CN111604616A

CN111604616A - 一种600MPa级耐火耐候钢焊条及制备方法

Info

Publication number: CN111604616A
Application number: CN202010558685.7A
Authority: CN
Inventors: 刘树新; 宋成
Original assignee: Anke Wande Wuhan Technology Co Ltd
Current assignee: Anke Wande Wuhan Technology Co Ltd
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2020-09-01

Abstract

本发明提供了一种600MPa级耐火耐候钢焊条，包括焊芯和药皮，焊芯的成分及其在焊芯中所占的质量百分比含量如下：C:0.04～0.09％，Mn:0.5～1.0％，Si:≤0.4％，S:≤0.005％，P:≤0.005％，Mo:0.45～0.65％，Cr:≤0.2％,Ni:≤0.3％,Cu:≤0.5％,Sn:≤0.005％,Sb:≤0.005％，Fe：≤96.5％，余量为不可避免的杂质。本600MPa级耐火耐候钢焊条具有良好的全位置焊接工艺性能、焊缝美观、抗裂抗腐蚀性能优良，熔敷金属扩散氢含量达到超低氢水平。

Description

一种600MPa级耐火耐候钢焊条及制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种600MPa级耐火耐候钢焊条。

背景技术

WGJ510C2钢是国内自主研发的一种高性能耐火耐候建筑钢，是武汉钢铁集团公司针对美国911事件发生时，在钢材领域暴露出的耐火性严重不足而造成大量人员死亡而研发的钢材，该钢具有优良的综合力学性能，在 600℃下屈服强度均高于其室温下屈服强度的2/3；耐火性指标远高于建筑结构用钢耐火安全性的强度指标，该钢具有优良的耐火性能；其耐候性能也远远优于建筑用钢Q235和Q345。

WGJ510C2钢广泛用于耐候建筑等工程，因此要求与其配套的焊材具有良好的力学性能，防止因焊缝性能不稳定给耐候建筑带来安全隐患。然而，现有WGJ510C2钢配套的焊条存在工艺性能与力学性能不理想等问题。因此，需要设计一种能满足WGJ510C2钢焊接要求的焊条，全位置焊接工艺性能好、焊缝美观、力学性能优良、熔敷金属扩散氢含量达到超低氢水平。

发明内容

本发明的目的是克服现有WGJ510C2钢配套焊条工艺及力学性能不理想的问题。

本发明的技术方案是提供了一种600MPa级耐火耐候钢焊条，包括焊芯和药皮，焊芯的成分及其在焊芯中所占的质量百分比含量如下C:0.04～ 0.09％，Mn:0.5～1.0％，Si:≤0.4％，S:≤0.005％，P:≤0.005％，Mo:0.45～ 0.65％，Cr:≤0.2％,Ni:≤0.3％,Cu:≤0.5％,Sn:≤0.005％,Sb:≤0.005％，铁≤96.5％，余量为不可避免杂质。

作为一种实施方式，药皮的成分及其在药皮中所占的质量百分比含量如下：大理石15～25％，碳酸锶5～15％，萤石20～30％，硅微粉4～5％，45# 雾化硅铁3～4％，金属锰3～4％，纯碱0.5～1％，铬铁15～18％,钒铁0.55～ 1.0％,海藻酸钠0.5～1.0％，氧化铈0.5～1.0％，陶瓷级钛白粉0.5～1％，羧甲基纤维素1～1.5％，余量为铁粉。

本发明的600MPa级耐火耐候钢焊条中焊芯的组份设计原则如下：

C是固溶强化元素，能提高焊缝金属的强度，对焊缝金属的韧性影响较大，当C元素的含量较低时，能有效提高焊缝金属的韧性；当C元素较高时，焊缝金属裂纹倾向增加，本发明将焊芯中C含量控制在0.04～0.09％。

Mn是主要脱氧剂,降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，提高低温冲击韧性，调节铁水流动性，但随着Mn的升高，会因偏析引起组织中的硬相，因此，本发明将焊芯中Mn含量控制在0.5～1.0％。

Si是主要脱氧剂，与Mn联合脱氧效果更佳，降低焊缝金属的氧含量，提高低温冲击韧性，调节铁水的流动性，但是Si加入量过多时铁水变粘，焊缝强度过高，低温冲击韧性降低，因此，本发明将焊芯中Si含量限定在≤0.4％。

S、P是杂质元素，降低焊缝金属的低温冲击韧性，S与Fe等元素形成硫化物夹杂物；P的偏析作用很强，引起焊缝金属不均匀，尤其是冷脆性增加，因此，本发明尽量降低S、P含量，S含量限定在≤0.005％、P含量限定在≤0.005％。

