CN114310031B - 一种可热处理的高强度高韧性焊条 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接材料技术领域，具体提供了一种可热处理的高强度高韧性焊条，包括钢芯和药皮；所述药皮包括：30％‑45％的大理石、15％‑28％的萤石、2％‑8％的硅微粉、1％‑4％的硼钙羧甲基纤维素、1％‑4％的重质碳酸钡、2％‑4％的海泡石、3％‑9％的金属锰、1％‑6％的钼铁、1％‑8％的镍镁合金、0.5％‑1.5％的氟化稀土、0.5％‑1.0％的纯碱、余量为Fe。本发明提供的焊条使熔敷金属在焊态和热处理态均具有优良的力学性能，抗拉强度高于550MPa，延伸率不低于24％，‑50℃低温冲击吸收能量大于60J。使用本申请提供的焊条可进行全位置焊接，焊接工艺性能优良，电弧稳定，焊缝成形美观。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种可热处理的高强度高韧性焊条。
背景技术
海洋平台是开采海上石油及天然气资源的重要载体，是一种典型的大型焊接工程结构，结构复杂，应力集中程度高。由于海洋环境的影响，海洋平台需要经常在低温、潮汐、风暴等恶劣条件下服役，其服役期与船舶相比长50％左右。因此海洋平台的建造质量要求严格，其对焊接材料的强度、氢含量、低温韧性等的要求也相应较高。
随着海洋开发步伐不断向深海迈进，用于海洋平台建造的钢板厚度也在不断增加，厚板焊接时其结构自身存在拘束，且在焊接过程中采用外部拘束限制焊接接头宏观变形，将在焊接结构中引入较大的残余应力，危害焊接结构服役的安全性与可靠性。因此中厚板钢焊接结构一般要求进行焊后热处理来消除焊接接头的残余应力。研究表明，低合金钢焊缝金属采用600℃-700℃保温2小时的热处理时，会使得焊缝金属组织中析出碳化物，由于焊缝金属的碳含量低，且热处理过程会使碳化物球化，从而使焊缝金属韧度提升。但随着厚板增加，热处理时间也需延长。在450℃-650℃进行高温回火时保温时间延长容易造成高温回火脆性，主要原因是随着保温时间延长，会伴随金相组织的长大粗化、析出物长大以及成分偏析，最终导致焊缝金属力学性能变差。
发明内容
本发明的目的是克服现有焊接材料中没有在650℃×6h热处理条件下力学性能优良的产品的问题。
为此，本发明提供了一种可热处理的高强度高韧性焊条，包括钢芯和药皮；所述药皮包括如下按质量百分比计的原料：30％-45％的大理石、15％-28％的萤石、2％-8％的硅微粉、1％-4％的硼钙羧甲基纤维素、1％-4％的重质碳酸钡、2％-4％的海泡石、3％-9％的金属锰、1％-6％的钼铁、1％-8％的镍镁合金，0.5％-1.5％的氟化稀土、0.5％-1.0％的纯碱，余量为Fe。
具体的，上述焊条形成的熔敷金属包括如下按重量百分比计的化学成分：0.052-0.065％的C、1.26-1.53％的Mn、0.28-0.36％的Si、0.005-0.009％的P、0.005-0.007％的S、0.57-0.91％的Ni和0.1-2.1％的Mo。
具体的，上述钢芯为H08GX盘元。
具体的，上述药皮采用CaO-CaF2型碱性渣系。
具体的，上述药皮占焊条总质量的30％-35％。
本发明提供的可热处理的高强度高韧性焊条主要用于海工产品焊接，在焊接时采用直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流160-170A，焊接速度26.0cm/min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提供的这种可热处理的高强度高韧性焊条通过药皮向熔敷金属过渡适量的Ni、Mo及其他合金元素，使熔敷金属在焊态和热处理态均具有优良的力学性能，其中热处理制度为650℃×6h；通过对药皮组分的调整，控制焊缝金属中Mn、Si、C及其他合金元素的含量，保证熔敷金属抗拉强度高于550MPa，延伸率不低于24％，-50℃低温冲击吸收能量大于60J。使用本申请提供的焊条可进行全位置焊接，焊接工艺性能优良，电弧稳定，焊缝成形美观。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。尽管已经详细描述了本发明的代表性实施例，但是本发明所属技术领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明的范围不应局限于实施方案，而应由所附权利要求及其等同物来限定。
本发明提供了一种可热处理的高强度高韧性焊条，包括钢芯和药皮，优选的，药皮占焊条总质量的30％-35％；为改善碱性焊条的工艺性能，通过大量试验验证，确定了药皮的基本组分和含量，所述药皮包括如下按质量百分比计的原料：30％-45％的大理石、15％-28％的萤石、2％-8％的硅微粉、1％-4％的硼钙羧甲基纤维素、1％-4％的重质碳酸钡、2％-4％的海泡石、3％-9％的金属锰、1％-6％的钼铁、1％-8％的镍镁合金，0.5％-1.5％的氟化稀土、0.5％-1.0％的纯碱，余量为Fe。
