CN107470796B - 桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条及其生产方法 - Google Patents

桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条及其生产方法，其中焊条主要由H08GX焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，其特征在于：所述的药皮按重量百分比计算包括：大理石：20.0～35.0％、萤石：25.0～40.0％、金红石：4.0～9.0％、钼铁：1.8～2.5％、金属铬：1.8～2.5％、硅微粉：3.0～8.0％、硅铁：2.0～4.0％、镍粉：4.0～6.0％、纯碱：0.4～0.8％、CMC：0.4～0.8％、电解锰：5.2～6.2％、还原铁粉：8.0％～11.0％、钛铁：1.5～3.0％、铜粉：0.6～1.0％。本发明不仅具有良好的工艺性能，且具有良好的塑韧性。对焊条中各成份合理匹配对改善焊接组织和焊缝的机械性能起到了良好作用，得到优良的焊缝金属性能。

Description

桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条及其生产方法
技术领域
本发明涉及焊条技术领域，具体涉及一种桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条及其生产方法。
背景技术
20世纪60年代以后，开始注重环境因素对耐候钢表面腐蚀产物的影响，并阐明了耐候钢抗大气腐蚀机理。而从20世纪90年代至今，很多研究者将目光转向低成本、高强度、耐蚀性能更高的新型高性能耐候钢的开发，并且取得了一定成果。我国开发耐候钢种的主要特点是：钢中不含Ni和Cr，以添加Cu或P、或Cu和P为主，同时结合我国富有的V、Ti、Nb、Al和Re资源。
过去，桥梁用钢的耐蚀性因素，并非是最优先考量的因素。因为追求大跨度，高强度、低屈强比、低温韧性和可焊性以及厚板均一性，是获得应用的必要条件。耐候钢的经济性、桥梁美学和抗疲劳性能近年来才日渐受到应有的重视。腐蚀会消耗大量的资源，并导致自然环境污染和生态环境破坏，其中基础设施腐蚀占有相当大的份额。在发达国家，耐候钢已逐渐当作一种普通钢种被广泛使用，应用体系已日趋完善。扩大耐候钢的应用是必然的趋势。高性能钢(High Performance Steel，HPS)已成为国际钢铁材料研究的热点，我国是桥梁工程大国，耐候桥梁钢虽然在我国已经有所应用，800MPa级的高强度耐候钢板还没有得到大量应用，但是这是发展的一种趋势。
现有市场上桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条，一方面从国外引进成本高、周期长，另一方面焊条施焊时不同程度存在电弧稳定性差，电弧吹力小，焊接飞溅大，焊道窄，焊缝成形较差，脱渣性能不好，耐大气腐蚀系数低等弊病。且很难使焊接工艺性能和机械性能同时达到最佳。本焊条的发明解决了以上难点，不仅具有良好的工艺性能，且具有良好的力学性能。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条及其生产方法。该焊条配套用于焊接800MPa级桥梁耐候钢，焊接时电弧稳定、飞溅少、脱渣性好、全位置操作性好、焊缝成形美观，具有极低的S、P杂质含量，焊态及热处理态均具有优良的低温冲击韧性，扩散氢含量低，抗裂性优异，耐大气腐蚀系数高。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条，主要由H08GX焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，其特征在于：所述的药皮按重量百分比计算包括：大理石：20.0～35.0％、萤石：25.0～40.0％、金红石：4.0～9.0％、钼铁：1.8～2.5％、金属铬：1.8～2.5％、硅微粉：3.0～8.0％、硅铁：2.0～4.0％、镍粉：4.0～6.0％、纯碱：0.4～0.8％、CMC：0.4～0.8％、电解锰：5.2～6.2％、还原铁粉：8.0％～11.0％、钛铁：1.5～3.0％、铜粉：0.6～1.0％。
更进一步的技术方案是所述的药皮按重量百分比计算包括：大理石：29.4％、萤石：30％、金红石：7％、钼铁：2.0％、金属铬：2.0％、硅微粉：5.0％、硅铁：4.0％、镍粉：4.2％、纯碱：0.5％、CMC：0.6％、电解锰：5.2％、还原铁粉：8.0％、钛铁：1.5％、铜粉：0.6％。
