專利名稱：高強(qiáng)度低溫鋼用埋弧焊絲及焊劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊絲和焊劑，尤其涉及一種高強(qiáng)度低溫鋼用埋弧焊絲及焊劑，其焊縫金屬具有490-660MPa抗拉強(qiáng)度、_51°C沖擊功AKv彡160J。
背景技術(shù)：
低溫技術(shù)是19世紀(jì)末在液態(tài)空氣工業(yè)上發(fā)展起來的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，低溫技術(shù)在近30年中得到了迅速發(fā)展，并在低溫壓力容器、海洋工程、港口機(jī)械、橋梁等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。低溫壓力容器是低溫工業(yè)過程的關(guān)鍵設(shè)備，碳鋼和低合金鋼制低溫壓力容器的特點(diǎn)是容易產(chǎn)生低溫脆性破壞，低溫脆斷是在沒有預(yù)兆的情況下突然發(fā)生的，危害性很大。低溫鋼按晶體點(diǎn)陣類型一般可分為體心立方的鐵素體低溫鋼和面心立方的奧氏體低溫鋼兩大類。鐵素體低溫鋼一般存在明顯的韌一脆轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)溫度降低至某個(gè)臨界值 (或區(qū)間)會(huì)出現(xiàn)韌性突然下降的現(xiàn)象。因此如何確保在某一低溫條件下具有良好的韌性， 是低溫壓力容器制造必須考慮的質(zhì)量要求。在煉鋼中一般需加入Mn、Ni等合金元素，降低間隙雜質(zhì)，細(xì)化晶粒，控制鋼中第二相的大小、形態(tài)和分布等，使鐵素體鋼的韌-脆性轉(zhuǎn)變溫度低于使用溫度，這樣，才能保證低溫鋼在使用時(shí)的安全性。與之相對(duì)應(yīng)的低溫鋼用焊接材料在國內(nèi)的應(yīng)用也越來越廣泛，焊材的用量與日俱增。在某些重要大型構(gòu)件連接時(shí)，一般會(huì)采用埋弧焊，因?yàn)槁窕『覆坏瘦^高，而且焊接質(zhì)量好。但目前真正是國內(nèi)焊接廠商生產(chǎn)的高強(qiáng)度低溫鋼用埋弧焊材是很有限的，很多這類焊材都是靠國外進(jìn)口。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度低溫鋼用埋弧焊絲及焊劑，克服目前國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)的障礙，還提高了低溫沖擊韌性，使之可廣泛應(yīng)用于低溫壓力容器、海洋工程、港口機(jī)械、橋梁等場(chǎng)所的一些特殊構(gòu)件之焊接，使焊縫金屬抗拉強(qiáng)度達(dá)到 480-660MPa, -51°C沖擊功 AKv 彡 160J。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種高強(qiáng)度低溫鋼用埋弧焊絲及焊劑，所述焊絲中各成分相對(duì)于該焊絲的重量百分比分別為，C :0 0.120%;Si :0· 05 0. 30% ；Mn :1. 10 1. 60% ；P :0 0.020%;S :0 0.020%;Ni :0· 75 1. 25% ；Mo :0. 10 0. 30% ；Cu 0 0. 35% ；余量為鐵及其他不可避免雜質(zhì)；
所述焊劑由以下原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，并且各原料相對(duì)于該焊劑原料總量的重量百分比分別為，
CaF2 10 -一 30% ；
MgF2 5 15% ；
CaO 5 20% ；
MgO 10 -25% ；
Al2O3 10 30% ；
SiO2 5 15% ；
TiO2 1 5% ；
B2O3 0. 1 0. 8%。
所述焊絲與焊劑配合所得焊縫金屬中各成分相對(duì)于該焊縫金屬的重量百分比分別為，
C :0 0.120% ；
Si :0 0 80% ；
Mn :0 1 60% ；
P :0 0.030% ；
S :0 0.025% ；
Ni 0. 70 1. 10% ；
Mo 0. 10 0. 35% ；
Cu :0 0 30% ；
余量為鐵及其他不可避免雜質(zhì)。
以下是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明