因硅灰石中SiO2的含量较高，在药皮中添加少量的硅微粉，可以适当降低熔渣碱度，提高熔渣流动性，可使焊缝成形更加美观，脱渣更加容易；在药皮中加入少量的纯碱，可增加药皮的润滑性，提高焊条的压涂性能；加入金属锰脱氧，可降低焊缝中的氧含量，降低氧化物夹杂对低温冲击韧性的危害，提高焊缝金属的低温冲击韧性；Ni元素可降低低温脆性转变温度，对提高低温冲击韧性非常有利；氟化稀土可以净化焊缝，细化夹杂物并且可使硫化物球化，达到消除或降低金属材料中微量低熔点金属的危害作用，提高冲击韧性；少量的Mo元素可细化晶粒，同时因为Mo是强碳化物元素，有明显的沉淀强化作用，对提高强度非常明显。
本发明所使用的钢芯优选为H08GX盘元，药皮采用CaO-CaF2型碱性渣系，碱性渣系能有效减少焊缝金属的非金属夹杂物，并具有更好的脱氧、脱氢和脱硫作用，性能更加稳定，能显著提高焊缝金属的韧性，同时碱性金属能够确保焊条为超低氢焊条，在一定程度上减少冷裂纹的产生。
采用本发明所述焊条焊接时，形成的熔敷金属包括如下按重量百分比计的化学成分：0.052-0.065％的C、1.26-1.53％的Mn、0.28-0.36％的Si、0.005-0.009％的P、0.005-0.007％的S、0.57-0.91％的Ni和0.1-2.1％的Mo。在焊态和热处理态条件下熔敷金属均具有优良的力学性能，抗拉强度大于550MPa，-50℃冲击大于60J。
下面通过具体实施例对本发明的可热处理的高强度高韧性焊条的效果进行研究。
实施例1：
本实施例提供了一种可热处理的高强度高韧性焊条，包括焊芯和药皮，焊芯采用H08GX钢芯，药皮包括如下按质量百分比计的原料：32％的大理石、25％的萤石、8％的硅微粉、1％的硼钙羧甲基纤维素、1％的重质碳酸钡、2％的海泡石、4.5％的金属锰、4.6％的钼铁、5％的镍镁合金、0.5％的氟化稀土，1％的纯碱、16.4％的铁粉。药皮占焊条总质量的30％。
按碱性低氢焊条制造方法制作焊条，使用钾钠水玻璃作为粘合剂，将混合均匀的药皮压涂在H08GX钢芯表面，制成Φ4.0mm的焊条。
对焊条进行熔敷金属理化性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T 5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》进行。采用直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流为160-170A，焊接速度为26.0cm/min，热处理制度为650℃×6h，焊条形成的熔敷金属的化学成分、焊态力学性能和热处理态力学性能分别如表1-3所示。
实施例2：
本实施例提供了一种可热处理的高强度高韧性焊条，包括焊芯和药皮，焊芯采用H08GX钢芯，药皮包括如下按质量百分比计的原料：38％的大理石、20％的萤石、6％的硅微粉、4％的硼钙羧甲基纤维素、2％的重质碳酸钡、2％的海泡石、3％的金属锰、3.7％的钼铁、4.5％的镍镁合金、0.8％的氟化稀土，0.8％的纯碱、16.2％的铁粉。药皮占焊条总质量的34％。
按碱性低氢焊条制造方法制作焊条，使用钾钠水玻璃作为粘合剂，将混合均匀的药皮压涂在H08GX钢芯表面，制成Φ4.0mm的焊条。
对焊条进行熔敷金属理化性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T 5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》进行。采用直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流为160-170A，焊接速度为26.0cm/min，热处理制度为650℃×6h，焊条形成的熔敷金属的化学成分、焊态力学性能和热处理态力学性能分别如表1-3所示。
实施例3：
本实施例提供了一种可热处理的高强度高韧性焊条，包括焊芯和药皮，焊芯采用H08GX钢芯，药皮包括如下按质量百分比计的原料：35％的大理石、22％的萤石、4％的硅微粉、3％的硼钙羧甲基纤维素、2％的重质碳酸钡、2％的海泡石、3％的金属锰、2.7％的钼铁、7％的镍镁合金、1.5％的氟化稀土，0.5％的纯碱、17.3％的铁粉。药皮占焊条总质量的32％。
按碱性低氢焊条制造方法制作焊条，使用钾钠水玻璃作为粘合剂，将混合均匀的药皮压涂在H08GX钢芯表面，制成Φ4.0mm的焊条。
