CN109822258A

CN109822258A - 一种低温钢lpg船埋弧焊用药芯焊丝

Info

Publication number: CN109822258A
Application number: CN201910064484.9A
Authority: CN
Inventors: 付红亮; 王志银; 姚润钢
Original assignee: LUOYANG SHUANGRUI SPECIAL ALLOY MATERIAL Co Ltd
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: CN109822258B

Abstract

本发明公开了一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，属于焊接材料技术领域，该低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝是由钢制外皮和粉体药芯组成，所述粉体药芯由如下质量百分比的组分组成：石墨0.2‑0.4%，硅铁0.5‑1%，金属锰3‑6%，金属镍6‑10%，钛铁2‑4%，硼铁0.1‑0.4%，镁粉0.2‑0.5%，稀土0.1‑0.4%，余量为铁粉及不可避免的杂质。采用上述粉体药芯配比制备的药芯焊丝的熔敷金属力学性能稳定，强度>690MPa，‑75℃冲击功>80J，满足低温钢LPG船的埋弧焊使用要求。

Description

一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体的说是一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝。

背景技术

目前全球对新能源的需求日益增长，液化石油气(简称LPG)因其燃烧值高，而且几乎对大气无污染，被誉为洁净的绿色能源，受到了广泛关注，随着液化石油气行业的发展，运输用LPG船、LPG低温储罐的需求增长较快，埋弧焊因焊接效率高，焊接质量好等优点而成为LPG船焊接的常用方法。低温钢LPG船的工作环境能达到-40℃～-60℃，因而主要采用低温钢焊材进行焊接，但目前这类焊材主要使用国外进口焊材，国内焊材使用有限。

为了了解国内低温钢LPG船埋弧焊用焊材的现状，我们对国内专利进行了分析。

目前检索到的国内相关专利有：(1)、低温钢药芯焊丝(公开号：CN101850484A)，该专利提出的焊丝熔敷金属-40℃冲击功平均值可达80J，但没有描述更低温度的冲击性能，而实际工作中部分LPG船用低温钢要求满足-70℃～-75℃的低温韧性；(2)、低温钢埋弧焊用药芯焊丝(公开号：CN107984109A)，该专利提出的合金成分中含有较多贵重金属钼，成本较高；(3)、一种低温韧性优良的高强度埋弧焊丝(公开号：103418934A)，该专利提出的焊丝为实心焊丝，其合金成分较高，加工制造较困难。

因此，虽然目前的相关专利介绍了几种低温钢药芯焊丝及其配比，但是都有不足之处，且有些还不能满足LPG船在低温条件下焊接的性能要求。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其抗拉强度>690MPa，-75℃时的冲击功平均值>80J。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其是由钢制外皮和粉体药芯组成，所述粉体药芯由如下质量百分比的组分组成：石墨0.2-0.4％，硅铁0.5-1％，金属锰3-6％，金属镍6-10％，钛铁2-4％，硼铁0.1-0.4％，镁粉0.2-0.5％，稀土0.1-0.4％，余量为铁粉及不可避免的杂质。

进一步地，所述粉体药芯由如下质量百分比的组分组成：0.4％的石墨，1％的硅铁，6％的金属锰，10％的金属镍，4％的钛铁，0.4％的硼铁，0.3％的镁粉，0.3％的稀土和77.6％的铁粉。

进一步地，所述石墨为鳞片石墨，石墨中的C所占的质量百分比不小于98.0％。

进一步地，所述硅铁为FeSi45，硅铁中各元素所占的质量百分比为：Si 43-47％，C≤0.20％，S≤0.02％，P≤0.04％。

进一步地，所述金属锰中各元素所占的质量百分比为：Mn≥99.88％，C≤0.02％，S≤0.02％，P≤0.002％。

进一步地，所述金属镍中各元素所占的质量百分比为：Ni≥99.5％，C≤0.05％，S≤0.005％，P≤0.005％。

进一步地，所述钛铁中各元素所占的质量百分比为：Ti 27-32％，C≤0.10％；S≤0.03％，P≤0.05％，Al 6.0-8.0％，Si 3.0-4.5％。

