本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种-50℃低温球罐用高强度钢焊条。
背景技术：
：-50℃低温球罐是乙烯/丙烯装置关键的存储设备，由于设计压力高、温度低、易燃易爆，技术指标要求高，低温乙烯/丙烯球罐的建造水平基本上代表了一个国家或地区球罐建造的最高水平。21世纪初，随着我国钢铁水平的提升，2008年在天津石化大乙烯工程中，-50℃低温乙烯/丙烯球罐采用国产07MnNiMoDR钢板取代了进口日本JFE-HITEN610U2L钢板。但07MnNiMoDR钢制球罐配套用焊条由于受到国内焊接材料厂水平限制，到目前为止仍然依赖进口日本神钢的LB-65L焊条，且在国内由大连一代理机构独家垄断，进口价格高、周期长，造成了球罐造价高，工期也完全受制于人。因此尽早开发具有自主知识产权的07MnNiMoDR钢制-50℃低温球罐用焊条势在必行。在与国产07MnNiMoDR钢板研究的同时，国内一些著名的焊接材料厂家也进行了配套焊条的研发，但是无法用较大的热输入量焊接，在长时间热处理后低温冲击韧性均不理想，尤其在立焊位置下焊缝金属不能满足-50℃KV2≥47J的技术要求。技术实现要素：针对以上问题，本发明提供了一种-50℃低温球罐用焊条，可耐长时间热处理，可大热输入量焊接，采用CaO-TiO2-CaF2渣系配方，熔敷金属2.5％Ni基础上，又添加了微量合金元素，焊条焊接工艺性能良好，在30-35KJ/cm的热输入量下焊接、580℃*4h的热处理条件下熔敷金属抗拉强度Rm≥630MPa，-60℃KV2≥60J，其焊接接头抗拉强度Rm≥610MPa，-50℃KV2≥70J，满足技术要求。为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种-50℃低温球罐用高强度钢焊条，包括焊芯和药皮，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的50％～60％；以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯的组分如下：CMnSiPSFe≤0.100.35-0.60≤0.03≤0.015≤0.015余量以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮的组分包括：所述一种-50℃低温球罐用高强度钢焊条形成的熔敷金属化学成分的重量百分比为：焊条中碳酸钙的主要作用为造渣和造气。当碳酸钙含量较低时，药皮的造气和造渣能力下降，对焊缝的保护作用降低，造成焊缝力学性能下降；如果碳酸钙的含量过高，药皮造气量过大，电弧稳定性下降，飞溅增大，焊渣熔点升高，焊缝成型粗糙。本发明中碳酸钙的总量控制在28～40％。氟化钙可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，使得焊缝成型美观，降低焊缝形成气孔的缺陷。氟化钙含量低，使得焊缝成型不好，焊缝中易出气孔，氟化钙含量过高，容易破坏电弧稳定性，使焊条工艺性变差。本发明焊条中氟化物的含量为12～20％。金红石的加入可以使焊接电弧稳定，熔池平静，使过渡熔滴细化，焊缝成形美观，熔渣覆盖好，但过量使用容易使机械性能严重下降，故其含量控制在4～8％。二氧化硅作为造渣剂，可增加渣的活泼性，但过量使用会增加飞溅，其含量控制在5～8％。熔敷金属中各元素含量的选取理由如下：硅铁是一种脱氧剂，为保证脱氧效果，熔敷金属中Si含量应不小于0.1％。同时Si具有固溶强化作用，能提高熔敷金属的强度，但是会使冲击韧性下降，特别是当Si大于0.4％时，冲击韧性下降。本发明为实现更好的技术效果，熔敷金属中Si含量设置为0.15-0.30％。电解锰主要用于提高熔敷金属强度，同时也起到脱氧和脱硫的作用，熔敷金属中Mn含量设计在0.80％-1.20％之间，从而与Ni的设计范围2.00％-2.75％相匹配，保证了焊接接头的韧性较好。镍粉是提高熔敷金属韧性的主要元素，随着熔敷金属中Ni含量的增加，熔敷金属韧性逐渐上升，当Ni＞2.0％时，冲击韧性明显提高，但当Ni含量超过2.75％时，Ni不再具有改善韧性的作用，冲击韧性反而明显下降。钼铁是提高熔敷金属强度的元素，其特点是当Mo含量较低时，随着Mo含量的增加，冲击韧性下降幅度不大，当Mo含量增加到一定程度时，冲击韧性明显下降，因此Mo含量的合适范围应在0.10～0.30％之间。本发明的有益效果在于：(1)本发明焊条采用CaO-TiO2-CaF2渣系，工艺性能优良，电弧燃烧稳定，挺度和吹力较好，飞溅小，流动性良好，焊缝成型美观，焊后脱渣容易；(2)焊条能适用于全位置焊接；(3)焊条药皮含水率＜0.15％，熔敷金属扩散氢含量＜5ml/100g(水银法)，可有效降低冷裂纹的出现；(4)耐长时间热处理，焊条熔敷金属在580℃×4h的热处理条件下抗拉强度Rm≥630MPa，-60℃KV2≥60J，其焊接接头在580℃×4h的热处理条件下抗拉强度Rm≥610MPa，-50℃KV2≥70J，符合技术规范要求；(5)本发明焊条尤能适应立焊位置的大热输入量焊接，在热输入量达到40kJ/cm的条件下，焊接接头的力学性能还能得以保证且有富余，这一点是目前国内外同类产品所达不到的。本发明采用CaO-TiO2-CaF2渣系配方，熔敷金属2.5％Ni基础上，又添加了微量合金元素，焊条焊接工艺性能良好，工艺性能优良，电弧燃烧稳定，挺度和吹力较好，飞溅小，流动性良好，焊缝成型美观，焊后脱渣容易。