本发明属于焊接材料
技术领域：
，具体涉及一种lpg船焊接用无缝药芯粉、埋弧焊丝及制备与应用。
背景技术：
随着我国经济的迅速发展，lpg(液化石油气)开发已成为我国能源开发的热点。且随着我国石油资源短缺和国家环保力度的加大，液化石油气作为一种清洁能源越来越受到重视，近年来液化石油气项目蓬勃发展，lpg船建造项目也逐渐增加。lpg船建造焊接成型相配套的焊材需求量也逐渐增加，尤其是埋弧焊材，目前主要从韩国、日本等国家进口，采购成本较高，采购周期较长，对国内lpg项目的实施有一定的局限作用。对于lpg船建造用焊接材料，国内相关研究起步较晚，目前积累了一些经验，但尚需进一步完善和提高。迄今为止，适用于要求低温冲击韧性且可以采用大线能量焊接的相关的专利并不多，检索到的有以下几个：(1)一种用于屈服强度550mpa钢的无缝埋弧药芯焊丝(申请号：201610653026.5)，该发明专利适用与屈服强度大于550mpa，抗拉强度大于670mpa，适合550mpa级高强钢的焊接，适用范围及熔敷金属性能与本发明所描述的均不一样。(2)一种用于屈服强度690mpa钢的无缝埋弧药芯焊丝(申请号：201610653022.7)，该发明专利适用与屈服强度大于690mpa，抗拉强度大于770mpa，适合690mpa级高强钢的焊接，适用范围及熔敷金属性能，与本发明所描述的均不一样。(3)低温钢埋弧焊用药芯焊丝及焊丝(申请号：201410730460.x)，该发明专利药芯粉系，适用范围及熔敷金属性能，与本发明所描述的均不一样。技术实现要素：为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种lpg船焊接用无缝药芯粉。本发明的另一目的在于提供一种埋弧焊丝，该埋弧焊丝包含上述lpg船焊接用无缝药芯粉，该焊丝为用于lpg船焊接fh40钢的高韧性无缝埋弧药芯焊丝，基于钛-硼系设计思想的基础上，引入适量的奥氏体形成和稳定元素，具有抗吸潮性好、电弧稳定、焊缝成型美观等特点，工艺性较好，焊缝金属低温韧性好、抗裂纹敏感性好，适用于lpg船建造用大线能量焊接，且成本低于进口的同类埋弧焊丝，具有较大的市场推广前景和良好的经济效益。本发明的再一目的在于提供上述埋弧焊丝的制备方法。本发明的第四个目的在于提供上述lpg船焊接用无缝药芯粉和埋弧焊丝的应用。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种lpg船焊接用无缝药芯粉，包含如下按质量百分比计的组分：金属镍1.2～4.5％，钼铁0.3～1.8％，金属锰14～20％，稀土硅铁1～3％，钛铁0.5～2％，硼铁0.2～0.6％，锆铁0.2～0.6％，余量为金属铁；所述的余量还包括不可避免的杂质；所述的金属镍的质量百分比优选为1.2～1.8％；所述的金属镍的粒度优选为≤80目，其化学成分优选为ni+co≥95.0wt％，c≤0.05wt％，s≤0.005wt％，p≤0.005wt％；所述的金属锰的粒度优选为≤80目，其化学成分优选为mn≥97.0wt％，si≤0.40wt％，fe≤2.0wt％，s≤0.02wt％，p≤0.03wt％；所述的金属铁的粒度优选为≤80目，其化学成分优选为fe≥98.0wt％，c≤0.05wt％，s≤0.020wt％，p≤0.020wt％；所述的钼铁、稀土硅铁、钛铁、硼铁和锆铁的粒度优选为≤80目；一种埋弧焊丝，包含上述lpg船焊接用无缝药芯粉；所述的lpg船焊接用无缝药芯粉的质量优选为埋弧焊丝总质量的9～15％；所述的埋弧焊丝，还包含外皮；所述的外皮优选为低碳钢带；所述的埋弧焊丝的制备方法，包含如下步骤：(1)将lpg船焊接用无缝药芯粉各组分配粉并混合均匀，得到lpg船焊接用无缝药芯粉；(2)将外皮包裹步骤(1)制得的lpg船焊接用无缝药芯粉经轧制(含钢带口焊合)、减径，得到埋弧焊丝；所述的埋弧焊丝可进一步绕盘、包装、入库；所述的埋弧焊丝的直径优选为2.4mm、3.2mm、4.0mm或5.0mm；所述的lpg船焊接用无缝药芯粉和埋弧焊丝在lpg船焊接领域中的应用；本发明的原理：金属镍的主要目的在于提高焊缝金属的低温韧性，其次是提高抗拉强度。