CN107598410B

CN107598410B - 一种90公斤级高强钢焊条

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Publication number: CN107598410B
Application number: CN201710890265.7A
Authority: CN
Inventors: 刘�东; 王哲; 王中
Original assignee: Wuhan Tiemiao Welding Materials Co Ltd
Current assignee: Wuhan Tiemiao Welding Materials Co Ltd
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-10-01
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: CN107598410A

Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种90公斤级高强钢焊条，包括钢芯和包裹于所述钢芯表面的药皮，其特征在于，所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石：26‑38%，萤石：20‑25%，碳酸镁：8‑15%，硅微粉：2‑4%，钛白粉：0‑2%，金红石：3‑8%，硅铁：4.5‑6%，中碳锰铁：7‑9%，金属铬：1‑3%，钼粉：1‑2%，硅锆合金：0‑1%，镍镁合金：7‑8%，石墨：0‑0.5%，镁铝合金：1‑2%，稀土氧化物：0‑1%，海藻：0‑0.5%，纯碱：0.3‑1%。本发明提供的焊条所得熔敷金属具有良好的综合力学性能，其抗拉强度≥915MPa，屈服强度≥793MPa，‑40℃冲击功在50J以上。

Description

一种90公斤级高强钢焊条

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种用于抗拉强度大于880MPa的结构钢的90公斤级高强钢焊条。

背景技术

近年来，钢结构向大型化方向发展，相应地开展了对钢铁材料高强度化使钢结构轻量化的研究。钢材高强度化的好处是，提高钢结构的设计应力，使钢结构部件薄型化、轻量化，由此可减少焊接工作量、降低制造成本和缩短制造工期。因此，国内高强钢发展异常迅速，强度级别和综合性能越来越高，应用领域也越来越广泛，国内针对不同强度不同领域高强钢的焊接，也纷纷开发出配套焊接材料。

其中抗拉强度880MPa级别以上的焊材基本以焊条为主，四川大西洋有CHE907Cr，天津大桥有THJ907、THJ907R、THJ907Cr，天津金桥有J907Cr等；上述厂家开发的90公斤级高强钢焊条都能满足国标强度和延伸率要求，但冲击功在0℃冲击温度下仅40J左右，仅仅满足国标要求(0℃下≥27J)，没有一定富余量。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种90公斤级高强钢焊条，在焊态下使用具有高强度，并具有一定的低温冲击韧性，可用于焊接抗拉强度大于880MPa级的高强度结构钢。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种90公斤级高强钢焊条，包括钢芯和包裹于所述钢芯表面的药皮，所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石：26-38％，萤石：20-25％，碳酸镁：8-15％，硅微粉：2-4％，钛白粉：0-2％，金红石：3-8％，硅铁：4.5-6％，中碳锰铁：7-9％，金属铬：1-3％，钼粉：1-2％，硅锆合金：0-1％，镍镁合金：7-8％，石墨：0-0.5％，镁铝合金：1-2％，稀土氧化物：0-1％，海藻：0-0.5％，纯碱：0.3-1％。

进一步地，所述的钢芯为H08GX丝。

进一步地，所述的镍镁合金为钝化的镍镁合金。

进一步地，所述的金红石为天然的95°金红石。

进一步地，所述的硅铁含硅量为45％。

进一步地，所述大理石和碳酸镁的质量和占药皮质量的38-45％。

进一步地，所述海藻和纯碱的质量和与药皮质量的百分比不大于1.5％。

优选的一种实施方式，所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石31％，萤石20％，碳酸镁10％，金红石4.2％，硅微粉3.8％，钛白粉2％，硅铁5.5％，中碳锰铁8.5％，石墨0.5％，金属铬2％，钼粉1.5％，镁铝合金1％，镍镁合金7.5％，硅锆合金1％，稀土氧化物0.5％，海藻0.5％，纯碱0.5％。

优选的一种实施方式，所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石28％，萤石22％，碳酸镁12％，金红石4％，硅微粉4％，硅铁5％，中碳锰铁8％，石墨0.5％，金属铬3％，钼粉1.3％，镁铝合金1％，镍镁合金8.5％，硅锆合金1％，稀土氧化物0.5％，海藻0.5％，纯碱0.7％。

优选的一种实施方式，所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石37％，萤石20％，碳酸镁8％，金红石4％，硅微粉3％，硅铁5.5％，中碳锰铁8％，金属铬3％，钼粉1％，镁铝合金1％，镍镁合金8％，硅锆合金0.5％，海藻0.5％，纯碱0.5％。

