一种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种含镍量少于1％的低温钢药芯焊丝，包括钢皮和药芯，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石33～44％，重质氧化镁2～6％，中碳锰铁20～26％，氟化钡5～9％，铝矾土4～12％，铝镁合金3～7％，硅铁4～11％，钛铁3.5～7％，氟硼酸钠0.7～1.5％，镍粉3～5％，余量为铁粉；该药芯焊丝中药芯的填充率为13～18％。该含镍量少于1％的低温钢药芯焊丝熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥470MPa；抗拉强度≥550MPa；伸长率≥22％；?60℃条件下，Akv≥50J；能满足低温?60℃条件下冲击韧性的要求，而且其焊缝熔敷金属Ni含量低于1.0％，节约了珍贵的镍资源。
【专利说明】
一种含镍量少于1 %的低温钢药芯焊丝
技术领域
[0001 ]本发明属于焊接材料制造技术领域，具体涉及一种含镍量少于1 %的低温钢药芯 焊丝。
【背景技术】
[0002] 药芯焊丝具有良好的焊接工艺性能及焊接效率，在造船、海洋工程等行业得到越 来越多应用，在海洋石油钻井平台建造中需要使用低温钢焊接材料，尤其需要具有良好低 温冲击韧性的药芯焊丝。然而，当前大部分药芯焊丝只能满足-40Γ以上温度的冲击试验要 求，熔敷金属屈服强度级别不高于400MPa，不能满足有-60°C冲击韧性要求的超高强度钢焊 接;而部分能满足-60°C冲击韧性要求的药芯焊丝其熔敷金属镍含量都很高，一般镍含量大 于1 %，通常镍含量大约在1.50%左右。
[0003] 如中国专利CN101450426B公布了 "低温钢药芯焊丝"，药芯包括金红石、硅灰石、硅 锰合金、铁粉、镍粉、冰晶石、长石、钛铁、硼铁、中碳锰铁、镁砂、石英和萤石;其熔敷金属-40 °C低温冲击功(采用常规的检测技术)平均值为78J(焦耳）。又如中国专利CN103692110A中 公开了"海洋工程用气保护药芯焊丝"，药芯包括:金红石、氟化物，其它造渣剂，强脱氧剂， 弱脱氧剂和合金剂;该药芯焊丝屈服强度等级为375Mpa，熔敷金属低温冲击试验温度为-40 °C。这些药芯焊丝都只能满足-40°C以上温度的冲击。
[0004] 另外，中国专利CN101804533A公布了 "低温高韧性全位置焊接用气保护药芯焊 丝"，虽然该专利公开的药芯焊丝熔敷金属能满足-60°C冲击韧性要求，但是其熔敷金属化 学成分Ni含量1.38%~1.48%，镍含量高，消耗了大量的珍贵镍资源，成本高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供了一种屈服强度等级470MPa，冲击韧性可满足_60°C要求的 低温钢药芯焊丝，且其熔敷金属中镍含量低于1. 〇%。
[0006] 本发明的技术方案是提供了一种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，包括钢皮和 药芯，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为:金红石33~44%，重质氧化镁 2~6%，中碳锰铁20~26%，氟化钡5~9%，铝矾土4~12%，铝镁合金3~7%，硅铁4~ 11 %，钛铁3.5~7 %，氟硼酸钠0.7~1.5 %，镍粉3~5 %，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的 填充率为13~18%。
[0007] 进一步的，上述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石38~ 44%，重质氧化镁2~4%，中碳锰铁23~26%，氟化钡5~6%，铝矾土6~8%，铝镁合金3~ 5%，硅铁4~6%，钛铁3.5~4%，氟硼酸钠0.7~0.9%，镍粉3~4%，余量为铁粉;该药芯焊 丝中药芯的填充率为13~18%。
[0008] 优选的，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比质量百分含量为：金红石 38 %，重质氧化镁2 %，中碳锰铁26 %，氟化钡5 %，铝矾土8 %，铝镁合金5 %，硅铁4 %，钛铁 4%，氟硼酸钠0.9%，镍粉4%，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为16%。
[0009]进一步的，所述重质氧化镁经过电熔重熔处理，将重质氧化镁在电弧炉中熔融，经 过二次熔化精制制得。
