一种组合物、药皮、Q690免涂装用桥梁钢焊条及其制备方法与流程

一种组合物、药皮、q690免涂装用桥梁钢焊条及其制备方法
技术领域
[0001]
本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种组合物、药皮、q690免涂装用桥梁钢焊条及其制备方法。


背景技术：

[0002]
目前钢桁梁选材采用的是常规普通桥梁钢，需要油漆涂装，并且以后每隔若干年需要重新涂装油漆维护。涂装过程和原有油漆膜脱落均不可避免存在水库水源地的污染。正在免涂装的使用，能避免了涂装和再涂装时对环境的污染，很好解决了水库水源地的保护。
[0003]
在美国，1964年开始建造免涂装耐候钢桥，大约45％的钢桥采用免涂装的耐候钢制作，到现在已有23000座以上是免涂装耐候钢桥。日本1967年开始建造免涂装耐候钢钢桥，现在约20％以上的钢桥采用免涂装耐候钢制作。桥梁建设中多选用钢桥，是充分利用钢材可重复利用、实现可持续发展的上策，而钢材选用免涂装耐候钢，又是推广绿色建筑和建材的重要环节，符合国家发展战略方向。
[0004]
新型高强度钢材强度高，化学成分与普通强度钢材差别较大，因此高强度钢材构建的稳定性、疲劳与断裂性能均有所变化。针对这些问题国外已经进行了一定量的研究工作，并在多个实际工程中得到成功应用，包括建筑结构和桥梁结构，获得了较好的效果。高强度结构钢q690在国内也已经成功生产，但用于桥梁用焊接材料还处于研究阶段，急需相匹配高强度材料，满足市场需求。现有技术公开中均不能满足q690桥梁用钢焊条要求：cn105436744a公开了一种高强度桥梁钢q500qe焊接用焊条，该焊条由焊条钢芯和药皮组成，所述药皮的成分及各成分占药皮的质量百分比为：caco
3
：13～15％，csco
3
：10％，caf
2
：31～33％，zro
2
：4～5％，al
2
o
3
：2～3％，mn：3.5～4％，si：1.8％，ni：4～4.5％，cr：1～1.5％，cu：1～1.5％，sb：0.1％，c：0.2％，特氟龙：0.5％，其余为铁粉。该对比文件的熔敷金属化学成分、熔敷金属力学性能和熔敷金属耐腐蚀性能能满足桥梁钢q500qe的焊接要求。但将上述焊条的抗拉强度rm(mpa)：≥600，屈服强度rp0.2(mpa)：≥500，不能达到q690免涂装桥梁用钢焊接强度要求。
[0005]
如何开发一种适用于q690免涂装桥梁用钢焊接，达到q690免涂装桥梁用钢焊接强度要求的组合物、药皮、q690免涂装用桥梁钢焊条及其制备方法，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
为克服现有技术的不足，本发明目的是提供一种组合物、药皮、q690免涂装用桥梁钢焊条及其制备方法，所述q690免涂装桥梁用钢焊条，具有良好的焊接工艺性能和力学性能，力学性能满足技术指标，具有强的稳定性。
[0007]
在本发明的第一个方面，提供了一种组合物，所述组合物的组分以质量分数计为：caco
3
：9.5～11.5％，caf
2
：4～5％，tio
2
：1～2％，sio
2
：1～2％，mn：1.25～1.5％，硅铁粉：
0.8～1.20％，钼铁粉：0.6～0.675％，c：0.025～0.05％，cr：0.05～0.50％，cu：0.2～0.3％，fe：1.3～1.5％，na
2
co
3
：0.1～0.15％，羧甲基纤维素钠：0.1～0.15％，海藻酸钠：0.15～0.20％，ni：1.7～1.9％。
[0008]
在一些实施方式中，所述caco
3
：9.5％，caf
2
：4.5％，tio
2
：1.25％，sio
2
：1.5％，mn：1.25％，硅铁粉：0.85％，钼铁粉：0.65％，c：0.030％，cr：0.10％，cu：0.25％，fe：1.35％，na
2
co
3
：0.15％，羧甲基纤维素钠：0.1％，海藻酸钠：0.15％，ni：1.7％。
[0009]
在一些实施方式中，所述caco
3
：10.5％，caf
2
：4.5％，tio
2
：1.5％，sio
2
：1.75％，mn：1.25％，硅铁粉：0.9％，钼铁粉：0.625％，c：0.025％，cr：0.2％，cu：0.25％，fe：1.4％，na
2
co
3
：0.1％，羧甲基纤维素钠：0.1％，海藻酸钠：0.15％，ni：1.8％。
[0010]
在一些实施方式中，所述caco
3
：10.5％，caf
2
：4.5％，tio
2
：1.5％，sio
2
：1.75％，mn：1.5％，硅铁粉：1.1％，钼铁粉：0.675％，c：0.025％，cr：0.2％，cu：0.25％，fe：1.4％，na
2
co
3
：0.1％，羧甲基纤维素钠：0.1％，海藻酸钠：0.15％，ni：1.7％。
[0011]
在本发明的第二个方面，提供了一种药皮，所述药皮为由所述的组合物经涂覆、固化而成的被膜。
[0012]
