CN107262962A - 一种管线钢用高强度耐低温药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：C、Be、Si、Al、Mn、Ni、Cr、Cu、Ti、Sr、Mo、W、V、Nb、Zr、Nd、Sc、B、Ce、Eu、Y，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明提出的一种管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其配方合理，电弧稳定性好，焊缝成型美观，焊接接头具有强度高、耐低温性与抗抗冲击性好，与母材结合强度大且性能稳定。

Description

一种管线钢用高强度耐低温药芯焊丝
技术领域
本发明涉及焊丝技术领域，尤其涉及一种管线钢用高强度耐低温药芯焊丝。
背景技术
管线钢是一种管线用的钢板，在使用过程中，要求较高的耐压强度、低温韧性和优良的焊接性能。为降低远距离油气运输成本，管线钢的强度级别不断提升。药芯焊丝作为一种新型焊接材料，具有焊接设备简便、焊接效果好等特点，被广泛应用于油气管线、桥梁建筑、汽车制造和石油化工等领域。焊接质量的好坏、焊接效率的高低是由焊接材料、焊接工艺决定的，目前X120级管线钢用药芯焊丝还存在成分配置不合理，其电弧稳定性差，强度与耐低温性尚不能满足X120级管线钢的要求。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其配方合理，电弧稳定性好，焊缝成型美观，焊接接头具有强度高、耐低温性与抗抗冲击性好，与母材结合强度大且性能稳定。
本发明提出的一种管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：C：0.12-0.28％、Be：0.15-0.4％、Si：1.2-1.8％、Al：0.1-0.4％、Mn：1.2-1.8％、Ni：0.2-0.6％、Cr：12.5-15％、Cu：0.25-0.5％、Ti：0.25-0.55％、Sr：0.02-0.06％、Mo：0.5-2％、W：0.1-0.3％、V：0.15-0.4％、Nb：0.04-0.1％、Zr：0.01-0.035％、Nd：0.1-0.18％、Sc：0.04-0.1％、B：0.001-0.006％、Ce：0.15-0.3％、Eu：0.05-0.15％、Y：0.05-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。
具体实施方式中，C的质量分数可以为0.14％、0.16％、0.2％、0.23％、0.26％，Be的质量分数可以为0.2％、0.25％、0.3％、0.35％，Si的质量分数可以为1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％，Al的质量分数可以为0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％，Mn的质量分数可以为1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％，Ni的质量分数可以为0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％，Cr的质量分数可以为13％、13.5％、14％、14.5％，Cu的质量分数可以为0.3％、0.35％、0.4％、0.45％，Ti的质量分数可以为0.34％、0.38％、0.4％、0.43％、0.46％，Sr的质量分数可以为0.03％、0.04％、0.05％，Mo的质量分数可以为0.8％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％，W的质量分数可以为0.14％、0.18％、0.22％、0.25％、0.28％，V的质量分数可以为0.2％、0.25％、0.3％、0.35％，Nb的质量分数可以为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％，Zr的质量分数可以为0.015％、0.02％、0.025％、0.03％，Nd的质量分数可以为0.12％、0.14％、0.15％、0.16％，Sc的质量分数可以为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％，B的质量分数可以为0.002％、0.003％、0.004％、0.005％，Ce的质量分数可以为0.18％、0.2％、0.23％、0.25％、0.28％，Eu的质量分数可以为0.07％、0.09％、0.1％、0.12％、0.14％，Y的质量分数可以为0.07％、0.09％、0.1％、0.12％、0.14％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，药芯按质量分数包括以下组分：C：0.15-0.25％、Be：0.2-0.35％、Si：1.4-1.6％、Al：0.2-0.3％、Mn：1.4-1.6％、Ni：0.3-0.5％、Cr：13-14％、Cu：0.3-0.4％、Ti：0.3-0.5％、Sr：0.03-0.05％、Mo：0.8-1.5％、W：0.15-0.25％、V：0.2-0.3％、Nb：0.06-0.08％、Zr：0.02-0.03％、Nd：0.12-0.16％、Sc：0.06-0.08％、B：0.003-0.004％、Ce：0.2-0.25％、Eu：0.08-0.12％、Y：0.08-0.12％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，Mn、Ni、Cu在药芯中的质量分数满足以下关系式：2.1％≤Mn+Ni+V≤2.4％。
