一种低温超高强度钢用药芯焊丝的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种低温超高强度钢用药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，所述药芯的成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石33～38％，锆英砂2～6％，高碳锰铁25～30％，氟化钡6～8％，铝镁合金2～4％，硅铁5～7％，钛铁5～7％，稀土硅铁1.5～3％，镍粉8～10％，余量为铁粉。该低温超高强度钢用药芯焊丝使用CO2保护气体焊接，熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥550MPa；抗拉强度≥670MPa；伸长率≥20％；?40℃条件下，Akv≥55J；而且该药芯焊丝熔敷金属镍含量少于1.4％，且不含Mo、Cr等贵重金属，其焊缝金属具有良好的韧性和抗冷裂性能。
【专利说明】
一种低温超高强度钢用药芯焊丝
技术领域
[0001] 本发明属于焊接材料制造技术领域，具体涉及一种低温超高强度钢用药芯焊丝， 配套用于屈服强度550MPa级钢。
【背景技术】
[0002] 气保护药芯焊丝焊接方法具有很高的焊接效率，可获得综合性能良好的焊缝。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大量使用低温 超高强度钢焊接材料，尤其需要具有良好低温冲击韧性的药芯焊丝。
[0003] 目前，钻井平台及海工项目中常用的超高强度钢钢板主要包括EQ56、EH550等，而 相应的焊接材料主要为美国等国外的产品；与之配套的药芯焊丝的需求将越来越多，但国 外药芯焊丝产品多以富氩气体作为保护气体。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种低温超高强度钢用药芯焊丝，能满足-40°C低温条件下 的冲击韧性要求，且其屈服强度550MPa级。
[0005] 本发明的技术方案是提供了一种低温超高强度钢用药芯焊丝，包括碳钢外皮和药 芯，所述药芯的成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石33~38%，锆英砂2~ 6%，高碳锰铁25~30%，氟化钡6~8%，铝镁合金2~4%，硅铁5~7%，钛铁5~7%，稀土硅 铁1.5~3 %，镍粉8~10 %，余量为铁粉。
[0006] 进一步的，上述药芯的成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石33~ 35%，锆英砂2~6%，高碳锰铁26~30%，氟化钡7~8%，铝镁合金2~4%，硅铁5~6%，钛 铁5~7%，稀土硅铁2~3%，镍粉8~8.5%，余量为铁粉。
[0007] 进一步地，上述药芯的质量为药芯焊丝总质量的12~16%。
[0008] 优选的，上述药芯的质量为药芯焊丝总质量的13%，所述药芯的成分及其在药芯 中所占的质量百分比含量为:金红石33%，锆英砂6%，高碳锰铁30%，氟化钡8%，铝镁合金 2 %，硅铁5 %，钛铁5 %，稀土硅铁1.5 %，镍粉8 %，余量为铁粉。
[0009] 优选的，上述药芯的质量为药芯焊丝总质量的16%，所述药芯的成分及其在药芯 中所占的质量百分比含量为:金红石38%，锆英砂2%，高碳锰铁25%，氟化钡6%，铝镁合金 4 %，硅铁7 %，钛铁7 %，稀土硅铁1.5 %，镍粉8.5 %，余量为铁粉。
[0010]优选的，上述药芯的质量为药芯焊丝总质量的13%，所述药芯的成分及其在药芯 中所占的质量百分比含量为:金红石33%，锆英砂2%，高碳锰铁30%，氟化钡6%，铝镁合金 2.5%，硅铁6%，钛铁5%，稀土硅铁2%，镍粉10%，余量为铁粉。
[0011]优选的，上述药芯的质量为药芯焊丝总质量的14%，所述药芯的成分及其在药芯 中所占的质量百分比含量为:金红石35%，锆英砂5%，高碳锰铁26%，氟化钡7%，铝镁合金 3 %，硅铁5.5 %，钛铁6.5 %，稀土硅铁2.5 %，镍粉8.5 %，余量为铁粉。
[0012]进一步地，上述高碳锰铁中C的质量百分比在7%以上；当高碳锰铁中C含量低时， 为了使焊缝具有较高的强度，必将使用更多量的高碳锰铁，将增大焊接过程产生的烟尘中 氧化锰的浓度，危害焊接操作人员身体健康。
[0013] 进一步地，上述碳钢外皮为SPCC钢带。
[0014] 本发明低温超高强度钢用药芯焊丝采用常规药芯焊丝制造工艺制得。
