超低氢合金电焊条及其制造方法
【技术领域】
[0001 ]本公开一般涉及焊接技术领域，具体涉及焊条领域，尤其涉及一种超低氢合金电 焊条及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 海洋工程特殊钢结构需经受冰冻严寒、风浪冲击、海水腐蚀等严酷的服役环境，而 焊接又占据整个建造过程工作量的三分之一，焊接质量已成为影响海洋工程钢结构安全运 行的关键。研究及统计结果表明，船舶与海洋工程钢结构的失效事故多是源于焊接区域微 裂纹的扩展所致。同时焊接区域残留于焊缝金属内部的氢，因其原子半径极小可在金属晶 格间自由扩散成为扩散氢，该扩散氢一旦扩散至金属晶体缺陷处即可被"捕获"造成晶体缺 陷微区氢原子的大量聚集，当氢聚集到一定程度便导致氢脆。氢脆是海洋工程产品使用过 程中诱发微裂纹的重要因素。
[0003] 目前作为海洋工程配套的焊接材料必需从研发上应用强韧化设计技术提高高强 钢焊缝金属的韧性储备以增强结构的抗裂性能，同时还必需运用焊接冶金处理方法最大限 度地降低焊缝金属中的氢含量，这是海洋工程钢结构目前解决氢脆致裂的一条有效途径。
【发明内容】
[0004] 鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种高韧性、抗裂性能优异、疲劳性 能优异的超低氢合金电焊条。
[0005] 本发明提供一种超低氢合金电焊条，包括焊芯和药皮，以重量份数计，超低氢合金 电焊条的药皮包含以下组分：
[0006] 大理石：35-45份，莹石：10-20份，电解锰：2-10份，雾化硅铁:4-15份，钛铁:4-10 份，金属铬:0.5-2.5份，钼铁:0.5-5份，天然金红石:5-15份，镍粉:2-10份，海泰粉:2-10份， 重稀土硅铁合金:0.2-5份，氟化稀土: 0.2-2份。
[0007] 药皮中各组分的质量成分含量、颗粒度以及相关处理要求为：
[0008] 大理石:CaC03>96 %，S〈0 · 03 %，P〈0 · 03 %，粒度为40-180 目；
[0009] 萤石：〇3卩2>96%，5〈0.03%，卩〈0.02%，粒度为40-180目；
[0010] 电解锰:Mn>99.7%，C〈0.04%，S〈0.05%，Ρ〈0·010%，粒度为40-160 目；
[0011 ]雾化娃铁:Si : 42-47 %，S〈0 · 02 %，Ρ〈0 · 04%，粒度为40-200 目；
[0012] 钛铁：Ti:25-35%，A1〈8%，S〈0.03%，P〈0.05%，Si〈4.5%，C〈0.10%，粒度为40-200 目；
[0013] 金属铬：Cr>98.5%，C〈0.03%，S〈0.02%，Ρ〈0·01%，Si〈0.35%，粒度为60-200 目；
[0014] 钼铁:Μ〇>55·0%，S〈0.10%，Ρ〈0·08%，C〈0.20%，粒度为 100-150 目；
[0015] 天然金红石：Ti〇2>92 %，S〈0 · 03 %，P〈0 · 03 %，粒度为40-160目，经烘焙温度为800 °C，烘焙时间为1小时的烘焙处理；
[0016] 镍粉:Ni和Co的总量>99.5%，C〈0.05%，S〈0.01%，粒度为60-160 目；
[0017] 海泰粉:CaC〇3>80 %，CaF2>60 %，S〈0 · 03 %，P〈0 · 03 %，粒度为40-160 目；
[0018] 重稀土硅铁合金:RE2〇3:30-35 %，Ca: 6-10 %，Fe: 14-18 %，Si : 40-45 %，粒度为40-160 目；
[0019] 氟化稀土: RE0>83 %，Ce02/RE0>45 %，F>26 %，粒度为 100-200 目。
[0020] 本发明提供一种超低氢合金电焊条的制造方法，其步骤为：
[0021] 制作超低氢合金电焊条的药皮，按重量份数计，取以下组分：
[0022] 大理石：35-45份，莹石：10-20份，电解锰：2-10份，雾化硅铁:4-15份，钛铁:4-10 份，金属铬:0.5-2.5份，钼铁:0.5-5份，天然金红石:5-15份，镍粉:2-10份，海泰粉:2-10份， 重稀土硅铁合金:0.2-5份，氟化稀土: 0.2-2份；