优选地，Ce、Eu、Y在药芯中的质量分数满足以下关系式：0.38％≤Ce+Eu+Y≤0.46％。
优选地，C、Ti、Nb、Zr满足以下关系式：MC＝0.2×MTi+MNb+MZr+R，其中，R＝0.01％～0.05％，MC、MTi、MNb、MZr分别为C、Ti、Nb、Zr在药芯中的质量分数。
优选地，焊接工艺参数为：焊接电压为26-29V，焊接电流为280-300A，送丝速度为500-540mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为25-30mm。
优选地，药芯焊丝的填充率为24.5-25.5％。
优选地，在药芯的组分中，Al是以铝粉的形式加入，且铝粉的粒度为150-180目。
本发明采用常规制备工艺制得。
本发明中通过添加并控制药芯中C、Ti、Nb、Zr的含量，并使C、Ti、Nb、Zr满足MC＝0.2×MTi+MNb+MZr+R的函数关系式，生成硬质相小颗粒TiC、NbC、ZrC，在熔敷金属中弥散分布，促进初生碳化物与异质形核的形成，且有效改善强化相与二次相的析出，破坏熔敷金属组织中的枝晶结构，提高熔敷金属的位错密度，强化熔敷金属中针状铁素体，有效提高熔敷金属焊接接头的强度、韧性、抗抗冲击性与耐低温性；Ti与O结合生成TiO，与药芯中Sr、B配合，变质效果明显，进一步细化熔敷金属的组织与晶粒，改善熔敷金属中夹杂物的形态和分布，进一步提高焊接接头的强度、抗开裂性、抗抗冲击性与耐低温性；通过添加并控制药芯中Mn、Ni、Cu的含量，具有一定的脱氧、脱氮和脱硫效果，增加熔敷金属的淬透性，显著细化组织与晶粒，强化熔敷金属中铁素体并细化珠光体，在提高焊接接头强度、硬度、耐磨性、抗腐蚀性、抗疲劳性的同时不损害其韧性、塑性及其他工艺性能，延长了金属构件的使用寿命；通过添加并控制药芯中Ce、Eu、Y的含量，通过增加Ce、Eu、Y的含量，使药芯焊丝具有良好的脱氧脱氢能力，有效改善熔敷金属中夹杂物的形态和分布，减少出现气孔与裂纹现象，提高药芯焊丝的焊接性能，其电弧稳定性好，飞溅小，焊缝成型美观，脱渣性能好，在熔敷金属生成Fe-Al-RE相、Fe-Ni-RE相、Fe-Si-RE相和Fe-C-Ce相，其中RE为Ce、Eu、Y中的一种，起到弥散强化和细晶强化作用，提高熔敷金属的位错密度，起到均匀组织的作用，改善各向异性性能，进一步细化针状铁素体，使熔敷金属组织致密、纯净，提高与母材的结合强度与性能稳定性，焊接接头耐低温性与抗抗冲击性好，延长金属构件的使用寿命。本发明提出的一种管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其配方合理，电弧稳定性好，焊缝成型美观，焊接接头具有强度高、耐低温性与抗抗冲击性好，与母材结合强度大且性能稳定。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高硬度耐磨性药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：C：0.12％、Be：0.4％、Si：1.2％、Al：0.4％、Mn：1.2％、Ni：0.6％、Cr：12.5％、Cu：0.5％、Ti：0.25％、Sr：0.06％、Mo：0.5％、W：0.3％、V：0.15％、Nb：0.1％、Zr：0.01％、Nd：0.18％、Sc：0.04％、B：0.006％、Ce：0.15％、Eu：0.15％、Y：0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。
实施例2
本发明提出的一种高硬度耐磨性药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：C：0.28％、Be：0.15％、Si：1.8％、Al：0.1％、Mn：1.8％、Ni：0.2％、Cr：15％、Cu：0.25％、Ti：0.55％、Sr：0.02％、Mo：2％、W：0.1％、V：0.4％、Nb：0.04％、Zr：0.035％、Nd：0.1％、Sc：0.1％、B：0.001％、Ce：0.3％、Eu：0.05％、Y：0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。
实施例3
本发明提出的一种高硬度耐磨性药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：C：0.2％、Be：0.23％、Si：1.5％、Al：0.25％、Mn：1.5％、Ni：0.41％、Cr：13.8％、Cu：0.38％、Ti：0.4％、Sr：0.04％、Mo：1.3％、W：0.22％、V：0.28％、Nb：0.07％、Zr：0.022％、Nd：0.15％、Sc：0.07％、B：0.004％、Ce：0.22％、Eu：0.1％、Y：0.1％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，焊接工艺参数为：焊接电压为28V，焊接电流为290A，送丝速度为520mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为28mm；