优选的一种实施方式，所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石27％，萤石24％，碳酸镁13％，金红石4％，硅微粉3％，钛白粉1％，硅铁4.5％，中碳锰铁9％，金属铬2.5％，钼粉1.4％，镁铝合金1％，镍镁合金7％，硅锆合金0.8％，稀土氧化物0.7％，海藻0.4％，纯碱0.7％。

本发明焊条药皮组分中大理石主要作用为造渣和造气，还具有脱硫的作用。在碱性焊条药皮中碳酸盐(大理石和碳酸镁)总量占38％-45％为适宜，当碳酸盐含量较低时，药皮的造气和造渣能力下降，对焊缝的保护作用降低，造成焊缝力学性能下降；如果碳酸盐的含量过高，药皮造气量过大，电弧稳定性下降，飞溅增大，焊渣熔点升高，减慢焊接速度，焊缝成型粗糙。

本发明焊条药皮组分中萤石具有降低液态金属的表面张力，稀渣的作用，提高流动性，使得焊缝成型美观，还具有去氢的作用，减少白点倾向。萤石(CaF₂)在药皮中占比为20％-25％为合适，当氟化物含量降低时，焊缝成型不好，焊缝中易出气孔，氟化物含量过高，容易破坏电弧稳定性，使焊条工艺性变差。

本发明焊条药皮组分中碳酸镁与大理石作用相同，主要作用为造渣和造气，区别之处在于反应生成的Mgo可大大提高熔渣碱度，提高焊缝冲击韧性。碳酸镁含量过低，与大理石一起组成的碳酸盐含量不够，对焊缝的保护作用降低；碳酸镁含量过多，焊缝脱渣性变差。

本发明焊条药皮组分中金红石作为少量的稳弧剂加入，可以使焊接电弧稳定，熔池平静，使金属以细雾状过渡，细化熔滴，焊缝成形美观细密，熔渣覆盖好。但在碱性焊条中不宜加入过多，以稳弧作用为主，加入过多，会破坏碱性焊条中熔渣酸碱度，进而影响焊缝机械性能。

本发明焊条药皮组分中硅微粉(SiO2)作为少量的造渣剂加入，含量控制在2％-4％范围内，可增加渣的活泼性，但过量使用会增加飞溅，渣黏，爆炸声显著。

本发明焊条药皮组分中钛白粉加入量控制在0-2％可改善电弧稳定性，与氧化铁结合生成钛酸盐进入熔渣起脱氧作用。加入量不宜过多，过多会破坏碱性焊条中熔渣酸碱度，进而影响焊缝机械性能。

本发明焊条药皮组分中硅铁作为脱氧剂，含量控制在4.5-6％，Si与Mn联合脱氧，保证焊缝质量，Si含量过高时，提高渣的酸度及黏度，这样会促使生成的非金属夹杂物，对焊缝的机械性能不利；Si含量过低时，脱氧不足，容易形成气孔。

本发明焊条药皮组分中碳锰铁以7-9％含量作为合金剂加入，Mn、C是保证焊丝强度的主要元素之一，适量的Mn可改善焊接性能并增加焊缝强度。Mn含量过高时，容易造成Mn偏析，在偏析区易产生M-A岛状组织，从而降低焊缝金属的韧性；Mn含量过低时，焊缝强度不够。

本发明焊条药皮组分中金属铬、钼粉也作为合金剂加入，主要作用保证焊条焊缝高强性；本发明焊条分别控制在1-3％，1-2％，可保证强度满足要求。

本发明焊条药皮组分中镍镁合金，既作为合金剂也作为脱氧剂加入，成分中的Ni可以降低焊缝金属低温转变温度，有利于提高低温冲击韧性。同时成分Mg具有强脱氧性，生成的Mgo可提高熔渣碱度，进一步改善低温冲击韧性。

本发明焊条药皮组分中石墨，是保证焊缝强度元素，C元素不可过量加入，过量加入会使焊缝的淬硬倾向增大而严重降低焊缝的冲击韧性。

本发明焊条药皮组分中镁铝合金作为强脱氧剂加入，其含量控制在1-2％为最佳，加入过多会造成脱氧过足，使熔渣活性降低，进而降低铁水流动性，也会影响焊缝机械性能。

本发明焊条药皮组分中硅锆合金主要作用为通过微合金化提升焊缝强度，本发明选择加入0-1％含量，Zr通过与C结合形成很稳定的第二相ZrC，形成形核质点，细化晶粒，使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移，产生细晶强化作用，但是Zr元素不可加入过多，过量加入会损害焊缝的塑性。

