超低氫合金電焊條及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本公開(kāi)一般涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及焊條領(lǐng)域,尤其涉及一種超低氫合金電 焊條及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋工程特殊鋼結(jié)構(gòu)需經(jīng)受冰凍嚴(yán)寒、風(fēng)浪沖擊、海水腐蝕等嚴(yán)酷的服役環(huán)境,而 焊接又占據(jù)整個(gè)建造過(guò)程工作量的三分之一,焊接質(zhì)量已成為影響海洋工程鋼結(jié)構(gòu)安全運(yùn) 行的關(guān)鍵。研究及統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,船舶與海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的失效事故多是源于焊接區(qū)域微 裂紋的擴(kuò)展所致。同時(shí)焊接區(qū)域殘留于焊縫金屬內(nèi)部的氫,因其原子半徑極小可在金屬晶 格間自由擴(kuò)散成為擴(kuò)散氫,該擴(kuò)散氫一旦擴(kuò)散至金屬晶體缺陷處即可被"捕獲"造成晶體缺 陷微區(qū)氫原子的大量聚集,當(dāng)氫聚集到一定程度便導(dǎo)致氫脆。氫脆是海洋工程產(chǎn)品使用過(guò) 程中誘發(fā)微裂紋的重要因素。
[0003] 目前作為海洋工程配套的焊接材料必需從研發(fā)上應(yīng)用強(qiáng)韌化設(shè)計(jì)技術(shù)提高高強(qiáng) 鋼焊縫金屬的韌性?xún)?chǔ)備以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗裂性能,同時(shí)還必需運(yùn)用焊接冶金處理方法最大限 度地降低焊縫金屬中的氫含量,這是海洋工程鋼結(jié)構(gòu)目前解決氫脆致裂的一條有效途徑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足,期望提供一種高韌性、抗裂性能優(yōu)異、疲勞性 能優(yōu)異的超低氫合金電焊條。
[0005] 本發(fā)明提供一種超低氫合金電焊條,包括焊芯和藥皮,以重量份數(shù)計(jì),超低氫合金 電焊條的藥皮包含以下組分:
[0006] 大理石:35-45份,瑩石:10-20份,電解錳:2-10份,霧化硅鐵:4-15份,鈦鐵:4-10 份,金屬鉻:0.5-2.5份,鉬鐵:0.5-5份,天然金紅石:5-15份,鎳粉:2-10份,海泰粉:2-10份, 重稀土硅鐵合金:0.2-5份,氟化稀土: 0.2-2份。
[0007] 藥皮中各組分的質(zhì)量成分含量、顆粒度以及相關(guān)處理要求為:
[0008] 大理石:CaC03>96 %,S〈0 · 03 %,P〈0 · 03 %,粒度為40-180 目;
[0009] 螢石:〇3卩2>96%,5〈0.03%,卩〈0.02%,粒度為40-180目;
[0010] 電解錳:Mn>99.7%,C〈0.04%,S〈0.05%,Ρ〈0·010%,粒度為40-160 目;
[0011 ]霧化娃鐵:Si : 42-47 %,S〈0 · 02 %,Ρ〈0 · 04%,粒度為40-200 目;
[0012] 鈦鐵:Ti:25-35%,A1〈8%,S〈0.03%,P〈0.05%,Si〈4.5%,C〈0.10%,粒度為40-200 目;
[0013] 金屬鉻:Cr>98.5%,C〈0.03%,S〈0.02%,Ρ〈0·01%,Si〈0.35%,粒度為60-200 目;
[0014] 鉬鐵:Μ〇>55·0%,S〈0.10%,Ρ〈0·08%,C〈0.20%,粒度為 100-150 目;
[0015] 天然金紅石:Ti〇2>92 %,S〈0 · 03 %,P〈0 · 03 %,粒度為40-160目,經(jīng)烘焙溫度為800 °C,烘焙時(shí)間為1小時(shí)的烘焙處理;
[0016] 鎳粉:Ni和Co的總量>99.5%,C〈0.05%,S〈0.01%,粒度為60-160 目;
[0017] 海泰粉:CaC〇3>80 %,CaF2>60 %,S〈0 · 03 %,P〈0 · 03 %,粒度為40-160 目;
[0018] 重稀土硅鐵合金:RE2〇3:30-35 %,Ca: 6-10 %,F(xiàn)e: 14-18 %,Si : 40-45 %,粒度為40-160 目;