[0015] 本发明还提供的上述低温超高强度钢用药芯焊丝的焊接方法，焊接条件为:保护 气体CO2纯度99.95 %，焊接电流230~250A，焊接电压26~28V，焊接速度30mm/min。
[0016]本发明低温超高强度钢用药芯焊丝配方的设计原理:本发明中含有大量金红石， 可确保具有良好的全位置焊接适用性;采取多种强脱氧元素联合脱氧方式，同时碳、锰、硅 作为合金成分过渡到焊缝中，从而确保焊缝金属屈服强度能达到550MPa以上。
[0017] 药芯组分中金红石主要成分是TiO2,起造渣作用；金红石质量百分含量少于33% 时，全位置焊接中立、仰焊难操作，成型不好;金红石多于38%时，熔渣熔点升高，焊接过程 中易产生夹渣且焊缝成形变差。
[0018] 锆英砂含有较多ZrO2，有利于改善熔渣脱渣性;锆英砂质量百分含量少于2 %时对 脱渣改善作用不明显，锆英砂质量百分含量多于6%时，全位置焊接时易出现焊缝残留熔渣 的现象。
[0019] 高碳锰铁是指含有多于7%碳的锰铁合金，其中Mn可以参与脱氧，同时具有渗合金 作用;碳过渡到焊缝作为主要强化元素。药芯中高碳锰铁质量百分含量少于25%时，焊缝Mn 含量低，不利于焊缝高温阶段获得较多细小的奥氏体，从而导致焊缝低温阶段难以获得较 多的细小针状铁素体，冲击韧性低且屈服强度和抗拉强度低，不能满足相应要求;高碳锰铁 质量百分比含量多于30%时，焊缝C、Mn含量过高，易形成粗大的高碳马氏体，虽提高抗拉强 度但降低了冲击韧性。当焊缝焊缝含有适量的碳，除了获得细小针状铁素体，还可获得少量 低碳马氏体，因低碳马氏体其形成温度较高，在焊缝降温过程发生"自回火"，其使焊缝具有 较高强度和很好的韧性。
[0020] 氟化钡(BaF2)焊接中分解出氟，可以脱氢，降低焊缝扩散氢含量，减少产生冷裂纹 的机率;氟化钡质量百分含量少于6%时，脱氢作用不明显；其质量百分含量多于8%时，焊 接过程中熔滴变大，飞溅增多，焊接工艺变差;此外，氟化钡脱氢后可形成BaO，提高熔渣碱 度。
[0021] 铝镁合金作为脱氧剂，脱氧产物为Al2O3和MgO,适量的Al2O 3可改善全位置焊接操 作工艺性能，MgO可提高熔渣碱度;铝镁合金作为脱氧剂，可使熔池反应中形成Ti2O 3，促使针 状铁素体形核，从而提高焊缝冲击韧性;铝镁合金还可以降低焊缝N含量，进一步提高冲击 韧性。
[0022]硅铁具有渗合金作用，钛铁作为脱氧剂，确保熔敷金属屈服强度等级满足550MPa; 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] 一般而言，稀土氧化物中稀土已被氧化，因稀土氧化物的熔点一般较高，只可在熔 池阶段阶段作为形核剂起到细化晶粒作用。而本发明中选用的稀土硅铁中含有较多活性稀 土，其可参与脱氧、脱硫、脱磷等反应，进一步净化熔滴熔池，提高焊缝纯净度，降低〇、S、P等 杂质含量，提高焊缝冲击韧性。稀土硅铁质量百分含量少于1.5%时，作用不明显，其质量百 分含量多于3%时，焊缝金属中活性稀土含量过多，将导致含氧量急剧降低，而出现稀土"中 毒"现象，反而降低冲击韧性。
[0024] 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。
[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0026] (1)本发明提供的这种低温超高强度钢用药芯焊丝使用⑶2保护气体焊接，具有优 良的焊接工艺性能，熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度多550MPa;抗拉强度多 670MPa;伸长率彡 20 % ; -40 °C 时，Akv彡 55J。
[0027] (2)本发明提供的这种低温超高强度钢用药芯焊丝熔敷金属镍含量少于1.4%，且 不含Mo、Cr等贵重金属，其焊缝金属具有良好的韧性和抗冷裂性能。
【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]实施例低温超高强度钢用药芯焊丝配方见表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;其焊接 条件：保护气体⑶2纯度99.95%，焊接电流230~250A，焊接电压26~28V，焊接速度30mm/ min〇
[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] 从表1及表2所示实施例的化学成分可以得出：本发明的药芯焊丝使用CO2保护气 体焊接，熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度彡550MPa;抗拉强度彡670MPa;伸长率彡 20 % ; -40 °C条件下，Akv彡55J;而且该药芯焊丝熔敷金属镍含量少于1.4 %，且不含Mo、Cr等 贵重金属，其焊缝金属具有良好的韧性和抗冷裂性能。