Mo是提高热强性的最重要的合金元素之一，本发明中将焊芯中Mo含量控制在0.45～0.65％。

而本发明的600MPa级耐火耐候钢焊条中药皮的组分设计原则如下：

氧化铈主要成分CeO₂，因与S、P等杂质元素亲和力高，主要起脱S, 脱P的作用，净化焊缝，降低焊缝杂质含量，提高焊缝低温性能及耐腐蚀性能，而由于氧化铈较贵重，本发明中将含量控制在0.5～1.0％。

陶瓷级钛白粉主要成分TiO₂，起稳定电弧，改善焊条压涂表面光洁度，颜色的作用，适量的加入可以平衡焊渣的酸碱度，因此，本发明中将含量控制在0.5～1.0％。

加入羧甲基纤维素、纯碱主要起增加粉料流动性、塑性的作用，从而改善焊条压涂性能，其羧甲基纤维素含量一般控制在1～1.5％，纯碱含量一般控制在0.5～1.0％。

海藻酸钠起改善粉料流动性，提高水玻璃粘合效果的作用，从而改善焊条的压涂性能，含量一般控制在0.5～1.0％。

大理石主要成分CaCO₃，高温分解为CaO、CO₂，主要起造渣、造气的作用，含量过少起不到保护作用，含量过多会造成焊条飞溅增大，因此，本发明中将大理石含量控制在15～25％。

碳酸锶主要起造渣、造气、改善电弧稳定性的作用，适量加入可改善电弧吹力，减少电弧“喘息”，过量加入则脱渣困难，因此，本发明中将碳酸锶含量控制在5～15％。

萤石主要成分CaF₂，主要起造渣、造气、改善熔渣流动性的作用，含量过少起不到保护作用，含量过多会造成焊条熔渣流淌，成型变差，因此，本发明中将萤石含量控制在20～30％。

硅微粉主要成分SiO_2，起改善熔渣流动性、稳定电弧的作用，含量过多会造成脱渣困难，含量过少，熔渣流动性差，因此，本发明中将石英含量控制在4～5％。

45^#雾化硅铁起脱氧作用，含量过少，脱氧不足，造成冲击性能变差，含量过多，会造成强度偏高，性能变差，因此，本发明中将45^#雾化硅铁含量控制在3～4％。

金属锰起脱氧作用，与45^#雾化硅铁相同原理，本发明中将电解锰含量控制在3～4％。

铬铁起提高焊缝金属耐火耐候性的作用，适量加入，焊缝金属强度、硬度增加，耐火耐候性能提高，含量过多会降低焊缝金属塑性跟韧性，本发明中将铬铁含量控制在15～18％。

钒铁起强脱氧作用，适量加入钒铁，其中钒跟碳形成的碳化物，可以细化焊缝金属组织晶粒，提高焊缝金属强度跟韧性，进而增强焊缝金属的耐火耐候性，本发明中将铬铁含量控制在0.55～1.0％。

270铁粉起提高焊接熔敷效率作用，余量加入。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明提供的这种耐火耐候钢焊条其熔敷金属抗拉强度在530～ 690MPa、屈服强度≥345MPa、-40℃冲击值KV₂均值≥47J，其扩散氢含量水银法检测≤4.0mL/100g，达到超低氢水平。

2.本发明提供的这种耐火耐候钢焊条全位置焊接工艺性能好、焊缝美观，脱渣优良，电弧稳定，其表面光洁成白色，偏心稳定。

具体实施方式

在本发明中，所述耐火耐候钢焊条焊芯的直径优选为4.0mm,长度优选为400mm.

在本发明中，所述耐火耐候钢焊条药皮制备原料的粒度优选为60～100 目，最优选为80～100目，焊条药皮的单层厚度优选为1.2～1.25mm。

本发明还提供了上述技术方案所述耐火耐候钢焊条的制备方案，具体包含以下步骤：

1.在本发明中将药皮包含的各制备粉料使用V型混粉机干混,混合时间 20～30min,混合均匀的粉料与粘结剂水玻璃利用本行业专业湿混混粉机均匀混合，时间30～50min，得到药皮混合料。在本发明中,所述水玻璃品种优选为K:Na＝3:1，水玻璃的模数优选为3.0～3.2，水玻璃的用量优选为药皮制备粉料总电量的20～25％，更优选为22％。在本发明中，所使用的水玻璃作为粘结剂，同时提高焊接时电弧稳定性。