[0023] 将药皮各组分进行干混，然后加入水玻璃，继续搅拌；
[0024] 将搅拌后的药皮均匀涂在焊芯上，压制焊条；
[0025] 将压制成型的焊条经过自然干燥后送入高温干燥炉进行烘焙。
[0026] 本发明的超低氢合金电焊条及其制造方法制造的超低氢合金电焊条，通过应用氧 化物冶金技术提升60-90kgf/cm3级高强钢焊缝金属韧性储备。利用焊接恪池中细小氧化夹 杂物在非平衡凝固条件下形核成针状铁素体，通过强化针状铁素体形核以抑制先共析铁素 体的形核，使焊缝中针状铁素体的比例大幅度提高以此获得强韧化焊缝金属。通过焊接材 料熔渣成分的优化设计，使该类高强钢焊缝金属的低温韧性在满足国内外船舶建造规范规 定的-40°C不低于47J指标基础上，达到100J以上的高韧性储备水平，可极大地提高这类钢 焊缝金属在严酷自然条件下的抗裂性能及疲劳性能。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具 体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
[0028] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考实施例来详细说明本申请。
[0029] 实施例一
[0030] 按重量份数计，取以下组分：
[0031] 大理石:35份，莹石：10份，电解锰:2份，雾化硅铁:4份，钛铁:4份，金属铬:0.5份， 钼铁:. 5份，天然金红石：5份，镍粉:2份，海泰粉:2份，重稀土硅铁合金:0.2份，氟化稀土： 0.2 份；
[0032] 将取得的组分进行干混，然后加入1:1钾钠水玻璃，继续搅拌，制作成药皮；
[0033] 将搅拌后的药皮均匀涂在焊芯上，压制焊条；
[0034]将压制成型的焊条经过自然干燥后送入高温干燥炉进行烘焙，烘焙温度为350度。 [0035] 实施例二
[0036]按重量份数计，取以下组分：
[0037] 大理石:45份，莹石：20份，电解锰：10份，雾化硅铁：15份，钛铁：10份，金属铬：2.5 份，钼铁:5份，天然金红石：15份，镍粉：10份，海泰粉：10份，重稀土硅铁合金:5份，氟化稀 土: 2份；
[0038]将取得的组分进行干混，然后加入1:1钾钠水玻璃，继续搅拌，制作成药皮；
[0039] 将搅拌后的药皮均匀涂在焊芯上，压制焊条；
[0040] 将压制成型的焊条经过自然干燥后送入高温干燥炉进行烘焙，烘焙温度为350度。 [0041 ] 实施例三
[0042] 按重量份数计，取以下组分：
[0043] 大理石:37份，莹石：12份，电解锰:3份，雾化硅铁:5份，钛铁:5份，金属铬:0.8份， 钼铁：1.5份，天然金红石：7份，镍粉:4份，海泰粉:3份，重稀土硅铁合金：1.2份，氟化稀土： 0.8 份；
[0044] 将取得的组分进行干混，然后加入1:1钾钠水玻璃，继续搅拌，制作成药皮；
[0045] 将搅拌后的药皮均匀涂在焊芯上，压制焊条；
[0046] 将压制成型的焊条经过自然干燥后送入高温干燥炉进行烘焙，烘焙温度为350度。 [0047]实施例四
[0048]按重量份数计，取以下组分：
[0049]大理石:43份，莹石：18份，电解锰:9份，雾化硅铁：14份，钛铁:9份，金属铬:2.1份， 钼铁:4.8份，天然金红石：13份，镍粉:9份，海泰粉:9份，重稀土硅铁合金:4.3份，氟化稀土： 1.8 份；
[0050] 将取得的组分进行干混，然后加入1:1钾钠水玻璃，继续搅拌，制作成药皮；
[0051] 将搅拌后的药皮均匀涂在焊芯上，压制焊条；
[0052]将压制成型的焊条经过自然干燥后送入高温干燥炉进行烘焙，烘焙温度为350度。 [0053] 实施例五
[0054]按重量份数计，取以下组分：
[0055] 大理石:40份，莹石：15份，电解锰:6份，雾化硅铁:9份，钛铁:7份，金属铬：1.5份， 钼铁:2.4份，天然金红石：10份，镍粉:6份，海泰粉:6份，重稀土硅铁合金:2.7份，氟化稀土： 1 · 3份；