在本发明的第三个方面，提供了一种q690免涂装用桥梁钢焊条，所述焊条包括焊芯和涂覆于所述焊芯表面的所述的药皮，所述焊芯的成分以质量分数计为：c：0.04～0.08％，mn：0.3～0.6％，si：0.01～0.03％，s≤0.005％，p≤0.008％，余量为fe和不可避免的杂质。
[0013]
在一些实施方式中，所述药皮与所述焊条的质量比为25～27：100。
[0014]
在本发明的第三个方面，提供了一种所述的q690免涂装用桥梁钢焊条的制备方法，所述方法包括：
[0015]
获得所述的组合物；
[0016]
将粘结液与所述组合物混匀，获得混合液；
[0017]
将所述混合液裹覆于所述焊芯上，后进行烘焙，获得所述的q690免涂装用桥梁钢焊条。
[0018]
在一些实施方式中，所述组合物与所述粘结液的质量比为100：20～24；所述粘结液为水玻璃。
[0019]
在一些实施方式中，所述将所述混合液裹覆于所述焊芯上，具体包括：将所述混合液送入焊条涂压机内按14～16mpa的压力裹覆于所述焊芯上；所述烘焙包括：先于85～90℃烘焙4～6.5h，后于350～400℃烘焙1～2h。
[0020]
依据本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0021]
本发明提供的一种组合物、药皮、q690免涂装用桥梁钢焊条及其制备方法，在药皮组分中加入caco
3
、caf
2
、tio
2
、sio
2
，并合理配比各种组分的比例，保证焊条获得良好的力学性能与焊接工艺性能，加入金属锰mn、硅铁粉、钼铁粉、石墨c等组分使焊条获得合适的熔敷金属化学成分，获得良好的力学性能，加入纯碱na
2
co
3
、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠保证焊条的生产工艺性能，提高焊条的压涂性能。通过上述药皮成分的有机组配并与碳钢焊芯的组分的配合从而实现其发明目的。本发明采用微合金化达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果，从微观和宏观上对焊接冶金渣系进行变形温度和变形量的优化，利用错位强化来使熔敷金属强韧性达到较优水平。q690免涂装桥梁用钢焊条具有良好的焊接工艺性能和力学性
能，力学性能满足技术指标，具有强的稳定性。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0023]
图1为本发明提供的一种锆钛二元改性环氧防腐蚀涂料的制备方法流程图。
具体实施方式
[0024]
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
[0025]
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0026]
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料，试剂，仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。
[0027]
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0028]
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种组合物，所述组合物的组分以质量分数计为：caco
3
：9.5～11.5％，caf
2
：4～5％，tio
2
：1～2％，sio
2
：1～2％，mn：1.25～1.5％，硅铁粉：0.8～1.20％，钼铁粉：0.6～0.675％，c：0.025～0.05％，cr：0.05～0.50％，cu：0.2～0.3％，fe：1.3～1.5％，na
2
co
3
：0.1～0.15％，羧甲基纤维素钠：0.1～0.15％，海藻酸钠：0.15～0.20％，ni：1.7～1.9％。
[0029]
本实施方式中，
[0030]
本发明中，各成分作用如下：
[0031]
caco
3
：9.5～11.5％，焊条中使用caco
3
，在电弧热的作用下分解成cao和co
2
是焊条制造中及常用的建渣造气材料，提高熔渣碱度，提高熔敷金属纯净度，降低夹杂物量，稳定电弧增大熔渣与金属界面张力和表面张力，改善脱渣；添加过少难以起到作用，添加过多，焊接工艺性能变差。
[0032]
caf
2
：4～5％，可以调整熔渣的熔点和粘度，增加溶渣的流动性，改善熔渣的物理性能对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中扩散氢的主要材料，但因氟的存在，会造成电弧不稳定，并产生有毒气体，因此将其控制在4～5％。
[0033]
tio
2
：1～2％，tio
2
