CN112975194B

CN112975194B - 一种低屈强比高强耐候钢焊条

Info

Publication number: CN112975194B
Application number: CN202110187106.7A
Authority: CN
Inventors: 肖辉英; 朱藤辉; 吴双; 刘昕; 耿宽宽; 刘文利; 魏邦
Original assignee: Tianjin Golden Bridge Welding Materials Group Co Ltd
Current assignee: Tianjin Golden Bridge Welding Materials Group Co Ltd
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2041-02-09
Also published as: CN112975194A

Abstract

本发明提供了一种低屈强比高强耐候钢焊条，包括焊芯和药皮，其熔覆金属包括如下质量百分比的组分，Mn：1.20‑2.00％；Si：0.20‑0.60％；Cr：0.35‑0.60％；Ni：1.15‑2.00％；Mo：0.20‑1.00％；Cu：0.35‑0.80％；C：0.05‑0.09％；S：≤0.015％；P：≤0.02％，余量为Fe以及不可避免杂质，各组分的质量百分比之和为100％。本发明所述的焊条屈强比降低，耐蚀性能良好，实现用于厚板材的低合金钢的焊接需求。

Description

一种低屈强比高强耐候钢焊条

技术领域

本发明属于焊条技术领域，尤其是涉及一种低屈强比高强耐候钢焊条。

背景技术

随着冶炼及控轧技术的进步，低合金高强钢的强度级别已经能够达到1100MPa以上。但是，在桥梁结构中，由于部件体积大，对于钢板的厚度和尺寸要求高，所以在国内桥梁工程施工中，多采用Q370qE、Q420qE钢板，在沪通大桥中海采用了强度级别更高的Q500qE，在国外钢桥的建造中采用了更高强度级别的钢板(对应国内Q690qE)。

这类低合金高强钢常被用于桥梁设计和大跨度钢桥建设等方面，如果屈强比过高易引发工程结构件的脆断，然而过低的屈强比又会使结构件发生较大的变形而失效。而对于厚板材的低合金高强钢，低的屈强比可以有效地保证材料的使用安全。目前，800MPa级高强耐候钢在桥梁工程的应用已经处于工程示范阶段。然而，对于这类高强耐候钢的焊接研究报告较少，焊接结构的安全可靠性仍是一大难点，尚未存在完全满足设计要求的焊接材料系列产品。面对海洋工程以及桥梁工程等耐腐蚀钢的未来发展方向，必须尽快开发系列具有与之对应的有自主知识产权的焊接材料。因此，本专利从低屈强比、高强高韧和耐候等方面考虑，设计了针对Q690qE的低屈强比且高强高韧耐候的碱性焊条。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种低屈强比高强耐蚀的焊条，目的是提高抗冷裂纹敏感性，提高强度和韧性，降低屈强比，获得良好耐蚀性能，实现用于厚板材的低合金钢的焊接需求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种低屈强比高强耐候钢焊条，包括焊芯和药皮，其熔覆金属包括如下质量百分比的组分，Mn：1.20-2.00％；Si：0.20-0.60％；Cr：0.35-0.60％；Ni：1.15-2.00％；Mo：0.20-1.00％；Cu：0.35-0.80％；C：0.05-0.09％；S：≤0.015％；P：≤0.02％，余量为Fe以及不可避免杂质，各组分的质量百分比之和为100％。

优选的，其熔覆金属中Mn/Si的质量比值在4-8。

优选的，所述药皮，包括如下重量份数的组分，大理石：40.0-50.0份；萤石：20.0-30.0份；金红石：5.0-8.0份；碳酸钙：4.0-6.0份；钛酸钾：1.0-2.0份；CMC：0.2-1.0份；纯碱：0.6-1.2份；稀土硅铁：1.5-4.0份；中碳锰铁：4.0-6.0份；镍粉：2.5-5.0份；钼粉：0.5-2.5份；电解铜：0.8-2.5份；金属铬：0.5-1.5份。

