CN110181198A - 一种适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条(以下简称“焊条”)。其技术方案是：所述焊条由钢芯和药皮组成；钢芯占焊条70～90wt％，药皮占焊条10～30wt％。钢芯的化学成分组分是：C为0.01～0.06wt％；Si为0.05～0.20wt％；Cr为19.0～22.0wt％；Mn为22.0～24.0wt％；Mo为1.00～2.00wt％；N为0.50～0.90wt％；P≤0.002wt％，S≤0.003wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。药皮的化学组分是：大理石为25～28wt％；萤石为17～20wt％；氟化锂为3～5wt％；氮化锰为40～45wt％；镍粉为4～6wt％；钼粉为2.5～4.5wt％；其余为铁粉。制备药皮时外加10～15wt％的粘结剂。所述焊条用于高氮装甲钢焊接形成的焊缝金属的强度高和塑韧性高，满足新一代装甲装备的技术要求。

Description

一种适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条
技术领域
本发明属于高氮手工电弧焊焊条技术领域。特别涉及一种适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条。
背景技术
随着装甲防护技术向更高水平发展，装甲设备用钢由603、616发展到当今的675、685，抗拉强度由1000MPa逐渐提高到1700～1800MPa。新一代装甲装备用高氮装甲钢(1Cr22Mn16N高氮钢)为高氮含量(质量分数0.7％以上)，通过固溶强化、析出强化及细晶强韧化，使该钢种具有高强度、高塑韧性和高抗弹性。此外，氮的加入也使该类钢具有更加优良的抗腐蚀性能。
目前，新一代装甲装备用高氮装甲钢虽已经研制完成，但却没有与之配套的焊条，而手工电弧焊是高氮装甲钢焊接不可替代的焊接方法。因此，焊条的缺乏已严重制约了高氮装甲钢在高技术装备上的应用，也在一定程度上限制了新一代装甲装备技术的发展。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的在于提供一种适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条，用所述高氮手工电弧焊焊条焊接时电弧稳定、脱渣性好和能实现全位置焊接，操作工艺性优良；所述高氮手工电弧焊焊条与高氮装甲钢相匹配，高氮手工电弧焊焊条用于高氮装甲钢焊接所形成的焊缝金属的强度高和塑韧性高，能满足新一代装甲装备的高强度和高塑韧性的技术要求。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条由钢芯和药皮组成；钢芯为高氮手工电弧焊焊条的70～90wt％，药皮为高氮手工电弧焊焊条的10～30wt％。
所述钢芯的化学组分是：C为0.01～0.06wt％，Si为0.05～0.20wt％，Cr为19.00～22.00wt％，Mn为22.00～24.00wt％，Mo为1.00～2.00wt％，N为0.50～0.90wt％，P≤0.002wt％，S≤0.003wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述药皮的化学组分是：大理石为25～28wt％，萤石为17～20wt％，氟化锂为3～5wt％，氮化锰为40～45wt％，镍粉为4～6wt％，钼粉为2.5～4.5wt％，其余为铁粉。
所述高氮手工电弧焊焊条的制备方法是：先按所述药皮的化学组分配料，混合，再加入占所述药皮的化学组分10～15wt％的粘结剂，搅拌均匀，然后压涂到所述钢芯的表面，制得高氮手工电弧焊焊条。
所述大理石的纯度≥99％，大理石的粒度≤0.3mm。