2.得到药皮混合料后，本发明将所述药皮混合料利用常规的焊条制造工艺裹覆于焊芯表面，经过烘干后得到耐火耐候钢焊条。

3.在本发明中所述焊芯的组份对应上述技术方案所述耐火耐候钢焊条中焊芯的成分组成,这里不再赘述。本发明对所述焊芯的制备方式没有特殊要求，采用本领域常规的焊芯制备方式即可。

4.在本发明中,所述烘干工艺，优选进行先低温烘干再高温烘干的烘干工艺，具体实施如下表1所示.在本发明所述低温烘干能够去除耐火耐候钢焊条中的吸附水,高温烘干可以去除耐火耐候钢焊条中的结晶水。

表1焊条烘干工艺

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。

实施例：

本发明提供了一种600MPa级耐火耐候钢焊条，包括焊芯和药皮，下面提供了三个实施例，其中，焊芯的成分如表2所示，药皮的成分如表3所示，本发明的耐火耐候钢焊条采用常规的焊条制造工艺制得，实施例1～3 中制得Ф4.0mm焊条外径为6.2～6.4mm。

表2焊芯的化学成分(wt％)

表3药皮的成分(wt％)

将上述三个实施例制得的Ф4.0mm焊条焊接WGJ510C2钢，焊接参数如表4。钢板WGJ510C2钢，其成分见表5。焊条焊接形成的熔敷金属化学成分进行检测，测试结果如表6所示；该焊条的熔敷金属力学性能测试结果如表7所示。另外，采用水银法对上述三个实施例所制备的焊条的扩散氢含量进行测试，其测试条件及结果如表8所示。

表4焊接工艺参数

表5 WGJ510C2钢化学成分(wt％)

元素

C

S

Mn

P

Si

Cu

Ni

Mo

Cr

Fe

含量(％)

≤0.059

≤0.006

≤0.87

≤0.034

≤0.27

≤0.126

≤1.73

≤0.36

≤0.464

余量

表6焊条熔敷金属化学成分(wt％)

	C	Mn	Si	S	P	Mo	Cr	V	Cu	Sn	Sb	Fe
													实施例1	0.034	0.43	0.31	0.005	0.004	0.56	4.5	0.16	0.018	0.002	0.001	余量
实施例2	0.044	0.62	0.26	0.005	0.004	0.40	5	0.2	0.016	0.001	0.0015	余量
													实施例3	0.052	0.86	0.33	0.003	0.005	0.25	5.5	0.24	0.020	0.001	0.002	余量

表7焊条熔敷金属力学性能(620℃X1h)

	Rel/MPa	Rm/MPa	A/％	KV<sub>2</sub>(-40℃)/J
					实施例1	435	628	22	106、123、121
实施例2	425	610	23	114、131、125
					实施例3	490	650	22	118、122、119

表8Ф4.0mm焊条扩散氢含量测试

综上所述，本发明提供的这种耐火耐候钢焊条具有良好的全位置焊接工艺性能、焊缝美观、力学性能优良、熔敷金属扩散氢含量达到超低氢水平。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种600MPa级耐火耐候钢焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述焊芯的成分及其在焊芯中所占的质量百分比含量包括：C:0.04～0.09％，Mn:0.5～1.0％，Si:≤0.4％，S:≤0.005％，P:≤0.005％，Mo:0.45～0.65％，Cr:≤0.2％,Ni:≤0.3％,Cu:≤0.5％,Sn:≤0.005％,Sb:≤0.005％，铁≤96.5％，余量为不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的600MPa级耐火耐候钢焊条，其特征在于，所述药皮的成分及其在药皮中所占的质量百分比含量包括：大理石15～25％，碳酸锶5～15％，萤石20～30％，硅微粉4～5％，45#雾化硅铁3～4％，金属锰3～4％，纯碱0.5～1％，铬铁15～18％,钒铁0.55～1.0％,海藻酸钠0.5～1.0％，氧化铈0.5～1.0％，陶瓷级钛白粉0.5～1％，羧甲基纤维素1～1.5％，余量为铁粉。

3.如权利要求1或2所述的600MPa级耐火耐候钢焊条，其特征在于，所述600MPa级耐火耐候钢焊条的制备方法包括以下步骤：将药皮包含的各制备粉料使用V型混粉机干混,混合时间20～30min,混合均匀的粉料与粘结剂水玻璃利用本行业专业湿混混粉机均匀混合，时间30～50min，得到药皮混合料；得到药皮混合料后，将所述药皮混合料利用常规的焊条制造工艺裹覆于焊芯表面，经过先低温烘干再高温烘干后得到耐火耐候钢焊条。