CN106624445A - 耐腐蚀钢用药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种耐腐蚀钢用药芯焊丝，包括低碳钢外皮和药芯，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：TiO2 15～25％、KF 2～6％、二氧化硅4～10％、二氧化锆0.4～0.8％、钛铁合金3～6％、石墨5～10％、碳化硼3～7％、硅锰合金2～8％、镍6～10％、氧化铝2～6％、三氧化二铁0.5～1.5％与铜0.5～2.5％，余量为铁粉；所述药芯的填充率为30～40％。该药芯焊丝电弧稳定性好、飞溅少、烟尘小、脱渣容易，适用于焊接硫化氢腐蚀和海水腐蚀环境服役的耐蚀钢。

Description

耐腐蚀钢用药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀钢用药芯焊丝。
背景技术
随着国民经济的发展，我国对能源的需求越来越大，由于国际原油价格的迅速攀高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。国家在投入大量人力财力进行海洋装备系统开发的同时，对于油气输送用钢，也提出了更高的要求。
油气运输中既有硫化氢腐蚀，又有海水腐蚀，因此要求钢板具有良好的抗硫化氢腐蚀能力，同时具有良好的抗海水腐蚀能力。药芯焊丝作为一种钢板焊接的重要焊接材料，在配套耐蚀钢焊接的过程中，要求其焊缝金属不仅具有高强度、高韧性的特点，而且具有良好的抗硫化氢腐蚀以及耐海水腐蚀的能力，因此，研制一种既抗硫化氢腐蚀又耐海水腐蚀的药芯焊丝，对于推动我国油气建设具有重要的作用，目前现有技术中还没有完全符合上述要求的药芯焊丝。
发明内容
本发明提出一种耐腐蚀钢用药芯焊丝，该药芯焊丝电弧稳定性好、飞溅少、烟尘小、脱渣容易，适用于焊接硫化氢腐蚀和海水腐蚀环境服役的耐蚀钢。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种耐腐蚀钢用药芯焊丝，包括低碳钢外皮和药芯，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 15～25％、KF 2～6％、二氧化硅4～10％、二氧化锆0.4～0.8％、钛铁合金3～6％、石墨5～10％、碳化硼3～7％、硅锰合金2～8％、镍6～10％、氧化铝2～6％、三氧化二铁0.5～1.5％与铜0.5～2.5％，余量为铁粉；所述药芯的填充率为30～40％。
进一步，所述锰硅合金中锰的含量为65～75％。
进一步，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 20％、KF 3％、二氧化硅5％、二氧化锆0.6％、钛铁合金4％、石墨6％、碳化硼5％、硅锰合金6％、镍8％、氧化铝4％、三氧化二铁1％与铜1.5％，余量为铁粉。
进一步，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 15％、KF 6％、二氧化硅10％、二氧化锆0.4％、钛铁合金3％、石墨10％、碳化硼3％、硅锰合金2％、镍10％、氧化铝2％、三氧化二铁0.5％与铜2.5％，余量为铁粉。
进一步，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 25％、KF 3％、二氧化硅4％、二氧化锆0.8％、钛铁合金4％、石墨6％、碳化硼7％、硅锰合金8％、镍6％、氧化铝6％、三氧化二铁1.2％与铜0.6％，余量为铁粉。
进一步，药芯焊丝的直径为1.6mm。
进一步地，所述低碳钢外皮包括以下组分，以全部焊丝的重量百分比计，分别为：
C：0.01-0.10％；Mn：0.1-0.4％；Si：0.01-0.03％；S：0.005-0.015％；P：0.005-0.015％；余量为铁。
二氧化钛：主要作用是稳弧、造渣，调整熔渣物理性能，改善焊缝成型和减少飞溅。若含量过低，则不易形成短渣，对立、横位置焊不利；若含量太高，则明显影响综合力学性能。
钼铁：钼细化焊缝金属晶粒尺寸，能显著提高焊缝金属强度，但过高会影响焊缝金属韧性。为了控制过渡到焊缝金属的钼含量，主要来源于钼铁。Mo能显著提高焊缝金属强度，主要来源于钼铁。钼铁占焊丝总重量的0.1～0.3％。但大于0.3％会影响焊缝金属韧性，小于0.1％时对其强度影响不大。
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、主要来源于还原铁粉或雾化铁粉。
SiO2是一种酸性物质，降低了碱度，能影响抗气孔能力，SiO2参与造渣，调整渣的凝固点、表面张力及熔渣高温粘度，对焊缝成形的控制非常重要。
氧化铝是高熔点物质，在配方中使用，提高熔渣表面张力的提高熔渣温度，起到改善焊缝成型起着稳弧、造渣的作用。
三氧化二铁，在配方中使用，提高熔渣表面张力的提高熔渣温度，起到改善焊缝成型起着稳弧、造渣的作用。
KF可以去氢，加入量大时电弧稳定性不好，增加焊接飞溅和烟尘，加入量少去氢能力不足，容易出现气孔压坑。
Ni作为抗腐蚀元素加入，同时Ni对提高低温冲击韧性有利。但Ni含量过高则会增大热裂敏感性。
钛铁合金中Ti的质量百分比为25.0～35.0％，作为主要脱氧剂加入，同时过渡Ti元素，细化晶粒。
碳化硼与其他组分协调作用，增强药芯焊丝的耐腐蚀性能。
本发明的有益效果：
1、本发明的耐腐蚀钢用药芯焊丝，其焊接工艺性能良好，电弧稳定性好、飞溅少、烟尘小、脱渣容易、焊缝正反面成型好。
2、具有优良焊接工艺性能。保证焊缝具有高强度、高韧性、扩散氢含量低(水银法平均值4.8ml/100g)。
3、焊丝具有良好的力学性能，熔敷金属韧性良好，抗拉强度大于610MPa，延伸率大于28％，-20℃冲击吸收能量达到75J。
