一种细晶粒高强度钢筋CO₂电弧焊用药芯焊丝的制作方法

专利名称：一种细晶粒高强度钢筋CO₂电弧焊用药芯焊丝的制作方法
技术领域：
本发明属于材料加工工程的焊接领域，特别地，涉及一种用于细晶粒高强度钢筋 CO2电弧焊用药芯焊丝及其生产方法。
背景技术：
CO2气体保护药芯焊丝目前已取得了长足的发展，但是面对不断出现的新钢种，特别是以细晶粒钢为特性的21世纪钢铁材料的不断研究发展，对焊接提出了新的要求，迫切需要相应的药芯焊丝匹配焊接。所述细晶粒钢的全称为本质细晶粒钢；本质晶粒度是指钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向；在930士 10°C保温3 他后测定奥氏体晶粒，晶粒度为1 4级称为本质粗晶粒钢，晶粒度为5 8级则为本质细晶粒钢。高强度钢筋不同于常规钢筋的焊接特点是
(1)强度和冲击韧性大幅度提高；
(2)大规格钢筋的焊接热输入大，超细晶粒钢筋在焊接加热时接头区发生完全相变，导致组织结构明显粗化，失去原有的细晶组织结构，造成接头强度和塑韧性的下降；
(3)适应降低温度下(_5°C)的不预热焊接；
目前还没有配套细晶粒高强度钢筋的药芯焊丝，因而高强度钢筋的焊接成为一个亟待解决问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种细晶粒高强度钢筋CO2电弧焊用药芯焊丝，用以解决细晶粒高强度钢筋焊接难题强度高、韧性高、适应低温环境焊接等特点。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案
一种用于低温条件下细晶粒高强度钢筋(X)2电弧焊的药芯焊丝，由包覆药芯的钢带和填充于其内的药芯组成，其中填充药芯包含有造渣剂、稳弧剂、合金剂等，其特征在于，相对于焊丝的总重量，所述填充药芯中包含有以下组分 3. 5 6.0%的金红石； 0. 05 0. 25% 的 CaO ；
0. 05 0. 35%的氟化物，该数值为将氟化物换算成等摩尔F的重量计算所得； 0. 2 2. 5%的Si和/或Si的氧化物，该数值为换算成等摩尔SiO2的重量计算所得；
0.1 1. 5%的Mg和/或Mg的氧化物，该数值为换算成等摩尔MgO的重量计算所得；
1.2 4. 5%的Mn和/或Mn的氧化物，该数值为换算成等摩尔MnO的重量计算所得； 0. 2 1. 5%的Al和/或Al的氧化物，该数值为换算成等摩尔Al2O3的重量计算所得； 0. 1 0. 5%的ττ的氧化物，该数值为换算成等摩尔^O2的重量计算所得；
0. 01 0. 5%的K的氧化物和/或Na的氧化物，该数值为分别换算成等摩尔K2O和/ 或Na2O后的重量计算所得，当同时含有K的氧化物和Na的氧化物时，为二者之和； 0. 01 0. 2%的V或钒铁，该数值为换算成等摩尔V的重量计算所得；0. 05 0. 8%的Ti或钛铁，该数值为换算成等摩尔Ti的重量计算所得； 0. 001 0. 的B或硼铁，该数值为换算成等摩尔B的重量计算所得； 0. 05 0. 2%的Mo或钼铁，该数值为换算成等摩尔Mo的重量计算所得； 0. 1 0. 6%的 Ni ； 其余为铁粉；
所述药芯各组分满足碱度在0. 5 3. 5的数值范围内， 所述碱度(缩写为B)的定义为B= / [m (TiO2) +m (SiO2) +m (Al2O3) +m (ZrO2)] 如上所述的药芯焊丝，其中，所述药芯焊丝的填充率为12. 8 14. 7%，所述填充率即药芯重量与药芯焊丝总重量的比值。如上所述的药芯焊丝，其在拉拔减径步骤中采用由钾基润滑剂、钠基润滑剂和特氟隆组成的混合润滑剂。如上所述的药芯焊丝，所述混合润滑剂为75wt%钾基润滑剂+15wt%特氟隆+10wt% 钠基润滑剂。如上所述的药芯焊丝，在配料前，对部分填充粉剂进行不同温度的烘焙 金红石的烘焙温度为650 850°C，时间为0. 5 2. 5h ；
Si、Mn、Mg和Al的氧化物的烘焙温度为500 550°C，时间为0. 5 2. 5h。如上所述的药芯焊丝，在成品焊丝层绕前，将焊丝在温度180 350°C下烘焙 0. 5 2. Oh0如上所述的药芯焊丝，其中，相对于焊丝的总重量，所述焊丝的氮含量在0. 008wt% 以下。如上所述的药芯焊丝，其中，相对于焊丝的总重量，所述焊丝的氢含量在0.008wt% 以下。如上所述的药芯焊丝，其中，所述钢带采用低C、低Si、低Mn、低S、低P、低N的优质深冲带钢SPCC或SP⑶，且钢带中N含量控制在0. 0045wt%以下、C含量在0. 012 0. 040wt%,同时保证适当的机械性能，使药芯焊丝在加工过程中减径、拉拔顺利。本发明的有益效果为
本发明提供了一种细晶粒高强度钢筋CO2电弧焊用药芯焊丝，其中采用了 TiO2-CaO-CaF2 (含少量 BaF2、LiF)-SiO2-MgO-Al2O3-ZrO2-K2O-Na2O 多元复合渣系、 Mn-Si-Ni-Mo-Ti-B多元合金化微合金化体系、以及改变润滑剂及表面处理等焊丝生产工艺。本发明的药芯焊丝针对的是普碳钢细晶粒400MPa级、500MPa级钢筋的CO2焊接，能满足不低于_5°C环境条件下100%0)2焊接；其熔敷金属强度和韧性高、扩散氢含量低、具有优异的抗裂性和低温韧性，且全位置焊接工艺性能优良，焊接效率高，达到了与细晶粒高强度钢筋焊接的良好匹配。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1
