本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种适用于焊接后做应力消除处理的62公斤级药芯焊丝。
背景技术：
：寒冷、苛刻的海域环境需要较强、较韧的钢种用于海洋结构的建造。导管架的节点(T、Y、K型接头)焊接时容易造成应力集中，因此焊后需做一些局部退火来消除应力。导管架以前主要是由屈服强度为460MPa级或更低级别的高强度钢构成的。近些年来的高屈服强度钢，例如500MPa级的钢，已经被用于导管架的上层结构，这样不但可保证高强度，而且还可以在建造中降低成本。在这种形势下，需要开发一种Q500钢用的低温药芯焊丝，使其在应力消除之后，仍能够获得服役所需的高强度、高韧性。而传统的低温药芯焊丝在获得高强度时，往往冲击性能很差，尤其是应力消除之后，焊丝中的Nb、V等沉淀强化元素易于与C形成碳化物，从而产生沉淀硬化之效果，大幅度降低冲击韧性。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于焊接后做应力消除处理的62公斤级药芯焊丝，其熔敷金属在焊态及应力消除退火态(620℃×1h)下的强度均达到了Q500钢的强度等级且这两种状态下均展现了优异的冲击韧性，甚至-40℃的低温仍能获得令人满意的冲击值，能够满足导管架上层结构Q500钢的焊接。本发明的技术方案是：一种适用于焊接后做应力消除处理的62公斤级药芯焊丝，由焊药和钢带构成，焊药包裹于钢带内，所述焊药占焊丝总重量的10～20％，所述钢带是低C、低P、S钢带；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低C、低P、S钢带的组分如下：C：0.010～0.030％；Si：0.01～0.03％；Mn：0.10～0.30％；Al：0.005～0.035％；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：TiO2：20～50％；SiO2：1～10％；ZrO2：0.5～5.0％；氟化物：0.1～3.0％；Na2O：0.05～5.00％；K2O：0.1～5.0％；Al+Mg：1～8％；C：0.01～0.20％；Mn：10～20％；Si：1～5％；Ni：5～20％；Mo：0.1～5.0％；Ti：0.1～5.0％；B：0.01～0.10％；稀土元素：0.1～3.0％；Fe：余量。优选的，以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：TiO2：20～40％；SiO2：2～8％；ZrO2：1～5％；氟化物：0.1～3.0％；Na2O：0.5～5.0％；K2O：1～5％；Al+Mg：1～8％；C：0.01～0.15％；Mn：10～18％；Si：1～3％；Ni：10～15％；Mo：0.1～3.0％；Ti：0.1～5.0％；B：0.01～0.10％；稀土元素：0.1～3.0％；Fe：余量。优选的，所述适用于焊接后做应力消除处理的62公斤级药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低C、低P、S钢带的组分如下：C：0.016～0.034％；Si：0.015～0.025％；Mn：0.16～0.26％；Al：0.021～0.031％；P：0.006～0.008％；S：0.005～0.007％；Fe：余量；以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分包括：TiO2：25.4～33.5％；SiO2：3.3～4.9％；ZrO2：1.1～1.5％；氟化物：1.7～2.5％；Na2O：0.56～0.92％；K2O：1.5～4.0％；Al+Mg：3.7～5.5％；C：0.10～0.15％；Mn：12.6～14.0％；Si：1.7～2.6％；Ni：10.2～12.5％；Mo：1.2～1.6％；Ti：1.4～2.2％；B：0.05～0.07％；稀土元素：0.3～0.7％；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，所述适用于焊接后做应力消除处理的62公斤级药芯焊丝的熔敷金属的组分包括：C：0.032～0.035％；Mn：1.17～1.33％；Si：0.25～0.36％；P：0.007～0.008％；S：0.005～0.006％；Mo：0.132～0.140％；Ni：177.～1.89％；所述焊丝的熔敷金属中，还含有O：550～580ppm；N：25～30ppm。所述稀土元素至少包括镧、铈、钇中的一种。本发明中焊药各组分在药芯焊丝中各自发挥的作用如下：氧化物(包括TiO2、SiO2、ZrO2、Na2O和K2O)的主要作用是造渣、稳弧，美化焊缝，提高脱渣性。氧化物过少时，焊接工艺性能较差，不易形成短渣，对立、横位置不利，氧化物过多时，焊缝含氧量提高，降低了低温韧性。氟化物(可包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF等)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。铝及镁的主要作用是脱氧。碳的主要作用是提供适当的力学性能。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，它是提高韧性最有效的元素。钼的主要作用是向焊缝中过渡合金元素，它可通过固溶强化及弥散强化来提高强度。微量的Ti和B的主要作用是向焊缝中过渡合金元素，通过Ti和B的复合来细化晶粒，从而提高力学性能。稀土元素(可包括镧、铈、钇等)的主要作用是细化晶粒，改变夹杂物的形状、数量及分布，从而减少其对韧性和抗裂性的有害作用；同时也具有一定的脱氢能力。本发明采用低C，低P、S的钢带，低C可保证熔敷金属的C含量控制在0.04％以下，这减少了应力消除过程中C与Nb、V等强化元素的结合，降低沉淀硬化之效果，而焊缝部分依靠焊药中的Ni、Mo等合金元素来提高强度，这不但可抑制先共析铁素体的形成，而且还可细化晶粒；低P、S确保了焊缝中的P、S含量均控制在0.010％以下，这样减少了应力消除过程中P、S向晶界的扩散，大大改善了抗热裂性能；另在焊药中加入微量的Ti、B及稀土元素，这不但可净化焊缝金属组织，起到脱硫、脱磷、去氧的作用，确保焊缝中的O、N处于较低的水平(O≤600ppm，N≤30ppm)，而且还可获得较多的针状铁素体来细化晶粒，提高冲击性能；同时添加一定含量的氟化物及稀土元素进行脱氢处理，可保证熔敷金属的扩散氢控制在4ml/100g以下(水银法)，降低了龟裂敏感性指数。通过调整合金成分比例，本发明的各项指标符合相应的等级要求。本发明药芯焊丝具有优异的抗裂性能，其焊缝金属在焊态及应力消除退火态(620℃×1h)下的强度均达到Q500钢的强度等级且这两种状态下均展现了优异的冲击韧性，甚至-40℃的低温仍能获得令人满意的冲击值，能够满足导管架上层结构Q500钢的焊接要求。