CN107914099A - 抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝及其制备方法，该药芯焊丝包括外皮和药芯，所述药芯包括以下组分：金红石20～40重量份、硅酸盐矿物2～10重量份、镁粉2～10重量份、氟化物0.2～4重量份、钛铁2～8重量份、钼铁2～8重量份、镍粉10～20重量份、电解锰10～20重量份、75硅铁2～8重量份、硅灰石2～8重量份，铁粉12～17重量份。与现有的相比，本发明药芯焊丝的焊接工艺性能和理化性能良好，工艺上达到焊接工艺性能良好、电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观且能够进行全位置焊接等目的，性能上达到具有良好力学性能的目的。

Description

抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及属于焊接材料制备的技术领域，更具体地讲，涉及一种抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

随着社会发展和科技进步，建筑和机械设备不断向大型化、轻量化发展，这对钢材性能的要求越来越高。传统的普通钢材不能满足这类行业的使用需求。由此，用高强钢广泛替代普通钢材的应用顺应发展潮流。

高强钢材的研发是各国的钢材行业的重要研究内容之一，尤其是国外几个大型钢铁企业如JFE、新日铁住金、SSAB等公司在这方面的研究起步较早，成果丰硕。强度级别在800～1500MPa的新一代的高强钢产品如A514、HY-100等在车辆制造、桥梁建设、压力容器等诸多领域得到了广泛使用。我国的钢铁企业在高强钢方面的研制起步较晚，强度级别和品种质量都与国外存在一定的差距，尤其是工程机械用高强钢还需要大量进口。

高强度钢通常是加入合金元素，通过合金化来提高钢的抗拉强度。常用的合金元素有铬、镍、钼等，通过加入合金元素可以起到组织晶粒细化强化、固溶强化、析出强化及组织相变强化的作用。

随着高强钢应用日益广泛，高强钢之间的连接又成了新的问题。铆接高强钢在大型钢结构中是不现实的，而国外焊材企业生产的配套焊接材料价格太贵。为此我们迫切需要自主研制出与各个强度等级高强钢相匹配的焊材才能解决问题。高强钢焊条的研制起步较早，产品种类和品质都能够满足焊接使用。但是在现代工业生产中，为提高生产效率，半自动化、自动化程度不断提高，药芯焊丝以其熔敷效率高、焊接飞溅小、焊缝成型美观的特点被广大用户所青睐。因此，与各种强度等级的高强钢相匹配的药芯焊丝亟待研制。

焊条、实心焊丝已经有匹配的产品，因焊条熔敷速度慢，实心焊丝仅用于平焊及平角焊，不能满足用户对全位置的需求，所以药芯焊丝的开发迫在眉睫。

发明内容

本发明特别适用于药芯焊丝适用于HY-100、Q690、A514的配套使用。

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适用于抗拉强度800MPa级高强度钢配套使用的金红石型药芯焊丝及其制备方法。

技术方案是：一种抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，该药芯焊丝包括外皮和药芯，所述药芯包括以下组分：

金红石20～40重量份、硅酸盐矿物2～10重量份、镁粉2～10重量份、氟化物0.2～4重量份、钛铁2～8重量份、钼铁2～8重量份、镍粉10～20重量份、电解锰10～20重量份、75硅铁2～8重量份、硅灰石2～8重量份，铁粉12～17重量份。

作为优选，所述金红石20～30重量份、硅酸盐矿物4～6重量份、镁粉5～6重量份、氟化物1～2重量份、钛铁1～5重量份、钼铁5～6重量份、镍粉12～15重量份、电解锰11～15重量份、75硅铁5～8重量份、硅灰石5～7重量份、铁粉12.2～16.2重量份。

作为优选，所述氟化物为氟化钙、氟化钠和氟铝酸钾中的一种或多种。所述硅酸盐矿物为石英砂、锆英砂、长石中的一种或多种。

作为优选，所述外皮为低碳钢钢薄带，所述低碳钢钢薄带包含以下成分：C 0.02～0.045wt％、Mn 0.15～0.35wt％、Si≤0.035wt％、S≤0.015wt％、P≤0.017wt％、Al≤0.05wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

作为优选，所述C 0.03～0.035wt％、Mn 0.23～0.25wt％、Si≤0.035wt％、S≤0.015wt％、P≤0.017wt％、Al≤0.05wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

作为优选，所述药芯焊丝的直径为φ1.2～2.4mm。

作为优选，所述药芯焊丝用于焊接，焊接熔敷金属包含以下成分：C≤0.15％、Mn0.75～2.25％、Si≤0.80％、S≤0.030％、P≤0.030％、Cr≤0.15％、Mo 0.25～0.65％、Ni1.25～2.60％、V≤0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。

作为优选，所述药芯焊丝用于焊接，焊接熔敷金属的扩散氢含量小于5mL/100g且力学性能为：抗拉强度760～900Mpa、屈服强度≥680Mpa、延伸率≥15％、-20℃冲击值≥27J。