进一步地，所述硼铁中各元素所占的质量百分比为：B 19-21％，C≤0.5％，S≤0.01％，P≤0.1％。

进一步地，所述稀土的添加形式为氟化铈或氧化铈中的一种。

进一步地，药芯焊丝是通过先将粉体药芯各组分筛分烘干混合后，再将经轧制的钢制外皮包裹占药芯焊丝总重20-25％的粉体药芯经逐道拉拔减径制备而成的；其中，所述钢制外皮为SPCC钢带。

本发明提供的焊丝粉体药芯中各成分的主要作用如下：

石墨：C在钢中以间隙原子存在，通过固溶强化使材料的强度升高，但随着碳含量的增加，会增加熔敷金属的焊接裂纹敏感性，同时导致韧脆转变温度升高，降低熔敷金属的韧性，因此在满足强度要求的前提下，碳越低越好。本发明中石墨加入量范围为0.2-0.4％。

硅铁：硅在焊接过程中是有效的脱氧剂，也是固溶强化元素，同时适当的硅含量可提高铁水流动性，改善焊缝成型，但硅含量太高会降低熔敷金属的韧性。本发明中硅铁加入量范围为0.5-1％。

金属锰：锰具有良好的脱氧和脱硫效果，同时能有效提高熔敷金属的强度，熔敷金属中锰含量过低会降低焊缝金属强度，锰含量过高则会产生晶粒粗化，使韧性降低。本发明中金属锰加入量范围为3-6％。

金属镍：镍能提高材料的强度，同时镍是非碳化物形成元素、奥氏体稳定元素，能使螺形错位不易分解，保证交叉滑移的发生，提高材料塑性变形性能。镍能促进针状铁素体的形成，提高焊缝金属韧性，降低韧脆转变温度，但其含量过高，会增加焊接材料的生产成本。本发明中金属镍加入量范围为6-10％。

钛铁：钛是强脱氧剂，也是强氮化合物的形成元素。钛与氧、氮形成钛的氧化物和氮化物，在固态相变时作为形核中心，促进针状铁素体形成，同时细化组织，提高焊缝金属的韧性。但钛含量较高时，会造成化合物尺寸不均，过大尺寸的会降低焊缝金属的塑韧性。本发明中钛铁加入量范围为2-4％。

硼铁：硼在奥氏体晶界偏析，抑制先共析铁素体的形成，强化晶界，提高韧性。本发明中硼铁加入量范围为0.1-0.4％。

镁粉：镁作为脱氧剂，脱氧产物为MgO，可提高熔渣碱度，镁粉还可以减低焊缝氮含量，进一步提高韧性。本发明中镁粉加入量范围为0.2-0.5％。

氧化铈或氟化铈：铈作为稀土元素，可与合金元素相互作用以改善焊缝组织及夹杂物的形态和分布，提高焊缝的韧性。本发明中氧化铈或氟化铈加入量范围为0.1-0.4％。

铁粉：主要作用是调节药粉松装比，以保持合适的药粉填充率；铁粉加入量过多会产生大量烟尘。

有益效果：

如上所述，本发明的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，具有以下有益效果：

1：本发明提供的药芯焊丝合金成分含量低，不含Cr、Mo，采用Ti、B微合金化的方法实现低温韧性。同时，与实心埋弧焊丝相比，药芯焊丝的加工过程简单，加工成本较低。

2：本发明制备的药芯焊丝熔敷金属力学性能稳定，抗拉强度>690MPa，-75℃冲击功>80J，满足低温钢LPG船埋弧焊的使用。

3：本发明制备的药芯焊丝，配合烧结焊剂焊接电弧稳定、飞溅小；铺展性和熔合性好，焊缝成形美观；脱渣容易。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其适用于低温钢LPG船的埋弧焊，-75℃时的冲击功>80J，且熔敷力学性能合格，焊缝质量好。