优选的，所述焊芯为低硫低磷的H08T。

优选的，熔敷金属组织中针状铁素体与粒状贝氏体面积比在3.5-4。

优选的，屈服强度≥690MPa；抗拉强度≥810MPa；屈强比≤0.86；伸长率≥18％；(-40℃条件下)Akv≥90J；耐候指数I≥7.5。

本发明同时提供如上所述焊条的焊接的方法，电流：110-190A；层温：130-160℃；层数：8-11层；焊后200℃保温1h。

本发明同时提供如上所述的低屈强比高强耐候钢焊条在厚板材的低合金高强钢的焊接中的应用。

本发明中选择锰、镍、钼、铜和铬作为合金剂元素，促进熔覆金属中针状铁素体的形成以及起到固溶强化的作用。

将熔敷金属设计为Cr-Ni-Cu体系，提高熔覆金属的耐候性能；通过配方优化设计，对焊材中杂质元素和微量元素的含量范围进行控制，使得熔敷金属的组织为针状铁素体和粒状贝氏体。将各元素成分质量百分比(％)控制在下列范围内：Mn：1.20-2.00％；Si：0.20-0.60％；Cr：0.35-0.60％；Ni：1.15-2.00％；Mo：0.20-1.00％；Cu：0.35-0.80％；C：0.05-0.09％；S：≤0.015％；P：≤0.02％，余量为Fe以及不可避免杂质，各组分的质量百分比之和为100％。

其中，Mn和Si元素作为脱氧剂，彼此相互影响，有效地降低了熔覆金属中氧元素含量；适当的含量可以对铁素体起到固溶强化和细化晶粒的作用，才会在提高强度的同时改善冲击韧性。如果Mn/Si比例过高，贝氏体和马氏体组织过多；但是Mn/Si比例过低，针状铁素体组织变得粗大，冲击韧性降低。本发明将Mn/Si比控制在4～8之间，一方面有利于夹杂物的氧化粗化，加速形成的氧化物夹杂物上浮，排除于焊缝金属之外，脱氧效果好，进而提高了熔覆金属的冲击韧性；另一方面提高了针状铁素体的形成，提高熔覆金属的强度。Ni和Mo元素有利于提高焊缝金属强韧性；Cr元素提高了熔敷金属的抗氧化性能，并且促进了针状铁素体形成；Cu是耐腐蚀的有效元素。过饱和的C在铁素体内析出会形成粒状贝氏体，提高焊缝金属的强性，但是C含量过高，焊缝中珠光体比例增加，韧性会降低，容易产生高温裂纹。S、P是焊缝中的主要有害元素，显著降低焊缝金属低温冲击韧性，尽量降低其在熔覆金属中的含量。

针状铁素体能够提高焊缝金属的强韧化性能；粒状贝氏体可以提高焊缝金属的强度。通过化学元素成分控制和焊接工艺参数优化，将熔敷金属组织中针状铁素体与粒状贝氏体的面积比控制在3.5-4.0之间，进而控制熔敷金属的屈强比在0.86以下。

相对于现有技术，本发明所述的低屈强比高强耐蚀的焊条，具有以下优势：

本发明所述的焊条的熔敷金属的力学性能为，屈服强度≥690MPa；抗拉强度≥810MPa；屈强比≤0.86；伸长率≥18％；(-40℃条件下)Akv≥90J；耐候指数I≥7.5。

本发明的焊条所得熔敷金属及其焊接接头具有良好的耐大气腐蚀性能，同时具有高强高韧以及低屈强比的优良性能，尤其是-40℃的低温冲击韧性很好。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

配药皮：各药粉的质量组成如下：大理石45份；萤石30份；金红石5.6份；碳酸钙4.5份；钛酸钾1.5份；CMC 0.3份；纯碱0.8份；稀土硅铁2.0份；中碳锰铁4.5份；镍粉3.2份；钼粉2.1份；电解铜1.2份；金属铬1.2份。

将药皮原材料各组分混合均匀后，加入模数M为3.1，浓度Be°在41-43范围内的钾钠水玻璃(1：1的比例混合)，倒入混合的药皮原材料中，制备出药皮用膏体，与规格为3.2模径为8的H08T焊芯一起，在焊条生产设备上进行焊条制备，最后在80℃低温下烘烤3小时，在380℃高温下烘烤1小时。

熔覆金属的焊接工艺性能要求如下：电流：120A；层温：140-150℃；层数：11层；焊后200℃保温1h。熔敷金属的化学成分和力学性能如表1和表2所示。

表1熔敷金属的化学成分表(wt.％)