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，采用低C、低P、S的钢带，其钢带组分(重量百分比％)如下表：CSiMnAl0.010-0.0300.01-0.030.10-0.300.005～0.035PSFe0.005-0.0100.005-0.010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：TiO2SiO2ZrO2氟化物Na2OK2OAl+MgC20-501-100.5-5.00.1-3.00.05-5.000.1-5.01-80.01-0.20MnSiNiMoTiB稀土元素Fe10-201-55-200.1-5.00.1-5.00.01-0.100.1-3.0余量更好的焊药组分(重量百分比％)优选如下表：TiO2SiO2ZrO2氟化物Na2OK2OAl+MgC20-402-81-50.1-3.00.5-3.01-51-80.01-0.15MnSiNiMoTiB稀土元素Fe10-181-310-150.1-3.00.1-5.00.01-0.100.1-3.0余量更优选的，所述适用于焊接后做应力消除处理的62公斤级药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低C、低P、S钢带的组分如下：C：0.016～0.034％；Si：0.015～0.025％；Mn：0.16～0.26％；Al：0.021～0.031％；P：0.006～0.008％；S：0.005～0.007％；Fe：余量；以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分包括：TiO2：25.4～33.5％；SiO2：3.3～4.9％；ZrO2：1.1～1.5％；氟化物：1.7～2.5％；Na2O：0.56～0.92％；K2O：1.5～4.0％；Al+Mg：3.7～5.5％；C：0.10～0.15％；Mn：12.6～14.0％；Si：1.7～2.6％；Ni：10.2～12.5％；Mo：1.2～1.6％；Ti：1.4～2.2％；B：0.05～0.07％；稀土元素：0.3～0.7％；Fe：余量。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(即外皮)，按照表1-2的焊药配方配制焊药并将焊药包裹于钢带内(overlap)：表1-1：钢带组分(％)CSiMnAlPSFe0.0240.0150.160.0310.0080.007余量表1-2：焊药配方(％)其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表1-3，焊态及应力消除退火态(620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表1-4：表1-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N(ppm))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(％)CSiMnAlPSFe0.0220.0170.190.0270.0080.006余量表2-2：焊药配方(％)其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表2-3，焊态及应力消除退火态(620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表2-4：表2-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N(ppm))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(％)CSiMnAlPSFe0.0200.0190.210.0250.0070.006余量表3-2：焊药配方(％)其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表3-3，焊态及应力消除退火态(620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表3-4：表3-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N(ppm))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(％)CSiMnAlPSFe0.0180.0220.230.0230.0070.005余量表4-2：焊药配方(％)其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表4-3，焊态及应力消除退火态(620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表4-4：表4-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N(ppm))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(％)CSiMnAlPSFe0.0160.0250.260.0210.0060.005余量表5-2：焊药配方(％)其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表5-3，焊态及应力消除退火态(620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表5-4：表5-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N(ppm))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含量均在0.010％以下，O含量在600ppm以下，N含量在30ppm以下。焊态下，屈服强度≥590MPa，抗拉强度≥635MPa，延伸率≥20％，-40℃冲击值≥100J；应力消除退火态(620℃×1h)下，屈服强度≥545MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率≥21％，-40℃冲击值≥80J。另熔敷金属的扩散氢含量均在4ml/100g以下(水银法)，具有优异的抗龟裂性，符合相应的等级要求和使用规范。本发明药芯焊丝熔敷金属在焊态及应力消除退火态(620℃×1h)下的强度均达到Q500钢的强度等级且这两种状态下均展现了优异的冲击韧性，-40℃的低温仍能获得令人满意的冲击值，能够满足导管架上层结构Q500钢的焊接要求。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 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