[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. 一种低温超高强度钢用药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，其特征在于:所述药芯的成 分及其在药芯中所占的质量百分比含量为:金红石33~38%，锆英砂2~6%，高碳锰铁25~ 30%，氟化钡6~8 %，铝镁合金2~4 %，硅铁5~7 %，钛铁5~7 %，稀土硅铁1.5~3 %，镍粉8 ~10%，余量为铁粉。2. 如权利要求1所述的低温超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于:所述药芯的成分及其 在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石33~35%，锆英砂2~6%，高碳锰铁26~30%， 氟化钡7~8 %，铝镁合金2~4 %，硅铁5~6 %，钛铁5~7 %，稀土硅铁2~3 %，镍粉8~ 8.5%，余量为铁粉。3. 如权利要求1或2所述的低温超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于:所述药芯的质量 为药芯焊丝总质量的12~16%。4. 如权利要求3所述的低温超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于:所述药芯的质量为药 芯焊丝总质量的13%，所述药芯的成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石 33 %，锆英砂6 %，高碳锰铁30 %，氟化钡8 %，铝镁合金2 %，硅铁5 %，钛铁5 %，稀土硅铁 1.5 %，镍粉8 %，余量为铁粉。5. 如权利要求3所述的低温超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于:所述药芯的质量为药 芯焊丝总质量的16%，所述药芯的成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石 38 %，锆英砂2 %，高碳锰铁25 %，氟化钡6 %，铝镁合金4 %，硅铁7 %，钛铁7 %，稀土硅铁 1.5 %，镍粉8.5 %，余量为铁粉。6. 如权利要求3所述的低温超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于:所述药芯的质量为药 芯焊丝总质量的13%，所述药芯的成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石 33 %，锆英砂2 %，高碳锰铁30 %，氟化钡6 %，铝镁合金2.5 %，硅铁6 %，钛铁5 %，稀土硅铁 2%，镍粉10%，余量为铁粉。7. 如权利要求2所述的低温超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于:所述药芯的质量为药 芯焊丝总质量的14%，所述药芯的成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石 35 %，锆英砂5 %，高碳锰铁26 %，氟化钡7 %，铝镁合金3 %，硅铁5.5 %，钛铁6.5 %，稀土硅 铁2.5 %，镍粉8.5 %，余量为铁粉。8. 如权利要求1或2所述的低温超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于:所述高碳锰铁中C 的质量百分比在7%以上。9. 如权利要求1或2任一项所述的低温超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于:所述碳钢 外皮为SPCC钢带。10. 如权利要求1~9任一项所述的低温超高强度钢用药芯焊丝的焊接方法，其特征在 于:焊接条件为，保护气体C〇2纯度99.95%，焊接电流230~250A，焊接电压26~28V，焊接速 度30mm/min 〇
【文档编号】B23K35/30GK106041363SQ201610629232
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月3日
【发明人】吴光辉, 张少健, 徐文福, 王玲艳, 王亮, 鲍文博, 肖庆华
【申请人】武汉铁锚焊接材料股份有限公司