一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其是由钢制外皮和粉体药芯组成，其中，钢制外皮为SPCC钢带；粉体药芯包括如下组分：鳞片石墨0.2-0.4％，FeSi45硅铁0.5-1％，金属锰3-6％，金属镍6-10％，钛铁2-4％，硼铁0.1-0.4％，镁粉0.2-0.5％，氧化铈和/或氟化铈0.1-0.4％，余量为铁粉及不可避免的杂质。

本发明中采用钢带法制备低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其制备方法主要包括如下步骤：

(1)、将粉体药芯各组分烘干，按上述比例混合均匀后得到粉体药芯；

(2)、利用成型轧辊将SPCC钢带轧成U形，然后通过送粉装置将粉体药芯按照焊丝总重的20-25％加入到U形槽中；

(3)、将U形槽合口，使粉体药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，得到药芯焊丝。

需要说明的是，该低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝的制备方法不局限于钢带法。

需要说明的是，药芯焊丝的直径可以根据需要减径至合适值，在实际生产使用中，低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝直径优选为3.2mm。

为了进一步了解本发明，下面结合实施例和附表对本发明实施方案进行描述，但应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求范围的限制。

下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品。下面实施例中选用的原料为同一批次购买的，用以说明本发明制备的药芯焊丝的技术效果和优点。

在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示质量百分比。

实施例1

一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其是由SPCC钢带外皮和粉体药芯组成，其中，粉体药芯包括如下组分：0.4％的石墨，1％的硅铁，6％的金属锰，10％的金属镍，4％的钛铁，0.4％的硼铁，0.3％的镁粉，0.3％的氟化铈，77.6％的铁粉。

将上述各组分筛分烘干，按上述比例混合均匀后得到粉体药芯；利用成型轧辊将SPCC钢带轧成U形，然后通过送粉装置将粉体药芯按照焊丝总重的20％加入到U形槽中；将U形槽合口，使粉体药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，得到直径为3.2mm的药芯焊丝。

实施例2

一种LPG船埋弧焊用低温钢药芯焊丝，其是由SPCC钢带外皮和粉体药芯组成，其中，粉体药芯包括如下组分：0.3％的石墨，0.8％的硅铁，4％的金属锰，8％的金属镍，3％的钛铁，0.3％的硼铁，0.4％的镁粉，0.2％的氧化铈，83％的铁粉。

将上述各组分筛分烘干，按上述比例混合均匀后得到粉体药芯；利用成型轧辊将SPCC钢带轧成U形，然后通过送粉装置将粉体药芯按照焊丝总重的25％加入到U形槽中；将U形槽合口，使粉体药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，得到直径为3.2mm的药芯焊丝。

效果实施例

(1)、实施例1-2中粉体药芯各组分的粒度及化学成分要求如表1所示。

表1实施例1-2中粉体药芯各组分的粒度及化学成分

原材料名称	粒度(目)	化学成分(％)
			鳞片石墨	60	C≥98.0，水分≤0.50
45#硅铁	80	Si43-47，C≤0.20，S≤0.02，P≤0.04
			金属锰	80	Mn≥99.88，C≤0.020，S≤0.02，P≤0.002
金属镍	80	Ni≥99.5，C≤0.050，S≤0.005，P≤0.005
			钛铁	80	Ti27-32，C≤0.10，S≤0.030，P≤0.050，Al6.0-8.0，Si3.0-4.5
硼铁	60	B19-21，C≤0.5，S≤0.01，P≤0.1
			铁粉	80	Fe≥98，C≤0.05，S≤0.02，P≤0.02

(2)、将制备的药芯焊丝，搭配碱度为2.5-3.2的CaF₂-MgO-SiO₂-Al₂O₃渣系烧结焊剂，按照如下规范进行焊接：焊接电流420A，焊接电压30V，焊接速度42cm/min，道间温度控制在150℃以内，对焊接熔敷金属的化学成分和力学性能性能进行检测，结果如表2和表3所示。

