
本发明最终产品焊丝的直径可以制成1.0mm、1.2 mm、1.4mm等。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1）焊丝焊接工艺性能好，可全位置焊接；
2）由于药芯粉中加入了15-20%的金属镍粉和3%-6%的铬粉、2%-5%的钼粉，使熔敷金属屈服强度达到550MPa，抗拉强度达到670MPa以上；
3）药芯粉中氟化稀土中的Re与雾化硅铁中微量的钙形成联合作用，细化了焊缝金属夹杂物的尺寸，Al-Mg-Ti联合作用，使夹杂物的成分利于形核针状铁素体，增加针状铁素体的含量，使组织细化，从而具有较好的低温冲击韧性，-40℃冲击功平均值达到80J以上；
4）由于本焊丝为无缝药芯焊丝，熔敷金属扩散氢低，小于4ml/100g；
5）本药芯焊丝表面可以镀铜，提高导电能力，送丝稳定，利于自动化焊接。
附图说明
图1为实施例中熔敷金属力学性能表；
图2为实施例中熔敷金属扩散氢数值表。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝，该焊丝由药芯粉和包裹药芯粉的低碳钢带组成，所述药芯粉按照质量百分比，由25%的金红石粉、3%的氟化稀土、5%的雾化硅铁粉、8%的低碳锰铁粉、3%的铝镁合金粉、3%的金属钛粉、18%的金属镍粉、6%的金属铬粉、2%的金属钼粉、5%的氧化铝粉、5%的石英粉，其余为铁粉和不可避免的杂质。
实施例2
一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝，该焊丝由药芯粉和包裹药芯粉的低碳钢带组成，所述药芯粉按照质量百分比，由35%的金红石粉、1%的氟化稀土、4%的雾化硅铁粉、6%的低碳锰铁粉、4%的铝镁合金粉、4%的金属钛粉、20%的金属镍粉、5%的金属铬粉、5%的金属钼粉、2%的氧化铝粉、2%的石英粉，其余为铁粉和不可避免的杂质。
实施例3
一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝，该焊丝由药芯粉和包裹药芯粉的低碳钢带组成，所述药芯粉按照质量百分比，由45%的金红石粉、2%的氟化稀土、3%的雾化硅铁粉、4%的低碳锰铁粉、2%的铝镁合金粉、5%的金属钛粉、15%的金属镍粉、3%的金属铬粉、3%的金属钼粉、3%的氧化铝粉、3%的石英粉，其余为铁粉和不可避免的杂质。
以上实施例中所用到的各成分具体限定如下：
所述药芯粉占焊丝总质量的12-16%；
所述药芯粉的粒径不超过40目；
所述低碳锰铁粉中碳含量不超过1%、锰含量为75-90%；
所述铝镁合金粉中铝含量为45-55%，镁含量不低于45%；
所述雾化硅铁中硅含量为70-80%，钙含量低于1%。
利用实施例1的药芯粉制成填充率为12%、直径为1.0mm的焊丝，利用实施例2的药芯粉制成填充率为16%、直径为1.2mm的焊丝，利用实施例3的药芯粉制成填充率为14%、直径为1.4mm的焊丝，然后分别进行熔敷金属力学性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T17493-1998《低合金钢药芯焊丝》进行，采用的保护气体和焊接规范如下所述：保护气体采用100%CO2，接入直流反接式电源进行焊接操作，实施例1、2、3焊接电流200A～280A，焊接电压22～32V，焊接速度20～50cm/min，100～150℃的预热和道间温度，按照中国国家标准GB/T 3965-2012《熔敷金属中扩散氢测定方法》对焊接的熔敷金属扩散氢含量进行测量，各熔敷金属的性能如附图1和2所示。

Claims (3)

1.一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝，该焊丝由药芯粉和包裹药芯粉的低碳钢带组成，其特征在于：所述药芯粉按照质量百分比，由25-45%的金红石粉、1-3%的氟化稀土、3-5%的雾化硅铁粉、4-8%的低碳锰铁粉、2-4%的铝镁合金粉、3-5%的金属钛粉、15-20%的金属镍粉、3-6%的金属铬粉、2-5%的金属钼粉、2-5%的氧化铝粉、2-5%的石英粉，其余为铁粉和不可避免的杂质，所述低碳锰铁粉中碳含量不超过1%、锰含量为75-90%，所述铝镁合金粉中铝含量为45-55%，镁含量不低于45%。
2.根据权利要求1所述的一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝，其特征在于：所述药芯粉占焊丝总质量的12-16%。
3.根据权利要求1所述的一种550MPa高强钢用超低氢高韧性无缝药芯焊丝，其特征在于：所述药芯粉的粒径不超过40目。
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