[0010]进一步的，所述重质氧化镁、氟硼酸钠、铝矾土、氟化钡、钛铁混合均匀后经过380 °c烘焙处理。
[0011]进一步的，所述烘焙处理时间为60分钟，且烘焙后的重质氧化镁、氟硼酸钠、铝矾 土、氟化钡、钛铁混合物过80目筛。
[0012] 进一步的，所述中碳猛铁中碳的质量百分比：1 .〇%<C<2.5%。
[0013] 进一步的，所述钢皮为SPCC钢带。
[0014] 本发明药芯焊丝采用常规药芯焊丝制造工艺制得。
[0015] 本发明技术方案的设计原理:在保证具有良好的焊接工艺性前提下，采取多种脱 氧剂联合脱氧方式，其分别来源于铝镁合金、钛铁等，其原理是脱氧剂优先与氧发生氧化反 应，减少铁的氧化，降低焊缝氧含量。同时部分硅、锰作为合金成分过渡到焊缝中，从而确保 焊缝金属力学性能达到要求。
[0016] 具体的，金红石主要成分是Ti02,起造渣作用；金红石质量百分含量少于33%时， 立焊难操作，成型不好，金红石质量百分含量多于44 %时，熔渣熔点升高，焊缝成形变差。
[0017] 重质氧化镁主要为氧化镁，用于调节熔渣碱度，提高焊缝金属冲击韧性;重质氧化 镁质量百分含量少于2%时，发挥不了提高韧性的作用，其质量百分含量多于6%时，熔渣熔 点变高，渣聚集成团，焊缝成形变差，焊接时飞溅变多变大。另外，重质氧化镁经过电熔重熔 处理后，其水分含量低，S、P杂质含量低，耐潮性优于普通重质氧化镁，利于焊缝金属扩散氢 达到超低氢等级。
[0018] 中碳锰铁含有大量的Mn及适量的C(1.0%彡C彡2.5%)，可确保焊缝中Mn、C含量。 当焊缝C含量满足:0.043%<C<0.062%时，可以降低奥氏体向铁素体转变温度，并可在焊 缝中形成较多的TiC、Ti(C，N)颗粒，从而能阻止先共析铁素体生成及阻止铁素体长大，使焊 缝金属更容易在低温阶段形成针状铁素体，从而即便降低了镍含量仍能提高焊缝金属低温 冲击韧性;此外，中碳锰铁可以参与脱氧，具有渗合金作用。
[0019] 氟化钡即BaF2,焊接中可以脱氢，降低焊缝氢含量，减少产生冷裂纹的机率。氟化 钡质量百分含量少于5%时，脱氢作用不明显，其质量百分含量多于9%时，焊接过程中熔滴 变大，飞溅增多，焊接工艺变差。
[0020] 铝矾土主要含Al2O3造渣剂，用于调节熔渣熔点，改善立焊工艺性能;铝矾土质量百 分含量少于4%时，没有作用，其质量百分含量多于12%，熔渣熔点过高，立焊成形变差，同 时易广生夹杂。
[0021] 铝镁合金作为脱氧剂，使焊缝氧含量保持低位，以利于焊缝保持较低的N含量。
[0022] 硅铁、钛铁作为脱氧剂，同时具有渗合金作用，确保熔敷金属屈服强度等级满足 470MPa;其质量百分含量过多时，屈服强度过高，焊缝冲击韧性下降，含量太少则焊缝强度 达不到要求。
[0023]镍粉含有大量Ni，作为渗合金剂使用；焊缝含有适量的Ni，可降低脆性转变温度， 使低温冲击韧性满足要求。
[0024]氟硼酸钠中含有硼(B)，在电弧气氛中，分解可获得适量硼(B)，能细化焊缝组织， 提高焊缝低温冲击韧性。而且氟硼酸钠熔点约为384 °C，重质氧化镁、氟硼酸钠、铝矾土、氟 化钡、钛铁混合均匀后经过380°C X 60min烘焙处理，可形成以半熔化氟硼酸钠为粘结剂的 团状或块状混合粉，经破碎过80目筛，这样处理有以下四个优点：1、减少生产过程产生粉 尘；重质氧化镁、铝矾土、氟化钡是非常细的粉状原材料，生产过程中易产生扬尘，而经380 °C X 60min烘焙处理，半熔化的氟硼酸钠将重质氧化镁、铝矾土、氟化钡均匀粘结在钛铁颗 粒表面，形成较大很重的颗粒，可减少扬尘。2.可提高粉料流动性，有利于药芯焊丝生产下 粉填充，重质氧化镁、铝矾土、氟化钡、氟硅酸钠很细，粉料流动性差，不利于药芯焊丝生产 下粉填充，通过烘焙烧结处理，使这些粉料均匀粘结在钛铁粉料各个颗粒表面，从而改善流 动性，使下粉填充更容易。3、氟硼酸钠熔点低，相对其它高熔点粘结剂，可降低烘焙处理工 序成本。4、上述很细的原材料经烘焙烧结处理，可减少很多缝隙及表面积，有利于提高耐潮 性，降低焊缝金属扩散氢含量。
[0025]本发明的有益效果：
[0026] (1)本发明提供的这种含镍量少于1 %的低温钢药芯焊丝具有优良的焊接工艺性 能，其熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度彡470MPa;抗拉强度彡550MPa;伸长率彡 22 % ; -60 °C条件下，Akv多50J;能满足低温-60 °C条件下冲击韧性的要求。
[0027] (2)本发明提供的这种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝焊缝熔敷金属Ni含量低 于1.0%，节约了珍贵的镍资源。