所述萤石的纯度≥99％，萤石的粒度≤0.3mm。
所述氟化锂的纯度≥99％，氟化锂的粒度为0.15～0.2mm。
所述氮化锰：氮含量为10wt％，锰含量为90％；氮化锰的粒度≤0.3mm。
所述镍粉的纯度≥99％，粒度≤0.3mm。
所述钼粉的纯度≥99％，粒度≤0.3mm。
所述粘结剂为K2O·SiO2和Na2O·SiO2的混合物，K2O·SiO2∶Na2O·SiO2的质量比为1∶1，粘结剂的模数为2.6～3.2。
所述钢芯的制备方法是：按钢芯的化学组分配料，冶炼，锻造，轧制，拉拔，制得钢芯。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明的主要合金元素为Cr、Mn和N，其中，Cr为19.00～22.00wt％、Mn为22.00～24.00wt％和N为0.50～0.90wt％；所采用的钢芯成分体系与母材成分相匹配，通过焊条钢芯过渡到熔敷金属中，使熔敷金属性能与高氮装甲钢性能相匹配。
本发明的钢芯采用超低碳设计，对超低碳损失的强度采用高氮补偿的技术方案，因而，钢芯中含有的氮含量为0.50～0.90wt％，有效地保证了高氮手工电弧焊焊条所形成的熔敷金属强度高。
本发明中的P≤0.002wt％、S≤0.003wt％，使高氮手工电弧焊焊条中的S、P杂质元素尽量控制到最低，提高了熔敷金属的纯净度，有利于熔敷金属力学性能的提高，尤其有利于低温冲击韧性的显著提高。
本发明的药皮采用CaO-CaF2-LiF型碱性渣系。该碱性渣系有利于合金元素过渡和去除O、S、P等有害杂质，且熔敷金属中的扩散氢含量较低。因此、熔敷金属具有塑韧性高和抗裂性优良的力学性能，满足新一代装甲装备的高强度和高塑韧性的技术要求。
本发明的药皮中所采用的大理石能造气和造渣，同时还具有去除S和P的能力，由于大理石分解析出的CO2气体可增加电弧吹力，改善了电弧稳定性，有利于熔滴过渡，提高立焊操作性，实现全位置焊接。但大理石过多，熔渣的流动性变差，焊道窄而粗糙，焊缝凸度增加。因此，本发明在药皮中加入25～28wt％的大理石，进一步提高了该高氮手工电弧焊焊条焊接时的操作工艺性能。
本发明的药皮中所采用的萤石主要作用是造渣，同时去除熔敷金属中的扩散氢。萤石过少时，电弧吹力减小，稳定性变差，难以实现立焊操作；但萤石加入过多，熔渣板结且呈黄且亮，不利于脱渣。因此，在药皮中加入17～20wt％的萤石，有利于脱渣和实现全位置焊接。
本发明中的氟化锂可以去氢，氟化锂的加入量过大则电弧稳定性差，增加焊接飞溅和烟尘；氟化锂的加入量过少则去氢能力不足，容易出现气孔压坑。因此，本发明在药皮中加入3～5wt％的氟化锂，能有效稳定电弧和提高去氢能力，提高了熔敷金属的低温韧性。
本发明中的氮化锰是过渡氮元素的主要组分，氮元素在熔敷金属中的溶解度随着Mn的增加而增大，锰具有提高氮的溶解度和奥氏体组织稳定性的作用。因此，本发明在药皮中加入40～45wt％的氮化锰，能保证熔敷金属的含氮量，提高熔敷金属的强度。
本发明在药皮中加入4～6wt％的镍粉，使高氮手工电弧焊焊条所形成的熔敷金属的低温韧性更加优良；在药皮中加入2.5～4.5wt％的钼粉，提高了高氮手工电弧焊焊条所形成的熔敷金属的强度。
本发明的高氮手工电弧焊焊条用于高氮装甲钢焊接所形成的焊缝金属经检测：抗拉强度为810～990MPa；延伸率为30～45％；-40冲击韧性为60～80J；奥氏体含量≥97％；N含量≥0.6wt％；扩散氢含量≤5.0ml/100g。本发明的高氮手工电弧焊焊条焊接时，电弧稳定、脱渣性好、可实现全位置焊接，具有优良的操作工艺性能。
因此，本发明在焊接时电弧稳定、脱渣性好和能实现全位置焊接，操作工艺性优良；所述高氮手工电弧焊焊条与与高氮装甲钢相匹配，高氮手工电弧焊焊条用于高氮装甲钢焊接所形成的焊缝金属的强度高和塑韧性高，能满足新一代装甲装备的高强度和高塑韧性的技术要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：