更进一步的技术方案是所述的药皮按重量百分比计算包括：大理石：26.7％、萤石：27.2％、金红石：6％、钼铁：2.2％、金属铬：2.1％、硅微粉：6.0％、硅铁：4.0％、镍粉：5.2％、纯碱：0.6％、CMC：0.8％、电解锰：5.9％、还原铁粉：11.0％、钛铁：1.5％、铜粉：0.8％。
更进一步的技术方案是所述的药皮按重量百分比计算包括：大理石：30.5％、萤石：26％、金红石：5％、钼铁：2.1％、金属铬：2.1％、硅微粉：5.0％、硅铁：4.0％、镍粉：6.0％、纯碱：0.5％、CMC：0.6％、电解锰：6.2％、还原铁粉：9.0％、钛铁：2.0％、铜粉：1.0％。
更进一步的技术方案是所述的H08GX焊芯按质量百分比计算包括：C:≤0.10％、Mn:0.30-0.55％、Si:≤0.08％、S:≤0.015％、P:≤0.005％、Cr:≤0.10％、Ni:≤0.30％、Al:≤0.03％、Cu:≤0.20％、As:≤0.02％，余量为Fe。
本发明中所述CaCO3是大理石的主要组成成分，焊条中使用的大理石在电弧热的作用下，分解成CaO和CO2气体，起到造渣和造气的作用，CaO是碱性氧化物，能提高熔渣碱度，稳定电弧，增大熔渣与金属表面的界面张力和表面张力，改善脱渣性能，并有较好的脱S能力，CO2能降低电弧气氛中的氢分压，减少焊缝氢含量。但是CaCO3太多会粗化熔滴，所以本发明中将大理石控制在20.0～35.0％。
CaF2是萤石的主要成份，是一种多成因的矿物质，属于碱性氟化物，在焊条中是一种造渣剂、稀释剂并能起到去氢作用，CaF2在焊接电弧作用下电离出F-，能降低电弧气氛中氢的分压，具有与碳酸盐相同的效果。CaF2的分解能降低熔敷金属中氧的含量，有利于提高焊缝金属的低温冲击韧度，CaF2熔点较低，能有效降低熔渣高温粘度，改善熔渣流动性，并提高导电性，改善焊缝成形，对改善焊接工艺，提高熔敷金属机械性能有很大的作用，合理的CaF2含量能起到稳定电弧的作用，如果CaF2过高则电弧稳定性变差，熔渣变硬。在本次发明中，试验证明CaF2在25.0～40.0％时有较好效果。
金红石是较纯的二氧化钛，TiO2是酸性氧化物，能改善渣的物理性能，把长渣变为短渣，使熔渣随温度的变化快，使焊缝成型良好，改善脱渣性，在加入时总量控制在4.0～9.0％。
Cr一方面使钢中含Cr量较高，易形成Cr2O3氧化膜，使得材料具有优良的抗常温、高温氧化性能，提高耐腐蚀性能；另一方面可以形成M23C6型碳化物，在基体内起到较好的碳化物强化效果，起固溶强化作用。但是Cr在焊态时对韧性有害，热处理后韧性更低，为了得到良好的机械性能，本发明中将Cr含量控制在1.8～2.5％。
Ni的加入有利于提高焊缝的冲击韧性，Ni对强度的影响比Mn要小得多，Ni的有效强化比Mo或Cr也小得多，而且Ni对高Mn焊缝的韧性是有害的，本发明中将Ni控制在4.0～6.0％。
Mo主要为固溶强化，也参与形成析出强化，并使得在变形后的回复温度显著提高；并且在450℃～650℃的温度范围，能有效地抑制渗碳体的聚集，并促进弥散的特殊碳化物析出，但加入Mo过多，会加大钢的脆断，本发明中将Mo含量控制在1.8～2.5％。
Mn、Si作为脱氧剂加入。除了脱氧作用外，焊缝随着Mn的增加，焊缝强度提高，应变时效处理后的冲击吸收功越高，每增加0.1％Mn，焊缝屈服强度和抗拉强度约提高10MPa，含1.5％的Mn时焊态和消除应力状态下焊缝的冲击韧性为最佳。Si的脱氧能力为Mn的3.8～4.0倍，Si与Cr同时存在时，可以提高合金的高温抗氧化性能，但是Si过高不利于焊缝金属的韧性，本发明中将Si-Fe控制在2.0～4.0％，将电解锰控制在5.2～6.2％。
Cu可以提高焊缝的硬度、屈服强度和抗拉强度，与焊态焊缝相比，经消除应力处理后，含铜≤0.66％焊缝的屈服强度稍有下降，本发明中将Cu含量控制在0.6～1.0％。
此外，为了满足焊缝的脱渣性、脱氧性、焊缝表面成形和良好的机械性能等要求，本发明选择了Si、Mn联合脱氧，而且锰的加入可以提高强度和韧性，也是一种很好的脱硫剂，Ca的加入对脱磷也有很好的作用，焊条中各成份合理匹配，对焊接组织和焊缝的机械性能起到了良好的作用。
更进一步的技术方案是提供一种桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条生产方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：将药皮各成分：大理石、萤石、金红石、钼铁、金属铬、硅微粉、硅铁、镍粉、纯碱、CMC、电解锰、还原铁粉、钛铁以及铜粉混合均匀后，再加入重量为药皮重量的19～23％的粘结剂搅拌均匀，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经80～100℃低温烘培和380℃高温烘培。