对焊条进行熔敷金属理化性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T 5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》进行。采用直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流为160-170A，焊接速度为26.0cm/min，热处理制度为650℃×6h，焊条形成的熔敷金属的化学成分、焊态力学性能和热处理态力学性能分别如表1-3所示。
实施例4：
本实施例提供了一种可热处理的高强度高韧性焊条，包括焊芯和药皮，焊芯采用H08GX钢芯，药皮包括如下按质量百分比计的原料：31％的大理石、28％的萤石、3％的硅微粉、3％的硼钙羧甲基纤维素、3％的重质碳酸钡、3％的海泡石、6％的金属锰、3.2％的钼铁、8％的镍镁合金、1.1％的氟化稀土，0.6％的纯碱、9.1％的铁粉。药皮占焊条总质量的35％。
按碱性低氢焊条制造方法制作焊条，使用钾钠水玻璃作为粘合剂，将混合均匀的药皮压涂在H08GX钢芯表面，制成Φ4.0mm的焊条。
对焊条进行熔敷金属理化性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T 5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》进行。采用直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流为160-170A，焊接速度为26.0cm/min，热处理制度为650℃×6h，焊条形成的熔敷金属的化学成分、焊态力学性能和热处理态力学性能分别如表1-3所示。
实施例5：
本实施例提供了一种可热处理的高强度高韧性焊条，包括焊芯和药皮，焊芯采用H08GX钢芯，药皮包括如下按质量百分比计的原料：40％的大理石、20％的萤石、3％的硅微粉、3％的硼钙羧甲基纤维素、4％的重质碳酸钡、4％的海泡石、5％的金属锰、4.8％的钼铁、6％的镍镁合金、0.6％的氟化稀土，0.8％的纯碱、8.8％的铁粉。药皮占焊条总质量的35％。
按碱性低氢焊条制造方法制作焊条，使用钾钠水玻璃作为粘合剂，将混合均匀的药皮压涂在H08GX钢芯表面，制成Φ4.0mm的焊条。
对焊条进行熔敷金属理化性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T 5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》进行。采用直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流为160-170A，焊接速度为26.0cm/min，热处理制度为650℃×6h，焊条形成的熔敷金属的化学成分、焊态力学性能和热处理态力学性能分别如表1-3所示。
表1熔敷金属化学成分(质量百分比％)
表2熔敷金属力学性能(焊态)
表3熔敷金属力学性能(热处理态)
由表1-3可以看出，本发明提供的这种可热处理的高强度高韧性焊条形成的熔敷金属在焊态和热处理态条件下熔敷金属均具有优良的力学性能，抗拉强度大于550MPa，-50℃冲击大于60J。
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 (6)
1.一种可热处理的高强度高韧性焊条，其特征在于，包括钢芯和药皮；所述药皮由如下按质量百分比计的原料组成：30%-45%的大理石、15%-28%的萤石、6%-8%的硅微粉、1%-4%的硼钙羧甲基纤维素、1%-4%的重质碳酸钡、2%-4%的海泡石、3%-9%的金属锰、4.6%-6%的钼铁、1%-8%的镍镁合金，0.5%-1.5%的氟化稀土、0.5%-1.0%的纯碱，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的可热处理的高强度高韧性焊条，其特征在于：所述钢芯为H08GX盘元。
3.如权利要求1所述的可热处理的高强度高韧性焊条，其特征在于：所述药皮采用CaO-CaF2型碱性渣系。
4.如权利要求1所述的可热处理的高强度高韧性焊条，其特征在于：所述药皮占焊条总质量的30%-35%。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的可热处理的高强度高韧性焊条的应用，其特征在于：所述可热处理的高强度高韧性焊条用于海工产品焊接。
6.如权利要求5所述的可热处理的高强度高韧性焊条的应用，其特征在于：所述可热处理的高强度高韧性焊条在焊接时采用直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流160-170A，焊接速度26.0cm/min。
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