一、药芯焊丝的组成药芯焊丝用钢带采用SPCC钢带，钢带厚度为0. 9mm，其中化学成分如下表1所示，力学性能如下表2所示。 表1药芯焊丝钢带的化学成分(wt%)
权利要求
1. 一种细晶粒高强度钢筋(X)2电弧焊用药芯焊丝，由包覆药芯的钢带和填充于其内的药芯组成，其特征在于，相对于焊丝的总重量，所述填充药芯中包含有以下重量百分比的组分3. 5 6.0%的金红石； 0. 05 0. 25% 的 CaO ；0. 05 0. 35%的氟化物，所述百分数为换算成等摩尔的F的数值；0. 2 2. 5%的Si和/或Si的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的SiO2的数值；0.1 1. 5%的Mg和/或Mg的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的MgO的数值；1.2 4. 5%的Mn和/或Mn的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的MnO的数值； 0. 2 1. 5%的Al和/或Al的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的Al2O3的数值； 0. 1 0. 5%的ττ的氧化物，所述百分数为换算成等摩尔的^O2的数值；0. 01 0. 5 %的K的氧化物和/或Na的氧化物，所述百分数为分别换算成等摩尔的K2O 或Nei2O的数值，或K2O和NEI2O的数值之和；0. 01 0. 2%的V或钒铁，所述百分数为换算成等摩尔的V的数值； 0. 05 0. 8%的Ti或钛铁，所述百分数为换算成等摩尔的Ti的数值； 0. 01 0. 的B或硼铁，所述百分数为换算成等摩尔的B的数值； 0. 05 0. 2%的Mo或钼铁，所述百分数为换算成等摩尔的Mo的数值； 0. 1 0. 6%的 Ni ； 其余为铁粉；所述药芯各组分满足碱度在0. 5 3. 5的数值范围内，所述碱度为药芯中CaF2、MgO、 MnO和K2O质量之和与TiO2、SiO2、Al2O3和^O2质量之和的比值。
2.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯重量占焊丝总重量的12.8 14. 7%ο
3.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在制备过程中，在拉拔减径步骤中采用由钾基润滑剂、钠基润滑剂和特氟隆组成的混合润滑剂。
4.如权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于，所述混合润滑剂为75wt%钾基润滑剂 +15wt%特氟隆+10wt%钠基润滑剂。
5.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在制备过程中，在配料前对下述组分按照如下操作进行烘焙将金红石在温度650 850°C下烘焙0. 5 2. 5h ； 将Si、Mn、Mg和Al的氧化物在温度500 550°C下烘焙0. 5 2. 5h。
6.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝在制备过程中，在成品焊丝的层绕步骤前将焊丝在温度180 350°C下烘焙0. 5 2. Oh。
7.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝的总重量，所述焊丝的氮含量在0. 008wt%以下。
8.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝的总重量，所述焊丝的氢含量在0. 008wt%以下。
9.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钢带为深冲带钢SPCC或SPCD。
10.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钢带中N含量在0.0045wt%以下、C 含量在 0. 012 0. 040wt%o
全文摘要
一种细晶粒高强度钢筋CO2电弧焊用药芯焊丝，由钢带和填充于其内的药芯组成，药芯中含有相对于焊丝总重3.5～6.0％的金红石；0.05～0.25%的CaO；0.05～0.35％的氟化物；0.2～2.5％的Si和/或Si的氧化物；0.1～1.5％的Mg和/或Mg的氧化物；1.2～4.5％的Mn和/或Mn的氧化物；0.2～1.5％的Al和/或Al的氧化物；0.1～0.5％的Zr的氧化物；0.01～0.5％的K的氧化物和/或Na的氧化物；0.01～0.2％的V或钒铁；0.05～0.8％的Ti或钛铁；0.001～0.1％的B或硼铁；0.05～0.2％的Mo或钼铁；0.1～0.6％的Ni；其余为铁粉。
文档编号B23K35/30GK102554497SQ201010597409
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者傅彦青, 刘菲, 周新建, 张莉, 李业绩, 段斌, 谢晋平, 马德志 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 中冶焊接科技有限公司