在30-40KJ/cm的热输入量下焊接、580℃×4h的热处理条件下熔敷金属抗拉强度Rm≥630MPa，-60℃KV2≥60J，其焊接接头抗拉强度Rm≥610MPa，-50℃KV2≥70J，特别适用于-50℃低温乙烯/丙烯球罐的焊接和建造。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。实施例1，采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按焊芯成分要求来选择焊芯，将药皮原料按比例进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型。焊芯成分见表1-1，药皮成分见表1-2。表1-1焊芯成分(单位：重量百分比)CSiMnPSFe0.0620.0220.4770.0110.005余量表1-2药皮配方(单位：重量百分比)将制成的焊条进行检测，在焊接试验前焊条先进行350-380℃烘焙1小时，焊接规范：采用直流反接，熔敷金属力学采用平焊，其道温为150-160℃，热输入量为15-20KJ/cm；焊接接头力学采用立焊，其道温为150-160℃，热输入量为30-35KJ/cm。化学性能采用火花原子发射光谱仪进行测试，力学性能采用拉伸试验机、低温槽、冲击试验机进行测试，扩散氢采用气相色谱扩散氢分析仪进行测试。其熔敷金属化学成分见表1-3，熔敷金属力学性能见表1-4，焊接接头力学性能见表1-5，扩散氢含量见表1-6，其中扩散氢的测定采用水银法，测试三片取平均值：表1-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)CMnSiPSNiMoFe0.0591.030.190.0100.0052.490.20余量表1-4熔敷金属的力学性能表1-5焊接接头的力学性能表1-6熔敷金属扩散氢含量实施例2采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按焊芯成分要求来选择焊芯，将药皮原料按比例进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型。焊芯成分见表2-1，药皮成分见表2-2。表2-1焊芯成分(单位：重量百分比)CSiMnPSFe0.0580.0250.4840.0100.004余量表2-2药皮配方(单位：重量百分比)将制成的焊条进行检测，在焊接试验前焊条先进行350-380℃烘焙1小时，焊接规范：采用直流反接，熔敷金属力学采用平焊，其道温为150-160℃，热输入量为15-20KJ/cm；焊接接头力学采用立焊，其道温为150-160℃，热输入量为30-35KJ/cm。化学性能采用火花原子发射光谱仪进行测试，力学性能采用拉伸试验机、低温槽、冲击试验机进行测试，扩散氢采用气相色谱扩散氢分析仪进行测试。本实施例的熔敷金属化学成分见表2-3，熔敷金属力学性能见表2-4，焊接接头力学性能见表2-5，扩散氢含量见表2-6，其中扩散氢的测定采用水银法，测试三片取平均值：表2-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)CMnSiPSNiMoFe0.0630.980.210.0090.0062.530.21余量表2-4熔敷金属的力学性能表2-5焊接接头的力学性能表2-6熔敷金属扩散氢含量试件焊条焊前烘干条件扩散氢含量(ml/100g)实施例2380℃*1h2.23(2.05/2.53/2.11)实施例3：采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按焊芯成分要求来选择焊芯，将药皮原料按比例进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型。焊芯成分见表3-1，药皮成分见表3-2。表3-1焊芯成分(单位：重量百分比)CSiMnPSFe0.0590.0230.4870.0110.003余量表3-2药皮配方(单位：重量百分比)将制成的焊条进行检测，在焊接试验前焊条先进行350-380℃烘焙1小时，焊接规范：采用直流反接，熔敷金属力学采用平焊，其道温为150-160℃，热输入量为15-20KJ/cm；焊接接头力学采用立焊，其道温为150-160℃，热输入量为30-35KJ/cm。化学性能采用火花原子发射光谱仪进行测试，力学性能采用拉伸试验机、低温槽、冲击试验机进行测试，扩散氢采用气相色谱扩散氢分析仪进行测试。其熔敷金属化学成分见表3-3，熔敷金属力学性能见表3-4，焊接接头力学性能见表3-5，扩散氢含量见表3-6，其中扩散氢的测定采用水银法，测试三片取平均值：表3-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)CMnSiPSNiMoFe0.0611.050.250.0120.0072.580.22余量表3-4熔敷金属的力学性能表3-5焊接接头的力学性能表3-6熔敷金属扩散氢含量本发明的-50℃低温球罐高强度用焊条，采用CaO-TiO2-CaF2渣系配方，熔敷金属在2.5％Ni基础上，又添加了微量合金元素，焊条焊接工艺性能良好，在30-40KJ/cm的热输入量下焊接、580℃×4h的热处理条件下熔敷金属抗拉强度Rm≥630MPa，-60℃KV2≥60J，其焊接接头抗拉强度Rm≥610MPa，-50℃KV2≥70J，特别适用于-50℃低温乙烯/丙烯球罐的焊接和建造。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