CN106216882A - 1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝及其生产工艺，药芯焊丝包括钢制外皮和药粉芯，以质量百分比计，所述药粉芯包括以下组分：硅锰合金3～6wt％、硅铁粉3～8wt％、钛铁粉0.5～2.2wt％、氟化物0.01～0.28wt％、锰粉10～19wt％、镍粉10～18wt％、钼铁6～10wt％、铬粉3～8％以及余量的铁粉和不可避免的杂质；其中，所述药粉芯占药芯焊丝总质量的12～18wt％。生产工艺为：将药粉芯的各组分按配比混合均匀后置于钢制外皮上，包裹或卷制成丝并经拉拔减径至预定规格的焊丝，制得所述适用于1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝。

Description

1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝及其生产工艺
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，更具体地讲，涉及一种符合GB/T 17493中E83C-K4要求的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝及其生产工艺。
背景技术
由于高强钢具有高冲击功、高疲劳强度、高的成形性等优点，近年来，抗拉强度为850MPa以上的低合金高强钢被广泛应用于海上采油平台、军工行业、重型机械等领域，但是与其配套的高强钢用药芯焊丝品种却很少，几乎依赖进口。
金属粉型药芯焊丝具有熔敷速度快、电弧稳定、焊缝成形美观、熔渣少等优点。因此，业内对研制适用于1000MPa高强钢的金属粉型药芯焊丝有迫切的需求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种具有良好工艺性能和力学性能的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝及其生产工艺。
本发明的一方面提供了1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药粉芯，以质量百分比计，所述药粉芯包括以下组分：硅锰合金3～6wt％、硅铁粉3～8wt％、钛铁粉0.5～2.2wt％、氟化物0.01～0.28wt％、锰粉10～19wt％、镍粉10～18wt％、钼铁6～10wt％、铬粉3～8％以及余量的铁粉和不可避免的杂质；其中，所述药粉芯占药芯焊丝总质量的12～18wt％。
根据本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的一个实施例，所述钢制外皮为宽度为12～16mm且厚度为0.6～1.0mm的低碳钢钢带。
根据本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的一个实施例，以质量百分比计，所述钢制外皮包括以下成分：C 0.02～0.045wt％、Mn 0.15～0.35wt％、Si 0～0.035wt％、S 0～0.015wt％、P 0～0.017wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
根据本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的一个实施例，以质量百分比计，所述钢制外皮包括以下成分：C 0.029wt％、Mn 0.24wt％、Si 0.013wt％、S 0.004wt％、P0.009wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质
根据本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的一个实施例，所述氟化物为氟化钠、氟硅酸钠和氟铝酸钾中的一种或多种。
根据本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的一个实施例，所述药芯焊丝的直径为1.2～2.4mm。
根据本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的一个实施例，所述硅锰合金中Mn与Si的比值控制为3:1～8:1；所述钼铁为钼含量为50～60wt％的钼铁。
根据本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的一个实施例，所述药芯焊丝的焊接熔敷金属的力学性能为：抗拉强度≥830Mpa、屈服强度≥750Mpa、延伸率≥15％、-50℃冲击≥27J。
本发明的另一方面提供了上述1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的生产工艺，将药粉芯的各组分按配比混合均匀后置于钢制外皮上，包裹或卷制成丝并经拉拔减径至预定规格的药芯焊丝，制得所述适用于1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝。
根据本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的生产工艺的一个实施例，所述钢制外皮为宽度为12～16mm且厚度为0.6～1.0mm的低碳钢钢带；所述预定规格的药芯焊丝直径为1.2～2.4mm；其中，在混合药粉芯的各组分之前，先用80目筛将药粉芯的各组分进行过筛处理。
本发明提供的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝能够在工艺上达到电弧稳定、飞溅小、焊缝成形美观的效果，并且能够有效降低焊接后的熔渣量、实现不清渣连续多层焊接，有利于提高焊接效率；此外，通过短路过渡还可实现立向下焊接等目的；焊接性能上，抗拉强度甚至能够达到1000MPa，并且韧性良好。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面先对本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝进行详细的说明。