[0056] 将取得的组分进行干混，然后加入1:1钾钠水玻璃，继续搅拌，制作成药皮；
[0057]将搅拌后的药皮均匀涂在焊芯上，压制焊条；
[0058]将压制成型的焊条经过自然干燥后送入高温干燥炉进行烘焙，烘焙温度为350度。 [0059]实施例一至实施例五中药皮的各组分的质量成分含量、颗粒度以及相关处理要求 为：
[0060] 大理石：CaC03>96 %，S〈0 · 03 %，P〈0 · 03 %，粒度为40-180 目；
[0061] 萤石：〇3卩2>96%，5〈0.03%，卩〈0.02%，粒度为40-180目；
[0062] 电解锰:Mn>99.7%，C〈0.04%，S〈0.05%，Ρ〈0·010%，粒度为40-160 目；
[0063] 雾化硅铁：Si : 42-47 %，S〈0 · 02 %，Ρ〈0 · 04%，粒度为40-200 目；
[0064] 钛铁：Ti :25-35%，A1〈8%，S〈0.03%，P〈0.05%，Si〈4.5%，C〈0.10%，粒度为40-200 目；
[0065] 金属铬：Cr>98.5%，C〈0.03%，S〈0.02%，Ρ〈0·01%，Si〈0.35%，粒度为60-200 目；
[0066] 钼铁:Μ〇>55·0%，S〈0.10%，Ρ〈0·08%，C〈0.20%，粒度为 100-150 目；
[0067] 天然金红石：Ti02>92 %，S〈0.03 %，P〈0.03 %，粒度为40-160目，经烘焙温度为800 °C，烘焙时间为1小时的烘焙处理；
[0068] 镍粉:Ni和Co的总量>99.5%，C〈0.05%，S〈0.01%，粒度为60-160 目；
[0069] 海泰粉:CaC03>80%，CaF2>60%，S〈0.03%，P〈0.03%，粒度为40-160 目；
[0070] 重稀土硅铁合金:RE2〇3:30-35 %，Ca: 6-10 %，Fe: 14-18 %，Si : 40-45 %，粒度为40-160 目；
[0071 ]氟化稀土: RE0>83 %，Ce02/RE0>45 %，F>26 %，粒度为 100-200 目。
[0072] 各个实施例制造的超低氢合金电焊条进行焊接形成的焊缝各项金属力学性能如 下表，其中保证值为金属焊缝的最低标准。
[0073]
[0074] 通过上面对焊缝的各项力学性能的实验结果可知，使用本发明的超低氢合金电焊 条及其制造方法的超低氢合金电焊条加工焊缝，大大提高了焊缝的抗拉强度、屈服强度、夏 比V型缺口冲击吸收功、伸长率等各项性能。
[0075]本发明的超低氢合金电焊条应用氧化物冶金技术提升60-90kgf/cm3级高强钢焊 缝金属韧性储备。由于焊缝金属是一种在非平衡热力学条件下形成的铸态组织，具有较明 显的凝固组织特征，易于生成粗大的先共析铁素体而难以获得晶粒细小的细晶铁素体组 织。利用焊接熔池中细小氧化夹杂物在非平衡凝固条件下形核成针状铁素体，通过强化针 状铁素体形核以抑制先共析铁素体的形核，使焊缝中针状铁素体的比例大幅度提高以此获 得强韧化焊缝金属，是目前国内外高强钢焊缝设计的一大趋势。通过焊接材料熔渣成分的 优化设计，使该类高强钢焊缝金属的低温韧性在满足国内外船舶建造规范规定的-40°C不 低于47J指标基础上，达到100J以上的高韧性储备水平，可极大地提高这类钢焊缝金属在严 酷自然条件下的抗裂性能及疲劳性能。
[0076]以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人 员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术 方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行 任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功 能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
【主权项】