在本發(fā)明中，焊絲和焊劑是緊密聯(lián)系的，焊劑要有足夠的穩(wěn)定性，才能保證在焊接
過程中有良好的焊接操作性以及焊后焊縫有好的機(jī)械性能，以確保焊后構(gòu)件的安全性。本發(fā)明焊劑的優(yōu)點(diǎn)在于成分除了常規(guī)化合物物外，還加入了 TiO2,化03，加入這兩種化合物目的是向熔敷金屬中過度Ti和B。Ti、B都有抑制晶粒初大的作用，其中Ti能形成碳化物和氮化物，能有效的釘扎晶界，阻止奧氏體晶粒長大，有強(qiáng)烈的細(xì)化晶粒之作用；而加入少量的B是為了與其他元素配合使用，形成針狀鐵素體，起到更好的抗裂作用。對(duì)于高強(qiáng)度低溫鋼用焊接材料，要求焊縫金屬不但有高的強(qiáng)度，還要有低的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度，一般通過添加一定量的合金元素實(shí)現(xiàn)此目的。對(duì)于焊絲來說其各種合金元素的搭配非常重要，下面就對(duì)本發(fā)明焊絲中各類合金金元素的作用以及限定含量加以說明C:在鋼中以間隙原子存在，可以增加強(qiáng)度，但是C含量過多則會(huì)降低韌性，還易產(chǎn)生裂紋，使焊接操作性變差，因此，C含量應(yīng)該控制在一個(gè)較低的范圍。對(duì)于本發(fā)明的埋弧焊絲，C^O. 12%，而焊劑基本可實(shí)現(xiàn)不增C，這樣可以保證焊縫金屬中較低的C含量。Mn 是良好的脫氧劑和固溶強(qiáng)化元素一方面，Mn與鐵水中的氧結(jié)合形成熔點(diǎn)較高M(jìn)nO雜質(zhì)隨著鋼的冷卻形成渣，以達(dá)到除氧的目的；另一方面，Mn原子通過擴(kuò)散到!^e原子的晶包中形成固溶體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化；另外，Mn還有增加韌性、降低轉(zhuǎn)脆溫度和擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的作用。但是，Mn的含量過高則會(huì)產(chǎn)生晶粒粗化，增加回火脆性的敏感性。本發(fā)明中將焊絲的Mn的含量控制在1. 20-1. 60%，焊劑對(duì)錳含量幾乎不影響。Si 能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但當(dāng)含量超過3%時(shí)，將顯著降低鋼的塑性和韌性。Si是良好的脫氧劑，用鋁脫氧是酌加一定量的Si，能顯著提高鋁的脫氧能力。但是，Si能降低鋼的焊接性，因?yàn)镾i與氧的親和力比鐵強(qiáng)，在焊接時(shí)容易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，增加熔渣和熔化金屬的流動(dòng)性，引起噴濺現(xiàn)象，影響焊縫質(zhì)量。因此，Si的含量不宜過高，本發(fā)明埋弧焊絲的Si含量應(yīng)控制在0. 05-0. 30%，含量較低，但由于焊劑中 SiO2的存在，會(huì)對(duì)焊縫有一定的增Si作用，提高了脫氧能力也使熔池具有一定的流動(dòng)性。Ni 在鋼中能細(xì)化珠光體，總的效果是提高強(qiáng)度，對(duì)塑性的影響不顯著。M可以提高鋼對(duì)疲勞的抗力和減少鋼對(duì)缺口的敏感性，Ni能降低鋼的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，這對(duì)低溫鋼有著極其重要的意義。另外，M加入鋼中還能耐腐蝕，不僅耐酸，而且也能耐堿，對(duì)大氣及鹽都有抗蝕能力。本發(fā)明埋弧焊絲中Ni的含量控制在0. 75-1. 25%，而焊劑中不對(duì)Ni元素進(jìn)行合金過渡，但在焊接過程中也不燒損附。Mo 加入鋼中能提高淬透性，Mo能耐蠕變，耐點(diǎn)蝕，耐海水腐蝕。本發(fā)明埋弧焊劑 Mo的含量為0. 10-0. 30%，而焊劑中不對(duì)Mo元素進(jìn)行合金過渡，但在焊接過程中也不燒損 Mo。P 會(huì)降低鋼的塑性和韌性，致使鋼在冷加工時(shí)產(chǎn)生冷脆，P對(duì)焊接性也有不良影響。本發(fā)明中對(duì)P的含量控制在0.020%以下的較低水平，在多數(shù)的焊劑中，焊后難免對(duì)焊縫有增P的不良效果，但本發(fā)明中的焊劑卻可以避免此問題的產(chǎn)生，從而盡量減少了焊縫中的雜質(zhì)。