本发明焊条药皮组分中稀土氧化物主要作用净化焊缝组织，降低S、P，改善夹杂物分布形态的作用，提升焊缝综合机械性能。

本发明焊条药皮中加入海藻和纯碱可改善焊条压涂性能，使焊条外观药皮光滑漂亮，作为辅助改善压涂性能的组分不可加入过多，过多影响焊条焊接工艺性能，本发明选择加入的总量不超过药皮的1.5％。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的90公斤级高强钢焊条所得熔敷金属具有良好的综合力学性能，其抗拉强度≥915MPa，屈服强度≥793MPa，-40℃冲击功在50J以上。

(2)本发明提供的90公斤级高强钢焊条熔敷金属采用C-Si-Mn-Cr-Mo-Ni合金系，其中石墨0-0.5％，硅铁4.5-6％，中碳锰铁7-9％，金属铬1-3％，钼粉1-2％，镍镁合金7-8％，保证焊条熔敷金属的高强性；同时加入了硅锆合金0-1％，含有的锆元素可在焊接熔池中形成形核质点，细化晶粒，提高焊缝的综合力学性能，尤其提高焊缝的抗拉强度。

(3)本发明提供的90公斤级高强钢焊条采用CaCO₃-CaF₂-SiO₂-Mgo-TiO₂渣系，此渣系碱度较高，可降低焊缝金属S、P等杂质元素含量，显著提高焊缝金属低温冲击韧性。

(4)本发明提供的90公斤级高强钢焊条采用镁铝合金(1-2％)和镍镁合金(7-8％)两种镁合金作为先期脱氧剂，而不选择铝做先期脱氧剂，因为脱氧产物Al₂O₃易留在焊缝金属中形成有害夹杂物，降低熔敷金属的韧塑性和强度；而镁则脱氧能力较铝强，脱氧产物凝固点也较高，率先进入熔渣不会残留在焊缝金属中。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种90公斤级高强钢焊条，包括钢芯和包裹于所述钢芯表面的药皮，所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石：26-38％，萤石：20-25％，碳酸镁：8-15％，硅微粉：2-4％，钛白粉：0-2％，金红石：3-8％，硅铁：4.5-6％，中碳锰铁：7-9％，金属铬：1-3％，钼粉：1-2％，硅锆合金：0-1％，镍镁合金：7-8％，石墨：0-0.5％，镁铝合金：1-2％，稀土氧化物：0-1％，海藻：0-0.5％，纯碱：0.3-1％。本发明实施例提供的焊条能满足90公斤强度级别的钢材焊接，同时具有一定的低温(-40℃)冲击韧性和抗弯性能，适用于高压水管的焊接；本发明提供的焊条在高强产品中具有良好的焊接工艺性能，焊缝光滑，成型良好，脱渣性优良；本发明提供的焊条中加入了微量的稀土氧化物(0-1％)，可净化焊缝组织和改善夹杂物的分布形态，进而改善焊缝组织和提高韧性。本发明焊条扩散氢含量较低。

进一步地，镍镁合金为钝化的镍镁合金，镍镁合金采用钝化工艺可防止药皮表面起泡。

进一步地，金红石为天然的95°金红石；相比焊条常用82°金红石，95°金红石的TiO2含量更高，稳弧性更好，热脱渣性更优异。

进一步地，硅铁含硅量为45％，相比75#硅铁(含硅量为75％)，45#硅铁的铁水流动性更好，焊缝成型更美观。

进一步地，所述大理石和碳酸镁的质量和占药皮质量的38-45％。本发明实施例提供的焊条药皮呈碱性，在碱性焊条药皮中碳酸盐总量占38％-45％为适宜，当碳酸盐含量较低时，药皮的造气和造渣能力下降，对焊缝的保护作用降低，造成焊缝力学性能下降；如果碳酸盐的含量过高，药皮造气量过大，电弧稳定性下降，飞溅增大，焊渣熔点升高，减慢焊接速度，焊缝成型粗糙。

进一步地，所述海藻和纯碱的质量和与药皮质量的百分比不大于1.5％。本发明实施例提供的焊条药皮中加入海藻和纯碱来改善焊条压涂性能，使焊条外观药皮光滑漂亮，作为辅助改善压涂性能的组分不可加入过多，过多影响焊条焊接工艺性能，海藻和纯碱的质量和与药皮质量的百分比不大于1.5％时，焊条压涂性能较好且焊条外观药皮光滑漂亮。

进一步地，钢芯选用含S、P含量低的碳钢钢芯H08GX，其化学成成分质量分数如下表1。

表1：H08GX化学成分(％)

C	Mn	Si	S	P
					≤0.10	0.30～0.55	≤0.07	≤0.006	≤0.020

表2：焊条药皮原料配比(％)

表3：实施例熔敷金属化学成分(wt.％)