所述大理石的纯度≥99％，大理石的粒度≤0.3mm。
所述萤石的纯度≥99％，萤石的粒度≤0.3mm。
所述氟化锂的纯度≥99％，氟化锂的粒度为0.15～0.2mm。
所述氮化锰：氮含量为10wt％，锰含量为为90％；氮化锰的粒度≤0.3mm。
所述镍粉的纯度≥99％，粒度≤0.3mm。
所述钼粉的纯度≥99％，粒度≤0.3mm。
所述粘结剂为K2O·SiO2和Na2O·SiO2的混合物，K2O·SiO2∶Na2O·SiO2的质量比为1∶1，粘结剂的模数为2.6～3.2。
所述高氮装甲钢为1Cr22Mn16N高氮钢板，厚度为20mm，长度为500mm；焊接坡口为V型，单面角度为45°；
所述高氮手工电弧焊焊条的直径为Φ3.2mm。
所述焊接的工艺参数为：焊接电流为110A～120A，焊接速度为9～12cm/min。
所述钢芯的制备方法是：按钢芯的化学组分配料，冶炼，锻造，轧制，拉拔，制得钢芯。
具体实施例中不再赘述。
实施例1
一种适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条。所述高氮手工电弧焊焊条由钢芯和药皮组成；钢芯为高氮手工电弧焊焊条的70～90wt％，药皮为高氮手工电弧焊焊条的10～30wt％。
所述钢芯的化学成分组分是：C为0.01～0.03wt％，Si为0.05～0.10wt％，Cr为21.00～22.00wt％，Mn为23.50～24.00wt％，Mo为1.80～2.00wt％，N为0.50～0.75wt％，P≤0.002wt％，S≤0.003wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述药皮的化学组分是：大理石为27～28wt％，萤石为17～18wt％，氟化锂为3.0～3.5wt％，氮化锰为43～45wt％，镍粉为4.5～5.0wt％，钼粉为2.5～3.0wt％，其余为铁粉。
所述高氮手工电弧焊焊条的制备方法是：先按所述药皮的化学组分配料，混合，再加入占所述药皮的化学组分10～12wt％的粘结剂，搅拌均匀，然后压涂到所述钢芯表面，制得高氮手工电弧焊焊条。
本实施例的高氮手工电弧焊焊条用于高氮装甲钢焊接所形成的焊缝金属的力学性能经检测：抗拉强度为917～990MPa；延伸率为30～38％；-40冲击韧性为72～80J。奥氏体含量≥97％；N含量≥0.60wt％；扩散氢含量≤5.0ml/100g。
实施例2
一种适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条。所述高氮手工电弧焊焊条由钢芯和药皮组成；钢芯为高氮手工电弧焊焊条的70～90wt％，药皮为高氮手工电弧焊焊条的10～30wt％。
所述钢芯的化学成分组分是：C为0.03～0.04wt％，Si为0.15～0.20wt％，Cr为19.00～20.00wt％，Mn为23.00～23.50wt％，Mo为1.50～1.8wt％，N为0.80～0.90wt％，P≤0.002wt％，S≤0.001wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述药皮的化学组分是：大理石为26～27wt％，萤石为18～19wt％，氟化锂为4～5wt％，氮化锰为40～42wt％，镍粉为5～6wt％，钼粉为3.0～3.5wt％，其余为铁粉。
所述高氮手工电弧焊焊条的制备方法是：先按所述药皮的化学组分配料，混合，再加入占所述药皮的化学组分12～14wt％的粘结剂，搅拌均匀，然后压涂到所述钢芯表面，制得高氮手工电弧焊焊条。
本实施例的高氮手工电弧焊焊条用于高氮装甲钢焊接所形成的焊缝金属的力学性能经检测：抗拉强度为875～936MPa；延伸率为35～42％；-40冲击韧性为69～75J。奥氏体含量≥98％；N含量≥0.69wt％；扩散氢含量≤2.87ml/100g。
实施例3