根据本发明的示例性实施例，所述1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝包括钢制外皮和药粉芯。优选地，药芯焊丝的直径为1.2～2.4mm。
其中，本发明选用的钢制外皮为宽度为12～16mm且厚度为0.6～1.0mm的低碳钢钢带。根据本发明的一个实施例，以质量百分比计，所述钢制外皮包括以下成分：C 0.02～0.045wt％、Mn 0.15～0.35wt％、Si 0～0.035wt％、S 0～0.015wt％、P 0～0.017wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。更优选地，钢制外皮包括以下成分：C 0.029wt％、Mn0.24wt％、Si 0.013wt％、S 0.004wt％、P 0.009wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
根据本发明，本发明的药芯粉主要包括纯金属粉、铁合金粉与氟化物。具体地，以质量百分比计，所述药粉芯包括以下组分：硅锰合金3～6wt％、硅铁粉3～8wt％、钛铁粉0.5～2.2wt％、氟化物0.01～0.28wt％、锰粉10～19wt％、镍粉10～18wt％、钼铁6～10wt％、铬粉3～8％以及余量的铁粉和不可避免的杂质；其中，药粉芯占药芯焊丝总质量的12～18wt％。本发明药芯粉中各组分的主要作用如下：
锰硅合金：锰、硅都是重要的脱氧剂，优选地将Mn与Si的比值控制在3：1～8:1。并且，锰还能与硫形成MnS，能够降低焊缝的杂质含量。采用硅锰合金进行联合脱氧，多次试验确定其含量在3～6wt％时，药芯焊丝的性能较好。
硅铁粉：硅是重要的脱氧剂同时也是焊缝金属重要的合金剂，在焊缝中添加硅，可以使焊缝金属中含氧量减少，针状铁素体数量增加及其长宽比发生变化，二次相数增加，硅铁粉的加入对提高焊丝的电弧稳定性也有很好的作用。
钛铁粉：钛铁粉起到脱氧剂的作用。加入适量的钛铁粉增强脱氧，提高焊缝的冲击韧性。
氟化物：氟用来降低熔敷金属中扩散氢的含量，但氟化物含量过高，会造成焊接时电弧不稳、飞溅变大、电弧声音变差，优选地控制为0.01～0.28wt％。其中，本发明选用的氟化物为氟化钠、氟硅酸钠和氟铝酸钾中的一种或多种。
锰粉：在焊缝中增加锰一方面加强脱氧，一方面增加了针状铁素体的数量，同时相应减少了先共析铁素体和层状组分的数量，细化了焊缝的针状铁素体和粗晶区的显微组织，提高了焊缝的冲击韧性。
镍粉：作为焊缝金属中镍的主要来源。镍是焊缝金属中重要的合金元素，对提高强度有一定的贡献，但作用有限，最主要的作用是可有效提高焊缝金属的低温韧性，降低韧脆转变温度。在本药芯焊丝的药芯中含量过低对强度和低温韧性均不利，含量过高对强度和低温韧性也无益，同时会增大热裂敏感性。考虑到不同填充率的影响，限定药粉芯中镍粉的含量为10～18wt％为佳。
钼铁：作为焊缝金属中钼的主要来源。钼是焊缝金属中重要的强化元素。在本发明药芯焊丝的药芯中含量过低会导致焊缝金属强度不足，含量过高会导致强度过高、韧性恶化。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中钼铁含量为6～10wt％，优选钼含量为50～60wt％的钼铁。
铬粉：铬能增加组织的淬透性，提高抗拉强度，与镍配合能显著提高焊缝金属的强度和韧性，一定量的铬还能促进贝氏体转变，但是过量的铬会降低焊缝金属的韧性和延伸率，优选铬粉含量为3～8wt％。
铁粉：药芯中加入铁粉可提高焊接效率和提供少量的氧用于稳弧，为了保证高的熔敷效率、铁粉主要来源于还原铁粉或雾化铁粉。
本发明是通过上述药粉芯成分的有机组配并与低碳钢钢带外皮配合从而实现本发明的发明目的和技术效果。
本发明药芯焊丝焊接后的焊接熔敷金属的力学性能可达到：抗拉强度≥830Mpa、屈服强度≥750Mpa、延伸率≥15％、-50℃冲击≥27J，有效地提高了焊缝整体性能，解决了焊缝金属低温韧性不足的问题。
接下来对上述1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的生产工艺进行具体描述。
根据本发明的示例性实施例，生产工艺为：将药粉芯的各组分按配比混合均匀后置于钢制外皮上，包裹或卷制成丝并经拉拔减径至预定规格的药芯焊丝，制得所述适用于1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝。
其中，钢制外皮为宽度为12～16mm且厚度为0.6～1.0mm的低碳钢钢带；预定规格的药芯焊丝直径为1.2～2.4mm。
应理解，本发明详述的上述实施方式及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
下面结合具体实施例对本发明1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝及其生产工艺作进一步说明。
实施例1：
采用(宽×厚)14mm×0.8mm的低碳钢钢带作为药芯焊丝的钢制外皮，其化学成分为：C 0.029wt％、Mn 0.24wt％、Si 0.013wt％、S 0.004wt％、P 0.009wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
以配制生产100Kg药芯焊丝为例，本实施例中的药粉芯占整个药芯焊丝总质量的14.5wt％，即药粉芯重量为14.5Kg；其中，药粉芯中各组分为：锰硅合金0.73kg，硅铁粉0.58kg、钛铁粉0.15kg、氟化钠0.029kg，锰粉1.74kg，镍粉2.03kg，钼铁1.06kg，铬粉0.54kg，以及余量的铁粉；然后将药粉芯的各组分过筛后混合均匀后待用。
将低碳钢钢带置于焊丝成型机内、陆续将待用的药粉芯注入横向弯制成“U”型的钢带凹槽内，进而卷制成丝并经拉拔减径至Φ1.2mm即得到1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝。