表2实施例1-2制备的药芯焊丝的熔敷金属的化学成分(％)

	C	Si	Mn	Ni	Ti	B	P	S
									实施例1	0.05	0.24	1.35	2.40	0.048	0.048	0.005	0.005
实施例2	0.045	0.25	1.20	2.45	0.040	0.045	0.005	0.005

表3实施例1-2制备的药芯焊丝的熔敷金属力学性能

	Rm/MPa	-75℃冲击功
			实施例1	712	85、89、97(平均值90)
实施例2	694	82、87、92(平均值87)

部分LPG船用低温钢要求满足-70℃～-75℃的低温韧性，由表3可知，实施例1-2制备的药芯焊丝的熔敷金属的抗拉强度>690MPa，-75℃冲击功>80J，符合要求，因此该药芯焊丝能够满足低温钢LPG船埋弧焊的使用。且采用实施例1的粉体药芯配比制备的药芯焊丝的熔覆金属抗拉强度和-75℃时的冲击功优于实施例2，其原因是实施例1制备的药芯焊丝的熔覆金属(由表2可知)中的C元素和Mn元素含量较高，而C元素和Mn元素有利于提高药芯焊丝的强度和冲击韧性，故实施例1制备的药芯焊丝的抗拉强度和冲击性能更优。因此，若想适当提高可以药芯焊丝的使用效果，可以在药芯焊丝中粉体药芯的配比满足要求的情况下，合理提高C元素和Mn元素的含量。

以上对本发明所提供的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理和具体实施方式进行了阐述，上述实施例仅用来帮助理解本发明的方法和核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明请求保护的技术方案的保护范围内。

Claims

1. 一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其是由钢制外皮和粉体药芯组成，其特征在于，所述粉体药芯由如下质量百分比的组分组成：石墨 0.2-0.4%，硅铁 0.5-1%，金属锰 3-6%，金属镍 6-10%，钛铁 2-4%，硼铁 0.1-0.4%，镁粉 0.2-0.5%，稀土 0.1-0.4%，余量为铁粉及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其特征在于：所述粉体药芯由如下质量百分比的组分组成：0.4%的石墨，1%的硅铁，6%的金属锰，10%的金属镍，4%的钛铁，0.4%的硼铁，0.3%的镁粉，0.3%的稀土和77.6%的铁粉。

3.根据权利要求1所述的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其特征在于：所述石墨为鳞片石墨，石墨中的C所占的质量百分比不小于98.0%。

4. 根据权利要求1所述的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其特征在于：所述硅铁为FeSi45，硅铁中各元素所占的质量百分比为：Si 43-47%，C≤0.20%，S≤0.02%，P≤0.04%。

5.根据权利要求1所述的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其特征在于：所述金属锰中各元素所占的质量百分比为：Mn≥99.88%，C≤0.02%，S≤0.02%，P≤0.002%。

6.根据权利要求1所述的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其特征在于：所述金属镍中各元素所占的质量百分比为：Ni≥99.5%，C≤0.05%，S≤0.005%，P≤0.005%。

7. 根据权利要求1所述的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其特征在于：所述钛铁中各元素所占的质量百分比为：Ti 27-32%，C≤0.10%；S≤0.03%，P≤0.05%，Al 6.0-8.0%，Si 3.0-4.5%。

8. 根据权利要求1所述的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其特征在于：所述硼铁中各元素所占的质量百分比为：B 19-21%，C≤0.5%，S≤0.01%，P≤0.1%。

9.根据权利要求1所述的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其特征在于：所述稀土的添加形式为氟化铈或氧化铈中的任意一种。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种低温钢LPG船埋弧焊用药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝是通过先将粉体药芯各组分筛分烘干混合后，再将经轧制的钢制外皮包裹占药芯焊丝总重20-25%的粉体药芯经逐道拉拔减径制备而成的；其中，所述钢制外皮为SPCC钢带。