本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝。
背景技术：
：近些年来，石油和天然气的开采已经从陆地转移到海洋。海洋资源的开采确保了稳定的能量供应，不断满足生产及生活的需要。石油和天然气的地下钻井已经普遍采用了海洋结构，例如升降式钻油平台、导管架、直塔和半潜式钻油平台等等。目前，在海上移动式钻油平台中，升降式钻油平台仍占绝大多数。升降式钻油平台是一种用来钻井的可移动装置，它的桁架，包括凿条和齿轮，在运行中可以使平台自由上升和下降以及定格在某一海水高度。由于凿条和齿轮要支撑整个平台，因此它们都必须由高强度钢制成，例如Q690钢。针对其所处的低温海洋环境及波浪的冲击，配套的焊接材料必须具有足够的强度及优异的低温冲击韧性。采用手工电弧焊可获得良好的强度与低温冲击韧性的结合，但其焊接效率不如药芯焊丝气保焊；采用传统的药芯焊丝气保焊虽然焊接效率得到提高，但其熔敷金属的低温冲击韧性却不理想。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供了一种Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，其采用金属粉型的焊药及80％Ar+20％CO2作为保护气体的这种焊接方式，不但大大提高了焊接效率，而且可获得具有优异机械性能的焊缝金属，尤其是低温冲击韧性优异。本发明的技术方案是：一种Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，由焊药和钢带构成，焊药包裹于钢带内；所述钢带是低P、S钢带；所述焊药占焊丝总重量的10～20％；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：C：0.010～0.055％；Si：0.01～0.03％；Mn：0.10～0.30％；Al：0.005～0.060％；P：0.005～0.010％；S：0.005～0.010％；Fe：余量；以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：氟化物：0.1～3.0％；C：0.1～0.5％；Mn：5～20％；Si：1～10％；Cr：1～8％；Ni：10～20％；Mo：1～10％；Fe：余量。优选的，以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分优选如下：氟化物：0.1～3.0％；C：0.1～0.5％；Mn：7～13％；Si：1～5％；Cr：1～5％；Ni：12～20％；Mo：1～5％；Fe：余量。优选的，所述Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：C：0.028～0.036％；Si：0.014～0.022％；Mn：0.15～0.23％；Al：0.036～0.048％；P：0.007～0.009％；S：0.005～0.007％；Fe：余量；以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：氟化物：0.76～1.54％；C：0.25～0.33％；Mn：8.2～11.2％；Si：2.8～3.5％；Cr：2.8～3.0％；Ni：16.6～17.4％；Mo：3.4～3.9％；Fe：余量。所述氟化物至少包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF中的一种或多种。以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的组分包括：C：0.055～0.066％；Si：0.23～0.30％；Mn：1.54～1.83％；P：0.006～0.007％；S：0.005～0.007％；Cr：0.016～0.017％；Ni：2.40～2.49％；Mo：0.496～0.553％。以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的O、N含量为：O≤600ppm，N≤30ppm。优选的，以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的O、N含量为：O：530ppm～590ppm；N：26ppm～30ppm。本发明中焊药各组分在药芯焊丝中各自发挥的作用如下：氟化物(包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF)的主要作用为造渣和脱氢，另外还可调节粘度，提高熔渣的覆盖性，氟化物过少时，脱氢作用不大，氟化物过多时，焊接烟尘量明显增大，电弧不稳，同时氟化物也具有一定的稀渣能力。碳的主要作用是提供足够的强度。含碳量过低焊缝的强度不足，而含碳量过高则淬硬倾向增大且抗裂性变差。锰的主要作用是脱氧、脱硫和向焊缝中过渡合金元素。硅的主用作用是通过硅锰联合脱氧，这样脱氧效果更佳，同时过渡合金元素。镍的主要作用是向焊缝中过渡合金元素，它不但可抑制先共析铁素体的形成，而且还可以细化晶粒，以此来提高焊缝的综合机械性能。铬、钼的主要作用是向焊缝中过渡合金元素，以此来提高熔敷金属的强度。本发明采用金属粉型的焊药，药粉内几乎不含造渣剂，因此可连续焊接两至三层不需清渣，提高了焊接效率，此外，全位置作业性佳，适用于海工各个位置的焊接；通过添加一定含量的C、Mn、Si、Cr、Mo等合金元素，可获得极高强度的焊缝金属；通过添加一定含量的Ni来细化晶粒，可获得低温冲击韧性优良(-60℃冲击值可达50J以上)的焊缝金属；采用80％Ar+20％CO2作保护气体且焊丝药粉内几乎不含氧化物，因而可大大降低焊缝金属中的O、N含量(O≤600ppm，N≤30ppm)，这可进一步提高低温冲击韧性；焊缝金属的扩散氢含量一般均在5ml/100g以下(水银法)，因此冷裂敏感性倾向较低，此外焊缝金属中的P、S含量均控制在0.010％以下，这大大提高了抗热裂性能。本发明的有益效果是：本发明药芯焊丝采用金属粉型的焊药及80％Ar+20％CO2作保护气体，因此可连续焊接且全位置作业性佳，焊缝金属不但具有优异的抗裂性，而且具有极高的强度与优异的低温冲击韧性的结合，尤其是-60℃冲击值可达50J以上。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。本发明由钢带和焊药组成，焊药包裹在钢带内。