4、按照NACE TM 0284-2003标准要求的抗HIC要求进行检测，裂纹敏感率(CSR)≤2％，裂纹长度率(CLR)≤13％，裂纹厚度率(CTR)≤4％；按照NACE TM 0177-2005标准A方法标准进行拉伸试验，试验使用纯氮、硫化氢气体，采用分析纯化学剂，溶液由溶解在蒸馏水中的5.0％的氯化钠和0.5％的冰醋酸组成，试验按照标准进行720h，加载比例为材料的90％最小屈服强度，试样无任何开裂和裂纹产生；按照《中国船级社原油油船货油舱耐腐蚀钢材检验指南》对焊接接头进行耐腐蚀试验，其中模拟上甲板工况条件的试验进行98天，模拟内底工况条件的试验进行180h，母材和焊缝金属之间无不连续表面(如呈阶梯状)，满足耐蚀要求。
具体实施方式
实施例1
一种耐腐蚀钢用药芯焊丝，包括低碳钢外皮和药芯，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 15％、KF 6％、二氧化硅10％、二氧化锆0.4％、钛铁合金3％、石墨10％、碳化硼3％、硅锰合金2％、镍10％、氧化铝2％、三氧化二铁0.5％与铜2.5％，余量为铁粉。
本实施例焊接参数：I＝340-350A、U＝32-33V、气体流量25L/min、采用CO2气体保护，CO2气体纯度99.98％以上，其焊丝熔敷金属化学成分见表1，熔敷金属力学性能见表2：
表1熔敷金属化学成分(wt％)
C Mn Si S P Ni Mo
0.073 1.33 0.32 0.0082 0.015 0.015 0.13
表2熔敷金属力学性能
抗拉强度(MPa) 屈服点(MPa) 延伸率(％) -20℃冲击功(J)
612 452 29 76
实施例2
一种耐腐蚀钢用药芯焊丝，包括低碳钢外皮和药芯，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 20％、KF 3％、二氧化硅5％、二氧化锆0.6％、钛铁合金4％、石墨6％、碳化硼5％、硅锰合金6％、镍8％、氧化铝4％、三氧化二铁1％与铜1.5％，余量为铁粉。
其余与实施例1相同，其焊丝熔敷金属化学成分见表3，熔敷金属力学性能见表4：
表3熔敷金属化学成分(wt％)
C Mn Si S P Ni Mo
0.082 1.36 0.28 0.0082 0.011 0.014 0.13
表2熔敷金属力学性能
抗拉强度(MPa) 屈服点(MPa) 延伸率(％) -20℃冲击功(J)
616 462 30 80
实施例3
一种耐腐蚀钢用药芯焊丝，包括低碳钢外皮和药芯，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 25％、KF 3％、二氧化硅4％、二氧化锆0.8％、钛铁合金4％、石墨6％、碳化硼7％、硅锰合金8％、镍6％、氧化铝6％、三氧化二铁1.2％与铜0.6％，余量为铁粉。
其余与实施例1相同，其焊丝熔敷金属化学成分见表5，熔敷金属力学性能见表6：
表5熔敷金属化学成分(wt％)
C Mn Si S P Ni Mo
0.084 1.32 0.28 0.0081 0.011 0.013 0.12
表6熔敷金属力学性能
实施例4
实施例1-6所制备的药芯焊丝的对接接头耐腐蚀性能。其中模拟上甲板工况条件的试验进行98天，模拟内底工况条件的试验进行180h，见表7。
表7焊接接头耐腐蚀试验
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐腐蚀钢用药芯焊丝，包括低碳钢外皮和药芯，其特征在于，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 15～25％、KF 2～6％、二氧化硅4～10％、二氧化锆0.4～0.8％、钛铁合金3～6％、石墨5～10％、碳化硼3～7％、硅锰合金2～8％、镍6～10％、氧化铝2～6％、三氧化二铁0.5～1.5％与铜0.5～2.5％，余量为铁粉；所述药芯的填充率为30～40％。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢用药芯焊丝，其特征在于，所述锰硅合金中锰的含量为65～75％。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢用药芯焊丝，其特征在于，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 20％、KF 3％、二氧化硅5％、二氧化锆0.6％、钛铁合金4％、石墨6％、碳化硼5％、硅锰合金6％、镍8％、氧化铝4％、三氧化二铁1％与铜1.5％，余量为铁粉。
4.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢用药芯焊丝，其特征在于，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 15％、KF 6％、二氧化硅10％、二氧化锆0.4％、钛铁合金3％、石墨10％、碳化硼3％、硅锰合金2％、镍10％、氧化铝2％、三氧化二铁0.5％与铜2.5％，余量为铁粉。
5.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢用药芯焊丝，其特征在于，按照重量百分数计算，以药芯总重量为基准，所述药芯的组分为：
TiO2 25％、KF 3％、二氧化硅4％、二氧化锆0.8％、钛铁合金4％、石墨6％、碳化硼7％、硅锰合金8％、镍6％、氧化铝6％、三氧化二铁1.2％与铜0.6％，余量为铁粉。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的耐腐蚀钢用药芯焊丝，其特征在于，所述铁粉的硫质量百分含量低于0.008％，磷质量百分含量低于0.008％。
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