1. 一种超低氢合金电焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，以重量份数计，所述药皮包 含以下组分： 大理石：35-45份，莹石：10-20份，电解锰：2-10份，雾化硅铁:4-15份，钛铁:4-10份，金 属络:0.5_2.5份，钼铁:0.5_5份，天然金红石:5_15份，银粉:2_10份，海泰粉:2_10份，重稀 土硅铁合金:0.2-5份，氟化稀土: 0.2-2份。2. 根据权利要求1所述的超低氢合金焊条，其特征在于，所述药皮中各组分的质量成分 含量、颗粒度以及相关处理要求为： 所述大理石：CaC03>96 %，S〈0 · 03 %，P〈0 · 03 %，粒度为40-180 目； 所述萤石：CaF2>96 %，S〈0 · 03 %，P〈0 · 02 %，粒度为40-180 目； 所述电解锰:Mn>99 · 7 %，C〈0 · 04 %，S〈0 · 05 %，P〈0 · 010 %，粒度为40-160 目； 所述雾化硅铁:Si : 42-47 %，S〈0 · 02 %，P〈0 · 04 %，粒度为40-200 目； 所述钛铁：Ti:25-35%，A1〈8%，S〈0.03%，P〈0.05%，Si〈4.5%，C〈0.10%，粒度为40-200 目； 所述金属铬:Cr>98 · 5 %，C〈0 · 03 %，S〈0 · 02 %，P〈0 · 01 %，Si〈0 · 35 %，粒度为60-200 目； 所述钼铁:Mo>55 · 0 %，S〈0 · 10 %，P〈0 · 08 %，C〈0 · 20 %，粒度为 100-150 目； 所述天然金红石:Ti02>92 %，S〈0.03 %，P〈0.03 %，粒度为40-160目，经烘焙温度为800 °C，烘焙时间为1小时的烘焙处理； 所述镍粉:Ni和Co的总量>99 · 5 %，C〈0 · 05 %，S〈0 · 01 %，粒度为60-160目； 所述海泰粉:CaC03>80 %，CaF2>60 %，S〈0 · 03 %，P〈0 · 03 %，粒度为40-160 目； 所述重稀土硅铁合金：RE2O3:30-35 %，Ca: 6-10 %，Fe: 14-18 %，Si : 40-45 %，粒度为40-160 目； 所述氟化稀土: RE0>83 %，Ce02/RE0>45 %，F>26 %，粒度为 100-200 目。3. -种超低氢合金电焊条的制造方法，其特征在于，其步骤为： 制作超低氢合金电焊条的药皮，按重量份数计，取以下组分： 大理石：35-45份，莹石：10-20份，电解锰：2-10份，雾化硅铁:4-15份，钛铁:4-10份，金 属络:0.5_2.5份，钼铁:0.5_5份，天然金红石:5_15份，银粉:2_10份，海泰粉:2_10份，重稀 土硅铁合金:0.2-5份，氟化稀土: 0.2-2份，将取得的组分进行干混，然后加入水玻璃，继续 搅拌，制作成药皮； 将搅拌后的药皮均匀涂在焊芯上，压制焊条； 将压制成型的焊条经过自然干燥后送入高温干燥炉进行烘焙。4. 根据权利要求3所述的超低氢合金电焊条的制造方法，其特征在于，所述水玻璃为3: 1钾钠水玻璃。5. 根据权利要求3所述的超低氢合金电焊条的制造方法，其特征在于，所述烘焙温度为 350度。
【专利摘要】本申请公开了一种超低氢合金电焊条，包括焊芯和药皮，以重量份数计，超低氢合金电焊条的药皮包含以下组分：大理石：35?45份，莹石：10?20份，电解锰：2?10份，雾化硅铁：4?15份，钛铁：4?10份，金属铬：0.5?2.5份，钼铁：0.5?5份，天然金红石：5?15份，镍粉：2?10份，海泰粉：2?10份，重稀土硅铁合金：0.2?5份，氟化稀土0.2?2，本发明的超低氢合金电焊条利用焊接熔池中细小氧化夹杂物在非平衡凝固条件下形核成针状铁素体，使焊缝中针状铁素体的比例大幅度提高以此获得强韧化焊缝金属，极大地提高这类钢焊缝金属在严酷自然条件下的抗裂性能及疲劳性能。
【IPC分类】B23K35/365, B23K35/40
【公开号】CN105710563
【申请号】CN201610247074
【发明人】崔俊
【申请人】南通豪泰焊材有限公司