【具体实施方式】
[0028]下面对本发明实施例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。基于本发明中的实施例，本领域普通技 术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范 围。
[0029]实施例含镍量少于1 %的低温钢药芯焊丝配方见表1，钢皮为SPCC钢带，采用常规 药芯焊丝制造工艺制得。表2所示为对应实施例药芯焊丝熔敷金属的化学成分与力学性能。 [0030]表1:药芯焊丝配方(质量百分比）
[0032]表2:熔敷金属的化学成分与力学性能
[0034] 由表1和表2可以看出，本发明提供的这种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝熔敷 金属和焊接接头综合性能：屈服强度彡470MPa;抗拉强度彡550MPa;伸长率彡22%;-60°C条 件下，Akv多50J;能满足低温-60°C条件下冲击韧性的要求，而且其焊缝熔敷金属Ni含量低 于1.0%，节约了珍贵的镍资源。
[0035] 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。
【主权项】
1. 一种含镍量少于1 %的低温钢药芯焊丝，包括钢皮和药芯，其特征在于:所述药芯成 分及其在药芯中所占的质量百分比含量为:金红石33~44%，重质氧化镁2~6%，中碳锰铁 20~26%，氟化钡5~9%，铝矾土4~12%，铝镁合金3~7%，硅铁4~11%，钛铁3.5~7%， 氟硼酸钠0.7~1.5%，镍粉3~5%，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为13~18%。2. 如权利要求1所述的含镍量少于1 %的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述药芯成分 及其在药芯中所占的质量百分比含量为:金红石38~44%，重质氧化镁2~4%，中碳锰铁23 ~26%，氟化钡5~6%，铝矾土6~8%，铝镁合金3~5%，硅铁4~6%，钛铁3.5~4%，氟硼 酸钠0.7~0.9%，镍粉3~4%，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为13~18%。3. 如权利要求2所述的含镍量少于1 %的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述药芯成分 及其在药芯中所占的质量百分比质量百分含量为：金红石38%，重质氧化镁2%，中碳锰铁 26 %，氟化钡5%，铝矾土8 %，铝镁合金5 %，硅铁4%，钛铁4%，氟硼酸钠0.9%，镍粉4%，余 量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为16%。4. 如权利要求1或2或3所述的含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，其特征在于：所述重 质氧化镁经过电熔重熔处理。5. 如权利要求4所述的含镍量少于1 %的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述重质氧化 镁、氟硼酸钠、铝矾土、氟化钡、钛铁混合均匀后经过380°C烘焙处理。6. 如权利要求5所述的含镍量少于1 %的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述烘焙处理 时间为60分钟，且烘焙后的重质氧化镁、氟硼酸钠、铝矾土、氟化钡、钛铁混合物过80目筛。7. 如权利要求1或2或3所述的含镍量少于1 %的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述中 碳锰铁中碳的质量百分比：1.0%彡C彡2.5%。8. 如权利要求1或2或3所述的含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述钢 皮为SPCC钢带。
【文档编号】B23K35/30GK106041362SQ201610628074
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月3日
【发明人】吴光辉, 陈成, 徐文福, 王树勇, 蒋笑, 张少健, 张伟, 王玮
【申请人】武汉铁锚焊接材料股份有限公司