技术方案是：一种上述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：

①将药芯各组分混合均匀后待用；

②将外皮置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的外皮凹槽内，进而卷制成丝、经细拉至Φ1.2mm即得抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝。

技术方案是：一种焊接方法，该方法上述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，该焊丝与HY-100、Q690或A514配套使用。

发明原理及有益效果：

本发明中，各成分作用如下：

石金红石：在本发明的范围内，能够很好的起到造渣、改善渣覆盖性和脱渣性、稳定电弧的作用。如果加入过多，会引起熔渣较粘，导致渣流动性变差；如果加入过少，不能起到造渣及稳定电弧的作用，影响焊材的工艺性能。

硅酸盐矿物：金红石型渣系中加入本发明范围内的硅酸盐矿物能够改善熔渣的流动性，降低熔渣的表面张力，使药芯焊丝的工艺性能得到改善，如果加入量过多，会造成电弧软，不集中；如果加入量过少，起不到造渣、稳弧的作用。根据本发明所述硅酸盐矿物为石英砂、锆英砂、长石中的一种或多种。

镁粉：强脱氧物质，加入到配方中加强脱氧。

氟化物：氟用以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，控制在本发明范围内可以达到最佳效果。根据本发明，氟化物可以为氟化钙、氟化钠和氟铝酸钾中的一种或多种。

钛铁：在药芯中加入一定量的钛铁，起到脱氧的作用，降低焊缝金属的氧含量。

钼铁：作为焊缝金属中钼的主要来源。钼是提高热强性的最重要合金元素之一，耐热钢中一般都含有Mo。Mo溶于铁素体，能显著提高铁素体的再结晶温度，从而提高蠕变强度，Mo同时能以细小的碳化物的形式产生弥散强化作用，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。本发明范围内可以达到最佳效果。

镍粉：作为焊缝金属中Ni的主要来源。Ni是焊缝熔敷金属中重要的合金元素，通过固溶韧化来提高焊缝金属的韧性。在本发明药芯焊丝的药芯中含量过低时，其对焊缝金属的韧性提高效果不明显，含量过高所起到的效果过饱和，反而增加药芯焊丝的制造成本。本发明范围内可以达到最佳效果。

电解锰：作为焊缝金属中Mn的主要来源。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。

75硅铁：焊缝金属中Si的主要来源，Si一方面具有脱氧作用，另一方面还对焊缝有强化作用，但是焊缝中硅的含量太高时会影响焊缝的韧性，降低焊缝的抗裂性能。本发明范围内可以达到最佳效果。

硅灰石：在药芯中加入一定量的硅灰石，起到稳定电弧，改善熔渣流动性的作用。

铁粉：药芯中加入铁粉可提高焊接熔敷效率、稳定电弧、减少飞溅，为了保证高的熔敷效率，主要来源于还原铁粉或雾化铁粉。

本发明中，控制钢带的碳含量，有利于钢带在生产过程中的拉拔性；严格控制钢带中的杂质元素S、P的含量，提高冲击韧性，降低熔敷金属的回火脆性，进一步提高焊丝性能。

本发明是通过各药芯组分的有机组配并与低碳钢钢薄带外皮配合从而实现本发明的发明目的和技术效果。

本发明药芯焊丝的焊接工艺性能和理化性能良好，工艺上达到焊接工艺性能良好、电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观且能够进行全位置焊接等目的，性能上达到具有良好力学性能的目的。

本发明熔敷金属包含以下成分：C≤0.15％、Mn 0.75～2.25％、Si≤0.80％、S≤0.030％、P≤0.030％、Cr≤0.15％、Mo 0.25～0.65％、Ni 1.25～2.60％、V≤0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。

本发明焊接熔敷金属的扩散氢含量小于5mL/100g且力学性能为：抗拉强度760～900Mpa、屈服强度≥680Mpa、延伸率≥15％、-20℃冲击值≥27J。

名词解释

75硅铁-硅含量为72％-74％的硅铁。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

根据本发明，外皮的低碳钢钢薄带可以为宽度12～16mm且厚度为0.4～0.9mm的低碳钢钢薄带，并且预定规格的药芯焊丝直径为φ1.2～2.4mm。

实施例1：

采用14mm×0.8mm(宽×厚)的钢带作为焊丝的外皮，其化学成分包括C0.035wt％、Mn 0.23wt％、Si 0.015wt％、S 0.006wt％、P 0.009wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

药芯重量占整个焊丝重量的15wt％，药芯中各组分含量为：金红石：30kg，硅酸盐矿物：4kg，镁粉：6kg，氟化物：1kg，钛铁：1kg，钼铁：6kg，镍粉：12kg，电解锰：11kg，75硅铁：5kg，硅灰石：7kg，铁粉16.2kg。

将药芯各组分混合均匀后待用，将外皮置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的外皮凹槽内，进而卷制成丝、经细拉至Φ1.2mm即得抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝。