更进一步的技术方案是所述的粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或钾钠水玻璃。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果之一是：国内外的桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条，施焊时不同程度存在全位置操作性差，焊接飞溅大，焊道窄，焊缝成形较差，脱渣性能不好等弊病，且很难使焊接工艺性能和机械性能同时达到最佳。本发明焊条解决了以上难点，不仅具有良好的工艺性能，且具有良好的塑韧性。
本发明对焊条中各成份合理匹配对改善焊接组织和焊缝的机械性能起到了良好作用，得到优良的焊缝金属性能。用于生产的焊条其焊缝性能为：焊接接头抗拉强度780～890Mpa，屈服强度690～760Mpa，延伸率18～24％，-40℃冲击功KV2≥47J，具有较低的屈强比，且焊接后焊缝气孔、夹渣、裂纹、扩散氢以及外观边缘等均完全满足水电用钢对焊缝性能的要求。
采用本发明保护的焊条焊接高强钢WSD690E时，通过使用合理焊接工艺和后热处理，能够使焊缝金属的化学成分和组织达到最佳，具有合理的抗拉强度(835MPa)、冲击值(110J、112J、110J、115J、106J)等机械性能指标，且焊接后焊缝气孔、夹渣、裂纹、扩散氢以及外观边缘等均完全满足大型水电用800MPa级钢对焊缝性能的要求。
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(包括任何附加权利要求、摘要)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。
实施例1
取药皮，药皮各组分及其质量分数如下：大理石：29.4％，萤石：30％，金红石：7％，钼铁：2.0％，金属铬：2.0％，硅微粉：5.0％，硅铁：4.0％，镍粉：4.2％，纯碱：0.5％，CMC：0.6％，电解锰：5.2％，还原铁粉：8.0％，钛铁：1.5％，铜粉：0.6％。
取焊芯，焊芯选用硫磷砷铝等含量低的H08GX焊芯，化学成分质量百分比为：C:≤0.10％；Mn:0.30-0.55％；Si:≤0.08％；S:≤0.015％；P:≤0.005％；
Cr:≤0.10％；Ni:≤0.30％；Al:≤0.03％；Cu:≤0.20％；As:≤0.02％；余量为Fe。
将药皮原材料各组分混合均匀后，加入占固体组分质量含量19～24％的41.5～42°Be＂d钾钠水玻璃，制备出药皮用膏体，与焊芯一起，用常规工艺在焊条生产设备上进行焊条制备。
按照上述工艺生产的焊条，电弧稳定、飞溅少、脱渣性好、全位置操作性好、焊缝成形美观，具有极低的S、P杂质含量，焊态及热处理态均具有优良的低温冲击韧性，扩散氢含量低，抗裂性优异，熔敷金属力学性能为：Rm＝840MPa,Rp0.2＝720MPa,A＝19％,(-40℃)KV2＝106～115J，屈强比为0.86，耐大气腐蚀系数达到7.30，强度、塑性适中。
实施例2
取药皮，药皮各组分及其质量分数如下：大理石：26.7％，萤石：27.2％，金红石：6％，钼铁：2.2％，金属铬：2.1％，硅微粉：6.0％，硅铁：4.0％，镍粉：5.2％，纯碱：0.6％，CMC：0.8％，电解锰：5.9％，还原铁粉：11.0％，钛铁：1.5％，铜粉：0.8％。
取焊芯，焊芯选用硫磷砷铝等含量低的H08GX焊芯，化学成分质量百分比为：C:≤0.10％；Mn:0.30-0.55％；Si:≤0.08％；S:≤0.015％；P:≤0.005％；
Cr:≤0.10％；Ni:≤0.30％；Al:≤0.03％；Cu:≤0.20％；As:≤0.02％；余量为Fe。
将药皮原材料各组分混合均匀后，加入占固体组分质量含量19～24％的41.5～42°Be＂d钾钠水玻璃，制备出药皮用膏体，与焊芯一起，用常规工艺在焊条生产设备上进行焊条制备。
按照上述工艺生产的焊条，电弧稳定、飞溅少、脱渣性好、全位置操作性好、焊缝成形美观，具有极低的S、P杂质含量，焊态及热处理态均具有优良的低温冲击韧性，扩散氢含量低，抗裂性优异，熔敷金属力学性能为：Rm＝814MPa,Rp0.2＝739MPa,A＝18％,(-40℃)KV2＝102～106J，屈强比为0.91，耐大气腐蚀系数达到7.22，强度、塑性适中。
实施例3
取药皮，药皮各组分及其质量分数如下：大理石：30.5％，萤石：26％，金红石：5％，钼铁：2.1％，金属铬：2.1％，硅微粉：5.0％，硅铁：4.0％，镍粉：6.0％，纯碱：0.5％，CMC：0.6％，电解锰：6.2％，还原铁粉：9.0％，钛铁：2.0％，铜粉：1.0％。