镍作为合金元素具有合金强化、韧化基体的作用。钼铁的主要作用是提高焊缝金属的抗拉强度，同时降低焊缝金属的回火脆性。金属锰主要作用是脱氧，同时提高焊缝金属的抗拉强度。加入量过少，脱氧不足容易产生气孔，但金属锰含量过高时将显著降低焊缝的塑性和韧性。稀土硅铁主要用于脱氧，与金属锰形成si与mn联合脱氧，使大部分脱氧产物进入熔渣。同时稀土元素使焊缝金属中的残留夹杂物尺寸细化，达到夹杂物改性的目的，促进组织细化。钛铁的主要目的在于脱氧及改善夹杂物的化学成分，含ti的夹杂物易形核针状铁素体，提高低温韧性。另外，钛的氧化物被认为可形成较强的氢陷阱，能固化大量的氢，从而有效降低熔敷金属扩散氢的含量。硼铁中的b与焊缝中的ti联合作用，可达到韧化焊缝金属的效果。焊缝中ti与b的比例ti/b控制在2.5～4为宜。锆铁起到部分脱氧效果外，锆元素还起到促进针状铁素体形成，夹渣物球化的作用，进而确保焊缝金属的低温冲击韧性。本发明通过控制焊丝中各种组分的比例，使得制得的埋弧焊丝具有以下特点：(1)在原材料选择方面，尽量选用p、s等杂质元素含量较低的原材料，以减少s、p质向熔敷金属中的过渡，提高熔敷金属的纯净度，有利于提高其低温韧性。(2)焊丝中含有比例量适配的钛铁、硼铁、锆铁，在不同线能量焊接的情况下，均可起到细化焊缝金属晶粒、获得较多针状铁素体组织，确保焊缝稳定的低温冲击韧性。(3)焊丝中含有一定量的稀土硅铁。稀土硅铁一方面可以改善脱渣性，一方面可以起到细化晶粒，稳定焊缝金属中针状铁素体，提高焊缝金属低温韧性的作用。(4)焊丝中含有较高的金属锰，可起到良好的脱氧效果。(5)焊丝中加入一定量的钼铁，可以降低熔敷金属的回火脆性。(6)焊丝中含有适量金属镍，为奥氏体形成和稳定元素，有利于改善熔敷金属的低温韧性。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)工艺性良好，在较宽的工艺规范下，电弧稳定，脱渣容易，焊道成型美观。(2)发明提供的焊丝为无缝药芯焊丝，抗吸潮性强，有利于降低焊缝金属的扩散氢含量。(3)与符合asmeⅱsfa-5.17的f7a(p)8焊剂匹配，熔敷金属成分稳定，屈服强度大于390mpa，抗拉强度大于510mpa，延伸率大于23％，-60℃夏比冲击功大于100j(侧向膨胀量大于0.5)，-75℃夏比冲击功大于60j(侧向膨胀量大于0.5)；熔敷金属低温韧性稳定、优良，适合大厚板的大线能量焊接。(4)与lpg船建造用fh40母材，可适合15～50kj/cm线能量的平位置焊接。(5)与小直径(≤3.2mm)焊丝匹配，可适用于埋弧平焊、横焊位置焊接，横焊位置焊接焊道间融合良好，焊缝成型良好。(6)与符合asmeⅱsfa-5.17的f7a(p)8焊剂匹配，与同类化学成分体系的实芯焊丝相比，熔敷效率高3～9％。(7)熔敷金属化学成分可在一定范围内进行灵活调节，较实芯焊丝生产环保，且成本低。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1一种lpg船焊接用无缝药芯粉，包含如下按质量百分比计的组分：一种埋弧焊丝的制备方法，包含如下步骤：(1)将lpg船焊接用无缝药芯粉各组分配粉并混合均匀，得到lpg船焊接用无缝药芯粉；(2)将外皮低碳钢带包裹步骤(1)制得的lpg船焊接用无缝药芯粉经轧制(含钢带口焊合)、减径，得到埋弧焊丝，其中，lpg船焊接用无缝药芯粉的质量为埋弧焊丝总质量的12％。