的作用主要是稳弧、造渣，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅；对焊缝成形、电弧稳定性起关键作用；添加过少难以起到作用，添加过多，稀释熔池，不利于全位置焊接，同时，力学性能降低。
[0034]
sio
2
：1～2％，主要起造渣、造气的作用，加入1～2％的硅微粉，能提高电弧的稳定性；添加过少难以起到作用，添加过多，力学性能降低。
[0035]
mn：1.25～1.5％，金属锰可起到脱硫、脱氧的作用，还可以向焊缝过渡锰元素，提
高焊缝强度；添加过少难以起到作用，添加过多，抗拉强度增加，韧性变差。
[0036]
硅铁粉：0.8～1.20％，硅是重要的脱氧剂同时也是焊缝金属重要的合金剂，硅可以降低焊缝金属的含氧量，提高焊缝金属的冲击韧性，但太高时则相反，因此将其控制在0.8～1.20％；采用硅铁粉联合脱氧其效果较好，所述硅铁粉中si占硅铁粉的质量分数为40％～50％；这样设置的原因为：若si含量太高或太低都不利熔敷金属力学性能。
[0037]
钼铁粉：0.6～0.675％，钼能显著提高焊缝金属的强度，有细化晶粒的作用，适当的钼铁加入量可提高焊缝的强度、硬度及热稳定性；但过高则会影响焊缝金属韧性，因此将其控制在0.6～0.675％。其中钼铁粉中，所述钼铁中mo占钼铁粉的质量分数为50％～60％；这样设置的原因为：若mo含量太高或太低都不利熔敷金属力学性能。
[0038]
c：0.025～0.05％，c是碳钢和低合金钢要严格控制的元素，能显著提高熔敷金属强度，加入过多影响焊缝金属韧性，因此将其控制在0.025～0.05％。
[0039]
fe：1.3～1.5％，还原铁粉为碳钢钢材才主要成分，加入提高焊条的熔敷效率，提高焊接工艺性能。
[0040]
na
2
co
3
：0.1～0.15％，羧甲基纤维素钠：0.1～0.15％，海藻酸钠：0.15～0.20％，共同改善焊条的压涂性能。
[0041]
ni：1.7～1.9％，镍是改善低合金高强钢焊条熔敷金属韧性的重要元素，过低不能保证其性能，过高，焊缝热裂纹倾向增加。
[0042]
在药皮组分中加入caco
3
、caf
2
、tio
2
、sio
2
，并合理配比各种组分的比例，保证焊条获得良好的力学性能与焊接工艺性能，加入金属锰mn、硅铁粉、钼铁粉、石墨c等组分使焊条获得合适的熔敷金属化学成分，获得良好的力学性能，加入纯碱na
2
co
3
、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠保证焊条的生产工艺性能，提高焊条的压涂性能。
[0043]
在一些实施方式中，所述caco
3
：9.5％，caf
2
：4.5％，tio
2
：1.25％，sio
2
：1.5％，mn：1.25％，硅铁粉：0.85％，钼铁粉：0.65％，c：0.030％，cr：0.10％，cu：0.25％，fe：1.35％，na
2
co
3
：0.15％，羧甲基纤维素钠：0.1％，海藻酸钠：0.15％，ni：1.7％。
[0044]
在一些实施方式中，所述caco
3
：10.5％，caf
2
：4.5％，tio
2
：1.5％，sio
2
：1.75％，mn：1.25％，硅铁粉：0.9％，钼铁粉：0.625％，c：0.025％，cr：0.2％，cu：0.25％，fe：1.4％，na
2
co
3
：0.1％，羧甲基纤维素钠：0.1％，海藻酸钠：0.15％，ni：1.8％。
[0045]
在一些实施方式中，所述caco
3
：10.5％，caf
2
：4.5％，tio
2
：1.5％，sio
2
：1.75％，mn：1.5％，硅铁粉：1.1％，钼铁粉：0.675％，c：0.025％，cr：0.2％，cu：0.25％，fe：1.4％，na
2
co
3
：0.1％，羧甲基纤维素钠：0.1％，海藻酸钠：0.15％，ni：1.7％。
[0046]
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种药皮，所述药皮为由所述的组合物经涂覆、固化而成的被膜。
[0047]
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种q690免涂装用桥梁钢焊条，所述焊条包括焊芯和涂覆于所述焊芯表面的所述的药皮，所述焊芯的成分以质量分数计为：c：0.04～0.08％，mn：0.3～0.6％，si：0.01～0.03％，s≤0.005％，p≤0.008％，余量为fe和不可避免的杂质。
[0048]
所述焊芯选用上述成分的原因为：焊芯较低的s、p含量能保证熔敷金属中杂质较低，降低热、冷裂纹产生倾向，提高焊缝的韧性。
[0049]
本发明通过对焊芯成分与药皮组分的比例保证焊条获得良好的工艺性能与力学
性能，获得纯净度高的熔敷金属。同时通过上述药皮成分的有机组配并与碳钢焊芯配合从而实现其发明目的。本发明采用微合金化达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果，从微观和宏观上对焊接冶金渣系进行变形温度和变形量的优化，利用错位强化来使熔敷金属强韧性达到较优水平。