实施例2：

采用14mm×0.8mm(宽×厚)的钢带作为焊丝的外皮，其化学成分为C0.035wt％、Mn0.23wt％、Si 0.015wt％、S 0.006wt％、P 0.009wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

药芯重量占整个焊丝重量的15wt％，药芯中各组分含量为：金红石：30kg，硅酸盐矿物：5kg，镁粉：6kg,氟化物：1kg，钛铁：1kg，钼铁：6kg，镍粉：11kg，电解锰：13kg，75硅铁：5kg，硅灰石：7kg，铁粉14.2kg。

将药芯各组分混合均匀后待用，将外皮置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的外皮凹槽内，进而卷制成丝、经细拉至Φ1.6mm即得抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝。

实施例3：

采用14mm×0.8mm(宽×厚)的钢带作为焊丝的外皮，其化学成分为C0.035wt％、Mn0.23wt％、Si 0.015wt％、S 0.006wt％、P 0.009wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

药芯重量占整个焊丝重量的15wt％，药芯中各组分含量为：金红石：30kg，硅酸盐矿物：6kg，镁粉：6kg,氟化物：1kg，钛铁：1kg，钼铁：6kg，镍粉：10kg，电解锰：15kg，75硅铁：5kg，硅灰石：7kg，铁粉12.2kg。

将药芯各组分混合均匀后待用，将外皮置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的外皮凹槽内，进而卷制成丝、经细拉至Φ2.0mm即得抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝。

将实施例1至实施例3的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝用于试板的焊接，焊接参数为I＝240～260A、U＝28～30V、气体流量为20L/min、保护气体为：气体纯度为99.98％以上的CO2。

其中，所得焊接熔敷金属的化学成分如表1所示，所得焊接熔敷金属的力学性能和扩散氢含量如表2所示。

表1焊接熔敷金属的化学成分(wt％)

表2焊接熔敷金属的力学性能(混合气体)及扩散氢含量

综上所述，本发明的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝可配套用于抗拉强度800MPa级的高强度钢，例如HY-100、Q690、A514等，完全符合国家标准GB/T 17493E761T1-K3C的要求，甚至很多参数远高于该标准的要求。并且，该药芯焊丝的焊接工艺性能和理化性能良好，工艺上达到焊接工艺性能良好、电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观且能够进行全位置焊接等目的，性能上达到具有良好力学性能的目的。

Claims (10)

1.一种抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，该药芯焊丝包括外皮和药芯，所述药芯包括以下组分：

金红石20～40重量份、硅酸盐矿物2～10重量份、镁粉2～10重量份、氟化物0.2～4重量份、钛铁2～8重量份、钼铁2～8重量份、镍粉10～20重量份、电解锰10～20重量份、75硅铁2～8重量份、硅灰石2～8重量份，铁粉12～17重量份。

2.根据权利要求1所述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，其特征在于：所述金红石20～30重量份、硅酸盐矿物4～6重量份、镁粉5～6重量份、氟化物1～2重量份、钛铁1～5重量份、钼铁5～6重量份、镍粉12～15重量份、电解锰11～15重量份、75硅铁5～8重量份、硅灰石5～7重量份、铁粉12.2～16.2重量份。

3.根据权利要求1或2任一所述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，其特征在于：所述氟化物为氟化钙、氟化钠和氟铝酸钾中的一种或多种。所述硅酸盐矿物为石英砂、锆英砂、长石中的一种或多种。

4.根据权利要求1-3任一所述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，其特征在于：所述外皮为低碳钢钢薄带，所述低碳钢钢薄带包含以下成分：C0.02～0.045wt％、Mn0.15～0.35wt％、Si≤0.035wt％、S≤0.015wt％、P≤0.017wt％、Al≤0.05wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

5.根据权利要求4所述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，其特征在于：所述C0.03～0.035wt％、Mn0.23～0.25wt％、Si≤0.035wt％、S≤0.015wt％、P≤0.017wt％、Al≤0.05wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

6.根据权利要求1-5任一所述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝的直径为φ1.2～2.4mm。

7.根据权利要求1-6任一所述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝用于焊接，焊接熔敷金属包含以下成分：C≤0.15％、Mn0.75～2.25％、Si≤0.80％、S≤0.030％、P≤0.030％、Cr≤0.15％、Mo0.25～0.65％、Ni1.25～2.60％、V≤0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。

8.根据权利要求1-6任一所述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝用于焊接，焊接熔敷金属的扩散氢含量小于5mL/100g且力学性能为：抗拉强度760～900Mpa、屈服强度≥680Mpa、延伸率≥15％、-20℃冲击值≥27J。

9.一种权利要求1-8任一所述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：

①将药芯各组分混合均匀后待用；

②将外皮置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的外皮凹槽内，进而卷制成丝、经细拉至Φ1.2mm即得抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝。

10.一种焊接方法，该方法采用权利要求1-8任一所述的抗拉强度800MPa级的金红石型药芯焊丝，该焊丝与HY-100、Q690或A514配套使用。