一种适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条。所述高氮手工电弧焊焊条由钢芯和药皮组成；钢芯为高氮手工电弧焊焊条的70～90wt％，药皮为高氮手工电弧焊焊条的10～30wt％。
所述钢芯的化学成分组分是：C为0.04～0.06wt％，Si为0.10～0.15wt％，Cr为20.00～21.00wt％，Mn为22.00～23.00wt％，Mo为1.00～1.50wt％，N为0.75～0.80wt％，P≤0.001wt％，S≤0.002wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述药皮的化学组分是：大理石为25～26wt％，萤石为19～20wt％，氟化锂为3.5～4.0wt％，氮化锰为42～43wt％，镍粉为4.0～4.5wt％，钼粉为3.5～4.5wt％，其余为铁粉。
所述高氮手工电弧焊焊条的制备方法是：先按所述药皮的化学组分配料，混合，再加入占所述药皮的化学组分13～15wt％的粘结剂，搅拌均匀，然后压涂到所述钢芯表面，制得高氮手工电弧焊焊条。
本实施例的高氮手工电弧焊焊条用于高氮装甲钢焊接所形成的焊缝金属的力学性能经检测：抗拉强度为810～927MPa；延伸率为40～45％；-40冲击韧性为60～71J。奥氏体含量≥99％；N含量≥0.75wt％；扩散氢含量≤3.45ml/100g。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式的主要合金元素为Cr、Mn和N，其中，Cr为19.00～22.00wt％、Mn为22.00～24.00wt％和N为0.50～0.90wt％；所采用的钢芯成分体系与母材成分相匹配，通过焊条钢芯过渡到熔敷金属中，使熔敷金属性能与高氮装甲钢性能相匹配。
本具体实施方式的钢芯采用超低碳设计，对超低碳损失的强度采用高氮补偿的技术方案，因而，钢芯中含有的氮含量为0.50～0.90wt％，有效地保证了高氮手工电弧焊焊条所形成的熔敷金属强度高。
本具体实施方式中的P≤0.002wt％、S≤0.003wt％，使高氮手工电弧焊焊条中的S、P杂质元素尽量控制到最低，提高了熔敷金属的纯净度，有利于熔敷金属力学性能的提高，尤其有利于低温冲击韧性的显著提高。
本具体实施方式的药皮采用CaO-CaF2-LiF型碱性渣系。该碱性渣系有利于合金元素过渡和去除O、S、P等有害杂质，且熔敷金属中的扩散氢含量较低。因此、熔敷金属具有塑韧性高和抗裂性优良的力学性能，满足新一代装甲装备的高强度和高塑韧性的技术要求。
本具体实施方式的药皮中所采用的大理石能造气和造渣，同时还具有去除S和P的能力，由于大理石分解析出的CO2气体可增加电弧吹力，改善了电弧稳定性，有利于熔滴过渡，提高立焊操作性，实现全位置焊接。但大理石过多，熔渣的流动性变差，焊道窄而粗糙，焊缝凸度增加。因此，本具体实施方式在药皮中加入25～28wt％的大理石，进一步提高了该高氮手工电弧焊焊条焊接时的操作工艺性能。
本具体实施方式的药皮中所采用的萤石主要作用是造渣，同时去除高氮装甲钢熔敷金属中的扩散氢。萤石过少时，电弧吹力减小，稳定性变差，难以实现立焊操作；但萤石加入过多，熔渣板结且呈黄且亮，不利于脱渣。因此，在药皮中加入17～20wt％的萤石，有利于脱渣和实现全位置焊接。
本具体实施方式中的氟化锂可以去氢，氟化锂的加入量过大则电弧稳定性差，增加焊接飞溅和烟尘；氟化锂的加入量过少则去氢能力不足，容易出现气孔压坑。因此，本具体实施方式在药皮中加入3～5wt％的氟化锂，能有效稳定电弧和提高去氢能力，提高了熔敷金属的低温韧性。
本具体实施方式中的氮化锰是过渡氮元素的主要组分，氮元素在熔敷金属中的溶解度随着Mn的增加而增大，锰具有提高氮的溶解度和奥氏体组织稳定性的作用。因此，本具体实施方式在药皮中加入40～45wt％的氮化锰，能保证熔敷金属的含氮量，提高熔敷金属的强度。