表2熔覆金属的力学性能表

实施例2

配药皮：各药粉的质量组成如下：大理石43份；萤石25份；金红石6.0份；碳酸钙4.5份；钛酸钾1.5份；CMC 0.3份；纯碱0.8份；稀土硅铁3.4份；中碳锰铁5.0份；镍粉3.5份；钼粉2.1份；电解铜1.5份；金属铬1.3份。

将药皮原材料各组分混合均匀后，加入模数M为3.1，浓度Be°在41-43范围内的钾钠水玻璃(1：1的比例混合)，倒入混合的药皮原材料中，制备出药皮用膏体，与规格为4.0模径为8的H08T焊芯一起，在焊条生产设备上进行焊条制备，最后在80℃低温下烘烤3小时，在380℃高温下烘烤1小时。

熔覆金属的焊接工艺性能要求如下：电流：160A；层温：140-150℃；层数：9层；焊后200℃保温1h。熔敷金属的化学成分和力学性能如表3和表4所示。

表3熔敷金属的化学成分表(wt.％)

表4熔覆金属的力学性能表

实施例3

配药皮：各药粉的质量组成如下：大理石46份；萤石25份；金红石6.4份；碳酸钙5.5份；钛酸钾1.5份；CMC 0.3份；纯碱0.8份；稀土硅铁3.4份；中碳锰铁5.5份；镍粉3.5份；钼粉2.1份；电解铜2.3份；金属铬1.4份。

将药皮原材料各组分混合均匀后，加入模数M为3.1，浓度Be°在41-43范围内的钾钠水玻璃(1：1的比例混合)，倒入混合的药皮原材料中，制备出药皮用膏体，与规格为5.0模径为8的H08T焊芯一起，在焊条生产设备上进行焊条制备，最后在80℃低温下烘烤3小时，在380℃高温下烘烤1小时。

熔覆金属的焊接工艺性能：电流：190A；层温：130-150℃；层数：8层；焊后200℃保温1h。熔敷金属的化学成分和力学性能如表5和表6所示。

表5熔敷金属的化学成分表(wt.％)

表6熔覆金属的力学性能

焊条熔覆金属的耐候性能通过耐候指数来进行解释说明。一般认为耐候指数I≥6.5，说明材料的耐候性能好。

耐候指数计算公式：

I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.9(％Cu)²

表7三个实例的耐候指数表

实例	实施例1	实施例2	实施例3
				耐候指数	9.87	8.29	8.40

根据表7中三个实例耐候指数的结果，可知本专利所设计的焊条均具有良好的耐候性能。

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

1.一种低屈强比高强耐候钢焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于：其熔覆金属包括如下质量百分比的组分，Mn：1.20-2.00%；Si：0.20-0.60%；Cr：0.35-0.60%；Ni：1.15-2.00%；Mo：0.20-1.00%；Cu：0.35-0.80%；C：0.05-0.09%；S：≤0.015%；P：≤0.02%，余量为Fe以及不可避免杂质，各组分的质量百分比之和为100%；

所述药皮，包括如下重量份数的组分，大理石：40.0-50.0份；萤石：20.0-30.0份；金红石：5.0-8.0份；碳酸钙：4.0-6.0份；钛酸钾：1.0-2.0份；CMC：0.2-1.0份；纯碱：0.6-1.2份；稀土硅铁：1.5-4.0份；中碳锰铁：4.0-6.0份；镍粉：2.5-5.0份；钼粉：0.5-2.5份；电解铜：0.8-2.5份；金属铬：0.5-1.5份；

熔敷金属组织中针状铁素体与粒状贝氏体面积比在3.5-4。

2.根据权利要求1所述的低屈强比高强耐候钢焊条，其特征在于：Mn/Si的质量比值在4-8。

3.根据权利要求1~2任一项所述的低屈强比高强耐候钢焊条，其特征在于：所述焊芯为低硫低磷的H08T。

4.根据权利要求1~2任一项所述的低屈强比高强耐候钢焊条，其特征在于：屈服强度≥690MPa；抗拉强度≥810MPa；屈强比≤0.86；伸长率≥18%；-40℃条件下，Akv≥90J；耐候指数I≥7.5。

5.一种使用权利要求1~4任一项所述的低屈强比高强耐候钢焊条进行焊接的方法，其特征在于，电流：110-190A；层温：130-160℃；层数：8-11层；焊后200℃保温1h。

6.根据权利要求1~2任一项所述的低屈强比高强耐候钢焊条在厚板材的低合金高强钢的焊接中的应用。