取焊芯，焊芯选用硫磷砷铝等含量低的H08GX焊芯，化学成分质量百分比为：C:≤0.10％；Mn:0.30-0.55％；Si:≤0.08％；S:≤0.015％；P:≤0.005％；
Cr:≤0.10％；Ni:≤0.30％；Al:≤0.03％；Cu:≤0.20％；As:≤0.02％；余量为Fe。
将药皮原材料各组分混合均匀后，加入占固体组分质量含量19～24％的41.5～42°Be＂d钾钠水玻璃，制备出药皮用膏体，与焊芯一起，用常规工艺在焊条生产设备上进行焊条制备。
按照上述工艺生产的焊条，电弧稳定、飞溅少、脱渣性好、全位置操作性好、焊缝成形美观，具有极低的S、P杂质含量，焊态及热处理态均具有优良的低温冲击韧性，扩散氢含量低，抗裂性优异，熔敷金属力学性能为：Rm＝850MPa,Rp0.2＝755MPa,A＝20％,(-40℃)KV2＝103～130J，屈强比为0.89，耐大气腐蚀系数达到6.92，强度、塑性适中。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (7)

1.一种桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条，主要由H08GX焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，其特征在于：所述的药皮按重量百分比计算包括：大理石：20.0～35.0％、萤石：25.0～40.0％、金红石：4.0～9.0％、钼铁：1.8～2.5％、金属铬：1.8～2.5％、硅微粉：3.0～8.0％、硅铁：2.0～4.0％、镍粉：4.0～6.0％、纯碱：0.4～0.8％、CMC：0.4～0.8％、电解锰：5.2～6.2％、还原铁粉：8.0％～11.0％、钛铁：1.5～3.0％、铜粉：0.6～1.0％。
2.根据权利要求1所述的桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条，其特征在于所述的药皮按重量百分比计算包括：大理石：29.4％、萤石：30％、金红石：7％、钼铁：2.0％、金属铬：2.0％、硅微粉：5.0％、硅铁：4.0％、镍粉：4.2％、纯碱：0.5％、CMC：0.6％、电解锰：5.2％、还原铁粉：8.0％、钛铁：1.5％、铜粉：0.6％。
3.根据权利要求1所述的桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条，其特征在于所述的药皮按重量百分比计算包括：大理石：26.7％、萤石：27.2％、金红石：6％、钼铁：2.2％、金属铬：2.1％、硅微粉：6.0％、硅铁：4.0％、镍粉：5.2％、纯碱：0.6％、CMC：0.8％、电解锰：5.9％、还原铁粉：11.0％、钛铁：1.5％、铜粉：0.8％。
4.根据权利要求1所述的桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条，其特征在于所述的药皮按重量百分比计算包括：大理石：30.5％、萤石：26％、金红石：5％、钼铁：2.1％、金属铬：2.1％、硅微粉：5.0％、硅铁：4.0％、镍粉：6.0％、纯碱：0.5％、CMC：0.6％、电解锰：6.2％、还原铁粉：9.0％、钛铁：2.0％、铜粉：1.0％。
5.根据权利要求1所述的桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条，其特征在于所述的H08GX焊芯按质量百分比计算包括：C:≤0.10％、Mn:0.30-0.55％、Si:≤0.08％、S:≤0.015％、P:≤0.005％、Cr:≤0.10％、Ni:≤0.30％、Al:≤0.03％、Cu:≤0.20％、As:≤0.02％，余量为Fe。
6.一种桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条生产方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：将权利要求1至4任一权利要求中所述的药皮各成分：大理石、萤石、金红石、钼铁、金属铬、硅微粉、硅铁、镍粉、纯碱、CMC、电解锰、还原铁粉、钛铁以及铜粉混合均匀后，再加入重量为药皮重量的19～23％的粘结剂搅拌均匀，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经80～100℃低温烘培和380℃高温烘培。
7.根据权利要求6所述的桥梁用800MPa级耐候钢配套焊条生产方法，其特征在于所述的粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或钾钠水玻璃。
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