(3)将步骤(2)制得的埋弧焊丝进一步绕盘、包装、入库。实施例2一种lpg船焊接用无缝药芯粉，包含如下按质量百分比计的组分：一种埋弧焊丝的制备方法，包含如下步骤：(1)将lpg船焊接用无缝药芯粉各组分配粉并混合均匀，得到lpg船焊接用无缝药芯粉；(2)将外皮低碳钢带包裹步骤(1)制得的lpg船焊接用无缝药芯粉经轧制(含钢带口焊合)、减径，得到埋弧焊丝，其中，lpg船焊接用无缝药芯粉的质量为埋弧焊丝总质量的15％。(3)将步骤(2)制得的埋弧焊丝进一步绕盘、包装、入库。实施例3一种lpg船焊接用无缝药芯粉，包含如下按质量百分比计的组分：一种埋弧焊丝的制备方法，包含如下步骤：(1)将lpg船焊接用无缝药芯粉各组分配粉并混合均匀，得到lpg船焊接用无缝药芯粉；(2)将外皮低碳钢带包裹步骤(1)制得的lpg船焊接用无缝药芯粉经轧制(含钢带口焊合)、减径，得到埋弧焊丝，其中，lpg船焊接用无缝药芯粉的质量为埋弧焊丝总质量的9％。(3)将步骤(2)制得的埋弧焊丝进一步绕盘、包装、入库。对比实施例一种无缝药芯粉，包含如下按质量百分比计的组分：一种埋弧焊丝的制备方法，包含如下步骤：(1)将无缝药芯粉各组分配粉并混合均匀，得到无缝药芯粉；(2)将外皮低碳钢带包裹步骤(1)制得的无缝药芯粉经轧制(含钢带口焊合)、减径，得到埋弧焊丝，其中，无缝药芯粉的质量为埋弧焊丝总质量的9～15％。(3)将步骤(2)制得的埋弧焊丝进一步绕盘、包装、入库。效果实施例实施例1～3以及对比实施例制得的埋弧焊丝的组分的化学成分如表1所示，所有组分均为市购。表1主要原材料的化学成分要求原材料名称粒度(目)化学成分(wt％)铁粉≤80fe≥98.0，c≤0.05，s≤0.020，p≤0.020金属锰≤80mn≥97.0，si≤0.40，fe≤2.0，s≤0.02，p≤0.03镍粉≤80ni+co≥95.0，c≤0.05，s≤0.005，p≤0.005其余组分≤80s≤0.020，p≤0.020将实施例1～3以及对比实施例制得的埋弧焊丝(以φ5.0mm焊丝为例)匹配f7a(p)8焊剂(焊剂牌号：sr-sj603)进行焊接，焊接工艺参数为：焊接电源直流反接，焊接电流600～650a，焊接电压32～35v，道间温度100～150℃，测试结果如表2～4所示。表2实施例熔敷金属化学成分(wt％)实施例csimntibnisp实施例10.0170.1241.790.0200.00200.430.00280.012实施例20.0130.1301.720.0190.00180.510.00260.011实施例30.0160.1321.700.0200.00190.560.00280.011对比例0.0180.2761.830.0210.00201.150.00270.010表3实施例焊丝熔敷金属力学性能实施例rp0.2/mparm/mpaa/％akv/j(-60℃)akv/j(-75℃)实施例154567528.5123、136、109108、96、97实施例253665326.5131、121、143105、94、91实施例352361926.0157、143、12099、83、94对比例57670325.4127、93、11038、73、41表4发明实施例的熔敷金属扩散氢(ml/100g)实施例12.67实施例23.13实施例33.35对比实施例3.20本发明所提出的焊丝工艺性能优良，扩散氢低，与符合asmeⅱsfa-5.17的f7a(p)8焊剂匹配，可满足低温条件下服役的fh40钢不同线能量的焊接。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12