钢带为采用低P、S的钢带，其组分(重量百分比％)如下表：CSiMnAl0.010-0.0550.01-0.030.10-0.300.005～0.060PSFe0.005-0.0100.005-0.010余量焊药占焊丝全重量比例为10～20％，其焊药组分(重量百分比％)如下表：氟化物CMnSiCrNiMoFe0.1-3.00.1-0.55-201-101-810-201-10余量更佳的焊药组分(重量百分比％)优选如下表：氟化物CMnSiCrNiMoFe0.1-3.00.1-0.57-131-51-512-201-5余量更优选的，所述Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：C：0.028～0.036％；Si：0.014～0.022％；Mn：0.15～0.23％；Al：0.036～0.048％；P：0.007～0.009％；S：0.005～0.007％；Fe：余量；以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：氟化物：0.76～1.54％；C：0.25～0.33％；Mn：8.2～11.2％；Si：2.8～3.5％；Cr：2.8～3.0％；Ni：16.6～17.4％；Mo：3.4～3.9％；Fe：余量。为了更好地理解本发明，下面通过实施例1～5来进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例。实施例1：采用焊丝生产行业内通用的制造工艺，按表1-1的钢带组分制作钢带(外皮)，按照表1-2的焊药配方进行配制并将焊药包裹于钢带内(overlap)：表1-1：钢带组分(％)CSiMnAlPSFe0.0280.0140.150.0480.0070.005余量表1-2：焊药配方(％)氟化物CMnSiCrNiMoFe1.540.338.22.82.816.63.464.33其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表1-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表1-4：表1-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)CSiMnPSCrNiMoON0.0660.231.540.0060.0050.0162.400.49655028表1-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢实施例2：采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表2-1的钢带组分及表2-2的焊药配方进行配制：表2-1：钢带组分(％)CSiMnAlPSFe0.0300.0160.170.0450.0070.005余量表2-2：焊药配方(％)氟化物CMnSiCrNiMoFe1.230.318.93.02.816.83.563.46其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表2-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表2-4：表2-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)CSiMnPSCrNiMoON0.0640.231.570.0060.0060.0172.420.50153026表2-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢实施例3：采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表3-1的钢带组分及表3-2的焊药配方进行配制：表3-1：钢带组分(％)CSiMnAlPSFe0.0320.0180.190.0420.0080.006余量表3-2：焊药配方(％)氟化物CMnSiCrNiMoFe1.030.299.73.22.917.03.762.18其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表3-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表3-4：表3-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)CSiMnPSCrNiMoON0.0610.261.720.0070.0060.0172.450.52359030表3-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢实施例4：采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表4-1的钢带组分及表4-2的焊药配方进行配制：表4-1：钢带组分(％)CSiMnAlPSFe0.0340.020.210.0390.0080.006余量表4-2：焊药配方(％)氟化物CMnSiCrNiMoFe0.810.2710.63.33.017.23.861.02其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表4-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表4-4：表4-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)CSiMnPSCrNiMoON0.0570.291.800.0070.0070.0172.460.54558028表4-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢实施例5：采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表5-1的钢带组分及表5-2的焊药配方进行配制：表5-1：钢带组分(％)CSiMnAlPSFe0.0360.0220.230.0360.0090.007余量表5-2：焊药配方(％)氟化物CMnSiCrNiMoFe0.760.2511.23.53.017.43.959.99其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表5-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表5-4：表5-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)CSiMnPSCrNiMoON0.0550.301.830.0070.0070.0172.490.55357527表5-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢上述实验可见，本发明药芯焊丝熔敷金属的P、S含量均控制在0.010％以下、扩散氢含量均在5ml/100g以下，因此具有优异的抗裂性，熔敷金属的O、N含量均控制在较低的水平(O≤600ppm，N≤30ppm)，因此具有极高的强度与优异的低温冲击韧性的结合，尤其是-60℃冲击值可达50J以上，特别适合于Q690低温高强度钢用。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3