药芯焊丝的填充率为25％。
实施例4
本发明提出的一种高硬度耐磨性药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：C：0.15％、Be：0.35％、Si：1.4％、Al：0.3％、Mn：1.4％、Ni：0.5％、Cr：13％、Cu：0.4％、Ti：0.3％、Sr：0.05％、Mo：0.8％、W：0.25％、V：0.2％、Nb：0.08％、Zr：0.02％、Nd：0.16％、Sc：0.06％、B：0.004％、Ce：0.2％、Eu：0.12％、Y：0.08％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，焊接工艺参数为：焊接电压为26V，焊接电流为280A，送丝速度为500mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为25mm；
药芯焊丝的填充率为24.5％。
实施例5
本发明提出的一种高硬度耐磨性药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：C：0.25％、Be：0.2％、Si：1.6％、Al：0.2％、Mn：1.6％、Ni：0.3％、Cr：14％、Cu：0.3％、Ti：0.5％、Sr：0.03％、Mo：1.5％、W：0.15％、V：0.3％、Nb：0.06％、Zr：0.03％、Nd：0.12％、Sc：0.08％、B：0.003％、Ce：0.25％、Eu：0.08％、Y：0.12％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，焊接工艺参数为：焊接电压为29V，焊接电流为300A，送丝速度为540mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为30mm；
药芯焊丝的填充率为25.5％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：C：0.12-0.28％、Be：0.15-0.4％、Si：1.2-1.8％、Al：0.1-0.4％、Mn：1.2-1.8％、Ni：0.2-0.6％、Cr：12.5-15％、Cu：0.25-0.5％、Ti：0.25-0.55％、Sr：0.02-0.06％、Mo：0.5-2％、W：0.1-0.3％、V：0.15-0.4％、Nb：0.04-0.1％、Zr：0.01-0.035％、Nd：0.1-0.18％、Sc：0.04-0.1％、B：0.001-0.006％、Ce：0.15-0.3％、Eu：0.05-0.15％、Y：0.05-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其特征在于，药芯按质量分数包括以下组分：C：0.15-0.25％、Be：0.2-0.35％、Si：1.4-1.6％、Al：0.2-0.3％、Mn：1.4-1.6％、Ni：0.3-0.5％、Cr：13-14％、Cu：0.3-0.4％、Ti：0.3-0.5％、Sr：0.03-0.05％、Mo：0.8-1.5％、W：0.15-0.25％、V：0.2-0.3％、Nb：0.06-0.08％、Zr：0.02-0.03％、Nd：0.12-0.16％、Sc：0.06-0.08％、B：0.003-0.004％、Ce：0.2-0.25％、Eu：0.08-0.12％、Y：0.08-0.12％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其特征在于，Mn、Ni、Cu在药芯中的质量分数满足以下关系式：2.1％≤Mn+Ni+V≤2.4％。
4.根据权利要求1或2所述管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其特征在于，Ce、Eu、Y在药芯中的质量分数满足以下关系式：0.38％≤Ce+Eu+Y≤0.46％。
5.根据权利要求1或2所述管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其特征在于，C、Ti、Nb、Zr满足以下关系式：MC＝0.2×MTi+MNb+MZr+R，其中，R＝0.01％～0.05％，MC、MTi、MNb、MZr分别为C、Ti、Nb、Zr在药芯中的质量分数。
6.根据权利要求1或2所述管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其特征在于，焊接工艺参数为：焊接电压为26-29V，焊接电流为280-300A，送丝速度为500-540mm/min，焊丝伸出导电嘴的距离为25-30mm。
7.根据权利要求1或2所述管线钢用高强度耐低温药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝的填充率为24.5-25.5％。
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