[0050]
在一些实施方式中，所述药皮与所述焊条的质量比为25～27：100。药皮焊条质量比过低，不能达到合金元素过渡作用，过高会造成工艺性能不佳，同时，力学性能降低。
[0051]
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种所述的q690免涂装用桥梁钢焊条的制备方法，如图1所示，所述方法包括：
[0052]
s1、获得所述的组合物；
[0053]
s2、将粘结液与所述组合物混匀，获得混合液；
[0054]
s3、将所述混合液裹覆于所述焊芯上，后进行烘焙，获得所述的q690免涂装用桥梁钢焊条。
[0055]
该实施方式中，
[0056]
所述步骤s2中，所述组合物与所述粘结液的质量比为100：20～24；该比例过低，湿粉料较干，生产过程偏心不好控制，药皮较紧，合金元素会增加；过高，湿粉料过湿，生产压力不够，造成成品成活率不高。
[0057]
所述粘结液为水玻璃。
[0058]
所述步骤s3中，
[0059]
将所述混合液裹覆于所述焊芯上，具体包括：将所述混合液送入焊条涂压机内按14～16mpa的压力裹覆于所述焊芯上；采用该范围内的压力能够更好的涂覆固化。
[0060]
所述烘焙包括：先于85～90℃烘焙4～6.5h，后于350～400℃烘焙1～2h。
[0061]
上述的q690免涂装桥梁用钢焊条与q690免涂装桥梁用钢配套使用。采用本发明焊条对q690免涂装桥梁用钢进行焊接，立向上焊接，焊接热输入30-35kj/cm，其常温熔敷金属的抗拉强度≥810mpa、屈服强度≥690mpa、延伸率≥15％、-40℃冲击≥54j；有效地提高了焊缝整体性能，以及焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，脱渣好。制备方法简单，操作方便。
[0062]
下面将结合实施例及实验数据对本申请的一种组合物、药皮、q690免涂装用桥梁钢焊条及其制备方法进行详细说明。
[0063]
s1、获得组合物；各组别的组合物的成分以重量分数计如表1所示。
[0064]
表1
[0065]
[0066][0067]
s2、将粘结液与所述组合物混匀，获得混合液；所述粘结液为钾钠比例为1:1的水玻璃(波美浓度为41.3-41.7
°
be)，所述粘结液占所述组合总质量含量22.0％，混匀时采用20℃条件下进行10-15min的搅拌。
[0068]
s3、将所述混合液裹覆于所述焊芯上，后进行烘焙(低温85℃烘焙3.5～4h、高温380℃烘焙1.5h)，获得所述的q690免涂装用桥梁钢焊条。各组别的焊芯金属化学成分以质量分数计如表2所示，其余为fe及不可避免的杂质。
[0069]
表2
[0070][0071]
本实施例所得焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、飞溅小、熔池清晰、规则，脱渣性能好，焊缝成形美观。采用立向上焊接，焊接热输入30-35kj/cm。
[0072]
表3-各组别焊条熔敷金属力学性能
[0073][0074][0075]
由表3的数据可知：
[0076]
本发明实施例1-5中，q690免涂装桥梁用钢焊条，具有良好的焊接工艺性能和力学
性能，力学性能满足技术指标，具有强的稳定性。采用本发明焊条对q690免涂装桥梁用钢进行焊接，立向上焊接，焊接热输入30-35kj/cm，其常温熔敷金属的抗拉强度≥810mpa、屈服强度≥690mpa、延伸率≥15％、-40℃冲击≥54j；有效地提高了焊缝整体性能，以及焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，脱渣好。制备方法简单，操作方便。
[0077]
由上述数据可知，本发明的组合物各组分协同配合，任何一种组分不在本发明的范围内都难以解决本发明的技术问题；具体地：在药皮组分中加入caco
3
、caf
2
、tio
2
、sio
2
，并合理配比各种组分的比例，保证焊条获得良好的力学性能与焊接工艺性能，加入金属锰mn、硅铁粉、钼铁粉、石墨c等组分使焊条获得合适的熔敷金属化学成分，获得良好的力学性能，加入纯碱na
2
co
3
、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠保证焊条的生产工艺性能，提高焊条的压涂性能。
[0078]
最后，还需要说明的是，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。
[0079]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0080]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。