实施例	C	Si	Mn	S	P	Ni	Cr	Mo	Ti
										例1	0.073	0.32	2.12	0.0056	0.012	1.58	0.59	0.44	0.023
例2	0.071	0.26	1.95	0.0059	0.013	1.74	0.86	0.39	0.012
										例3	0.049	0.29	1.93	0.0045	0.017	1.68	0.91	0.31	0.010
例4	0.045	0.21	2.23	0.0038	0.006	1.47	0.75	0.42	0.015

表4：实施例熔敷金属力学性能

由表3可以看出，本发明实施例提供的这种90公斤级高强钢焊条的熔敷金属化学成分完全符合相关国家标准的规定。由表4可以看出，本发明实施例提供的90公斤级高强钢焊条的熔敷金属的力学性能完全符合相关国家标准的规定，其屈服强度810～880MPa、抗拉强度920～980MPa、伸长率13～17％，而且其熔敷金属低温冲击韧性优异，在-40℃低温冲击功稳定在50J以上。

由表4可以看出，实施例1的抗拉强度明显高于实施例3的抗拉强度，这是因为硅锆合金含有的锆元素可显著提高焊缝的抗拉强度，实施例1同时加入石墨，可进一步提高焊缝的抗拉强度。实施例3和实施例4的-40℃低温冲击明显优于实施例1和实施例2的-40℃低温冲击，这是因为石墨有提升强度降低冲击韧性的作用，同时实施例4加入稀土氧化物，稀土元素有净化焊缝组织，降低S、P，改善了夹杂物分布形态的作用，所以实施例4冲击韧性尤为良好。

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

1.一种90公斤级高强钢焊条，包括钢芯和包裹于所述钢芯表面的药皮，其特征在于，所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石：26-38%，萤石：20-25%，碳酸镁：8-15%，硅微粉：2-4%，钛白粉：0-2%，金红石：3-8%，硅铁：4.5-6%，中碳锰铁：7-9%，金属铬：1-3%，钼粉：1-2%，硅锆合金：0-1%，镍镁合金：7-8%，石墨：0-0.5%，镁铝合金：1-2%，稀土氧化物：0-1%，海藻：0-0.5%，纯碱：0.3-1%。

2.如权利要求1所述的一种90公斤级高强钢焊条，其特征在于：所述钢芯为H08GX丝。

3.如权利要求1所述的一种90公斤级高强钢焊条，其特征在于：所述镍镁合金为钝化的镍镁合金。

4.如权利要求1所述的一种90公斤级高强钢焊条，其特征在于：所述硅铁含硅量为45%。

5.如权利要求1所述的一种90公斤级高强钢焊条，其特征在于：所述大理石和碳酸镁的质量和占药皮质量的38-45%。

6.如权利要求1所述的一种90公斤级高强钢焊条，其特征在于：所述海藻和纯碱的质量和与药皮质量的百分比不大于1.5%。

7.如权利要求1所述的一种90公斤级高强钢焊条，其特征在于：所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石31%，萤石20%，碳酸镁10%，金红石4.2%，硅微粉3.8%，钛白粉2.0%，硅铁5.5%，中碳锰铁8.5%，石墨0.5%，金属铬2%，钼粉1.5%，镁铝合金1%，镍镁合金7.5%，硅锆合金1%，稀土氧化物0.5%，海藻0.5%，纯碱0.5%。

8.如权利要求1所述的一种90公斤级高强钢焊条，其特征在于：所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石28%，萤石22%，碳酸镁12%，金红石4%，硅微粉4%，硅铁5%，中碳锰铁8%，石墨0.5%，金属铬3%，钼粉1.3%，镁铝合金1%，镍镁合金8.5%，硅锆合金1%，稀土氧化物0.5%，海藻0.5%，纯碱0.7%。

9.如权利要求1所述的一种90公斤级高强钢焊条，其特征在于：所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石37%，萤石20%，碳酸镁8%，金红石4%，硅微粉3%，硅铁5.5%，中碳锰铁8%，金属铬3%，钼粉1%，镁铝合金1%，镍镁合金8%，硅锆合金0.5%，海藻0.5%，纯碱0.5%。

10.如权利要求1所述的一种90公斤级高强钢焊条，其特征在于：所述药皮包含的原料以及各原料的质量百分比如下：大理石27%，萤石24%，碳酸镁13%，金红石4%，硅微粉3%，钛白粉1%，硅铁4.5%，中碳锰铁9%，金属铬2.5%，钼粉1.4%，镁铝合金1%，镍镁合金7%，硅锆合金0.8%，稀土氧化物0.7%，海藻0.4%，纯碱0.7%。