实施例2：
药芯焊丝的钢制外皮与实施例1相同。
以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药粉芯占整个药芯焊丝总质量的15.5wt％，即药粉芯重量为15.5kg；其中，药粉芯中各组分为：锰硅合金0.78kg，硅铁粉0.62kg、钛铁粉0.16kg、氟硅酸钠0.03kg、锰粉1.86kg，镍粉2.17kg，钼铁1.09kg，铬粉0.57kg，以及余量的铁粉；然后将药粉芯中各组分过筛后混合均匀后待用。
将低碳钢钢带置于焊丝成型机内、陆续将待用的药粉芯注入横向弯制成“U”型的钢带凹槽内，进而卷制成丝并经拉拔减径至Φ1.6mm即得到1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝。
实施例3：
药芯焊丝的钢制外皮与实施例1相同。
以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药粉芯占整个药芯焊丝总质量的14.5wt％，即药粉芯重量为14.5Kg；其中，药粉芯中各组分为：锰硅合金1.02kg，硅铁粉0.44kg、钛铁粉0.15kg、氟铝酸钾0.03kg、锰粉1.60kg，镍粉2.03kg，钼铁1.16kg，铬粉0.58kg，以及余量的铁粉；然后将药粉芯中各组分过筛后混合均匀后待用。
将低碳钢钢带置于焊丝成型机内、陆续将待用的药粉芯注入横向弯制成“U”型的钢带凹槽内，进而卷制成丝并经拉拔减径至Φ1.2mm即得到1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝。
实施例1至3制得的药芯焊丝在焊接时电弧稳定、基本无飞溅且脱渣性良好，全位置焊接性能优良，焊缝成型美观，焊道高度适中。表1示出了实施例1至3制得的药芯焊丝焊接后的焊接熔敷金属化学成分，表2示出了实施例1至3制得的药芯焊丝焊接后的焊接熔敷金属力学性能。
表1实施例1至3制得的药芯焊丝焊接后的焊接熔敷金属化学成分(wt％)
表2实施例1至3制得的药芯焊丝焊接后的焊接熔敷金属力学性能
由表1至表2可以看出，当填充率、原材料等做适当调整时，焊后熔敷金属的化学成分和力学性能均满足GB/T 17493中E83C-K4的要求。在强度达到1000MPa时，仍然具有良好的低温冲击韧性，且扩散氢含量极低，采用水银法测试的结果≤4ml/100g。
综上所述，采用本发明的药芯焊丝焊接后熔敷金属的抗拉强度可达830Mpa以上，屈服强度可达750Mpa以上，延伸率可达15％以上，-50℃冲击强度可达27J以上，有效地提高了焊缝整体性能，解决了焊缝金属低温韧性不足的问题。此外，焊接后几乎无渣，可以不清渣连续焊接4层。并且焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，采用短路过渡可以实现立向上焊接。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药粉芯，其特征在于，以质量百分比计，所述药粉芯包括以下组分：硅锰合金3～6wt％、硅铁粉3～8wt％、钛铁粉0.5～2.2wt％、氟化物0.01～0.28wt％、锰粉10～19wt％、镍粉10～18wt％、钼铁6～10wt％、铬粉3～8％以及余量的铁粉和不可避免的杂质；其中，所述药粉芯占药芯焊丝总质量的12～18wt％。
2.根据权利要求1所述的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述钢制外皮为宽度为12～16mm且厚度为0.6～1.0mm的低碳钢钢带。
3.根据权利要求1所述的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，以质量百分比计，所述钢制外皮包括以下成分：C 0.02～0.045wt％、Mn0.15～0.35wt％、Si 0～0.035wt％、S 0～0.015wt％、P 0～0.017wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，以质量百分比计，所述钢制外皮包括以下成分：C 0.029wt％、Mn 0.24wt％、Si 0.013wt％、S0.004wt％、P 0.009wt％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述氟化物为氟化钠、氟硅酸钠和氟铝酸钾中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的直径为1.2～2.4mm。
7.根据权利要求1所述的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述硅锰合金中Mn与Si的比值控制为3:1～8:1；所述钼铁为钼含量为50～60wt％的钼铁。
8.根据权利要求1所述的1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的焊接熔敷金属的力学性能为：抗拉强度≥830Mpa、屈服强度≥750Mpa、延伸率≥15％、-50℃冲击≥27J。
9.如权利要求1至8中任一项所述1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的生产工艺，其特征在于，将药粉芯的各组分按配比混合均匀后置于钢制外皮上，包裹或卷制成丝并经拉拔减径至预定规格的药芯焊丝，制得所述适用于1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝。
10.根据权利要求9所述1000MPa高强钢用金属粉型药芯焊丝的生产工艺，其特征在于，所述钢制外皮为宽度为12～16mm且厚度为0.6～1.0mm的低碳钢钢带；所述预定规格的药芯焊丝直径为1.2～2.4mm；其中，在混合药粉芯的各组分之前，先用80目筛将药粉芯的各组分进行过筛处理。
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