S:是有害元素，在鋼中偏析嚴(yán)重，在焊接過程中易生成低熔點(diǎn)的化合物，是造成熱裂的主要原因。因此其含量應(yīng)該嚴(yán)格控制，本發(fā)明埋弧焊絲的S的含量< 0. 020%，焊劑可以減少焊縫中的S含量，一般減少量可以達(dá)到0. 005以上，從而使焊縫金屬的S含量較低。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的埋弧焊絲的化學(xué)成分含有較低的C，較高的Mn和 Ni，含有少量的Mo，對(duì)有害元素P、S的含量控制得很低(<0.01%)；本發(fā)明的埋弧焊劑屬于燒結(jié)焊劑，可以添加合金元素，焊劑中添加了 Ti和B，這樣可以適用于大線能量的焊接。 本發(fā)明焊絲與焊劑配合焊接作業(yè)性能極佳電弧穩(wěn)定，焊縫成型美觀，脫渣容易，抗裂性好且具有優(yōu)良的低溫沖擊性能；其焊縫金屬機(jī)械性能(經(jīng)620°C *lh焊后熱處理)為抗拉強(qiáng)度480-660MPa，屈服強(qiáng)度400_550MPa，延伸率22_；35 %，夏比沖擊功為AKv (-51 °C )彡160J。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明實(shí)施例1 用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的焊絲成分冶煉三種焊絲(規(guī)格4. Omm)，記作焊絲①、 焊絲②、焊絲③，其化學(xué)成分見表一；用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的焊劑制造四種焊劑，記作焊劑①、焊劑②、焊劑③、焊劑④，其化學(xué)成分見表二 ；用本發(fā)明焊絲與焊劑配合焊接，焊接工藝規(guī)范為電流550A，電壓32V，焊接速度420mm/min，焊后進(jìn)行(620°C Xl小時(shí))熱處理，焊接過程中作業(yè)性良好，焊后試板拍片無氣孔。焊后熔敷金屬的物化性能如下表三和表四表一焊絲化學(xué)成分(重量％ )
權(quán)利要求
1. 一種高強(qiáng)度低溫鋼用埋弧焊絲及焊劑，其特征在于所述焊絲中各成分相對(duì)于該焊絲的重量百分比分別為， C :0 0. 120% ； Si 0. 05 0. 30% ； Mn 1. 10 1. 60% ； P :0 0. 020% ； S :0 0. 020% ； Ni 0. 75 1. 25% ； Mo 0. 10 0. 30% ； Cu 0 0. 35% ； 余量為鐵及其他不可避免雜質(zhì)；所述焊劑由以下原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，并且各原料相對(duì)于該焊劑原料總量的重量百分比分別為，CaF210 ‘ 30%MgF25 ^ 15% ；CaO 5 20% ；MgO 10 --25% ；Al2O,,10 30%SiO25 ^ 15% ；TiO91 一 5% ；B2O3 0. 1 0. 8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度低溫鋼用埋弧焊絲及焊劑，其特征在于所述焊絲與焊劑配合所得焊縫金屬中各成分相對(duì)于該焊縫金屬的重量百分比分別為，C 0 --0.120% ；Si 0 0 80% ；Mn 0 1 60% ；P 0 --0.030% ；S 0 --0.025% ；Ni 0.70 1. 10%Mo 0.10 0. 35%Cu 0 0 30% ；余量為鐵及其他不可避免雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度低溫鋼用埋弧焊絲及焊劑，兩者配合焊接作業(yè)性能極佳電弧穩(wěn)定，焊縫成型美觀，脫渣容易，抗裂性好且具有優(yōu)良的低溫沖擊性能；其焊縫金屬機(jī)械性能(經(jīng)620℃*1h焊后熱處理)為抗拉強(qiáng)度480-660MPa，屈服強(qiáng)度400-550MPa，延伸率22-35％，夏比沖擊功為AKv(-51℃)≥160J。
文檔編號(hào)B23K35/30GK102233493SQ201010163798
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者吳俊峰, 蔡鴻祥, 鄭伊洛 申請(qǐng)人:昆山京群焊材科技有限公司