本具体实施方式在药皮中加入4～6wt％的镍粉，使高氮手工电弧焊焊条所形成的熔敷金属的低温韧性更加优良；在药皮中加入2.5～4.5wt％的钼粉，提高了高氮手工电弧焊焊条所形成的熔敷金属的强度。
本具体实施方式的高氮手工电弧焊焊条与高氮装甲钢焊接所形成的熔敷金属经检测：抗拉强度为810～990MPa；延伸率为30～40％；-40冲击J为60～80；奥氏体含量≥97％；N含量≥0.6wt％；扩散氢含量≤5.0ml/100g。本具体实施方式的高氮手工电弧焊焊条焊接时，电弧稳定、脱渣性好、可实现全位置焊接，具有优良的操作工艺性能。
因此，本具体实施方式在焊接时电弧稳定、脱渣性好和能实现全位置焊接，操作工艺性优良；所述高氮手工电弧焊焊条与高氮装甲钢相匹配，高氮手工电弧焊焊条用于高氮装甲钢焊接所形成的焊缝金属的强度高和塑韧性高，能满足新一代装甲装备的高强度和高塑韧性的技术要求。

Claims (8)

1.一种适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条，其特征在于所述高氮手工电弧焊焊条由钢芯和药皮组成；钢芯为高氮手工电弧焊焊条70～90wt％，药皮为高氮手工电弧焊焊条10～30wt％；
所述钢芯的化学成分组分是：C为0.01～0.06wt％，Si为0.05～0.20wt％，Cr为19.00～22.00wt％，Mn为22.00～24.00wt％，Mo为1.00～2.00wt％，N为0.50～0.90wt％，P≤0.002wt％，S≤0.003wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述药皮的化学组分是：大理石为25～28wt％，萤石为17～20wt％，氟化锂为3～5wt％，氮化锰为40～45wt％，镍粉为4～6wt％，钼粉为2.5～4.5wt％，其余为铁粉；
所述高氮手工电弧焊焊条的制备方法是：先按所述药皮的化学组分配料，混合，再加入占所述药皮的化学组分10～15wt％的粘结剂，搅拌均匀，然后压涂到所述钢芯的表面，制得高氮手工电弧焊焊条。
2.根据权利要求1所述的适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条，其特征在于所述大理石的纯度≥99％，大理石的粒度≤0.3mm。
3.根据权利要求1所述的适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条，其特征在于所述萤石的纯度≥99％，萤石的粒度≤0.3mm。
4.根据权利要求1所述的适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条，其特征在于所述氟化锂的纯度≥99％，氟化锂的粒度为0.15～0.2mm。
5.根据权利要求1所述的适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条，其特征在于所述氮化锰：氮含量为10wt％，锰含量为90％；氮化锰的粒度≤0.3mm。
6.根据权利要求1所述的适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条，其特征在于所述镍粉的纯度≥99％，镍粉的粒度≤0.3mm。
7.根据权利要求1所述的适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条，其特征在于所述钼粉的纯度≥99％，钼粉的粒度≤0.3mm。
8.根据权利要求1所述的适用于高氮装甲钢焊接的高氮手工电弧焊焊条，其特征在于所述粘结剂为K2O·SiO2和Na2O·SiO2的混合物，K2O·SiO2∶Na2O·SiO2的质量比为1∶1，粘结剂的模数为2.6～3.2。
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