[0019] 氟化稀土: RE0>83 %,Ce02/RE0>45 %,F(xiàn)>26 %,粒度為 100-200 目。
[0020] 本發(fā)明提供一種超低氫合金電焊條的制造方法,其步驟為:
[0021] 制作超低氫合金電焊條的藥皮,按重量份數(shù)計(jì),取以下組分:
[0022] 大理石:35-45份,瑩石:10-20份,電解錳:2-10份,霧化硅鐵:4-15份,鈦鐵:4-10 份,金屬鉻:0.5-2.5份,鉬鐵:0.5-5份,天然金紅石:5-15份,鎳粉:2-10份,海泰粉:2-10份, 重稀土硅鐵合金:0.2-5份,氟化稀土: 0.2-2份;
[0023] 將藥皮各組分進(jìn)行干混,然后加入水玻璃,繼續(xù)攪拌;
[0024] 將攪拌后的藥皮均勻涂在焊芯上,壓制焊條;
[0025] 將壓制成型的焊條經(jīng)過(guò)自然干燥后送入高溫干燥爐進(jìn)行烘焙。
[0026] 本發(fā)明的超低氫合金電焊條及其制造方法制造的超低氫合金電焊條,通過(guò)應(yīng)用氧 化物冶金技術(shù)提升60-90kgf/cm3級(jí)高強(qiáng)鋼焊縫金屬韌性?xún)?chǔ)備。利用焊接恪池中細(xì)小氧化夾 雜物在非平衡凝固條件下形核成針狀鐵素體,通過(guò)強(qiáng)化針狀鐵素體形核以抑制先共析鐵素 體的形核,使焊縫中針狀鐵素體的比例大幅度提高以此獲得強(qiáng)韌化焊縫金屬。通過(guò)焊接材 料熔渣成分的優(yōu)化設(shè)計(jì),使該類(lèi)高強(qiáng)鋼焊縫金屬的低溫韌性在滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外船舶建造規(guī)范規(guī) 定的-40°C不低于47J指標(biāo)基礎(chǔ)上,達(dá)到100J以上的高韌性?xún)?chǔ)備水平,可極大地提高這類(lèi)鋼 焊縫金屬在嚴(yán)酷自然條件下的抗裂性能及疲勞性能。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。可以理解的是,此處所描述的具 體實(shí)施例僅僅用于解釋相關(guān)發(fā)明,而非對(duì)該發(fā)明的限定。
[0028] 需要說(shuō)明的是,在不沖突的情況下,本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)。
[0029] 實(shí)施例一
[0030] 按重量份數(shù)計(jì),取以下組分:
[0031] 大理石:35份,瑩石:10份,電解錳:2份,霧化硅鐵:4份,鈦鐵:4份,金屬鉻:0.5份, 鉬鐵:. 5份,天然金紅石:5份,鎳粉:2份,海泰粉:2份,重稀土硅鐵合金:0.2份,氟化稀土: 0.2 份;
[0032] 將取得的組分進(jìn)行干混,然后加入1:1鉀鈉水玻璃,繼續(xù)攪拌,制作成藥皮;
[0033] 將攪拌后的藥皮均勻涂在焊芯上,壓制焊條;
[0034]將壓制成型的焊條經(jīng)過(guò)自然干燥后送入高溫干燥爐進(jìn)行烘焙,烘焙溫度為350度。 [0035] 實(shí)施例二
[0036]按重量份數(shù)計(jì),取以下組分:
[0037] 大理石:45份,瑩石:20份,電解錳:10份,霧化硅鐵:15份,鈦鐵:10份,金屬鉻:2.5 份,鉬鐵:5份,天然金紅石:15份,鎳粉:10份,海泰粉:10份,重稀土硅鐵合金:5份,氟化稀 土: 2份;
[0038]將取得的組分進(jìn)行干混,然后加入1:1鉀鈉水玻璃,繼續(xù)攪拌,制作成藥皮;
[0039] 將攪拌后的藥皮均勻涂在焊芯上,壓制焊條;
[0040] 將壓制成型的焊條經(jīng)過(guò)自然干燥后送入高溫干燥爐進(jìn)行烘焙,烘焙溫度為350度。 [0041 ] 實(shí)施例三
[0042] 按重量份數(shù)計(jì),取以下組分:
[0043] 大理石:37份,瑩石:12份,電解錳:3份,霧化硅鐵:5份,鈦鐵:5份,金屬鉻:0.8份, 鉬鐵:1.5份,天然金紅石:7份,鎳粉:4份,海泰粉:3份,重稀土硅鐵合金:1.2份,氟化稀土: 0.8 份;
[0044] 將取得的組分進(jìn)行干混,然后加入1:1鉀鈉水玻璃,繼續(xù)攪拌,制作成藥皮;
[0045] 將攪拌后的藥皮均勻涂在焊芯上,壓制焊條;
[0046] 將壓制成型的焊條經(jīng)過(guò)自然干燥后送入高溫干燥爐進(jìn)行烘焙,烘焙溫度為350度。 [0047]實(shí)施例四
[0048]按重量份數(shù)計(jì),取以下組分:
[0049]大理石:43份,瑩石:18份,電解錳:9份,霧化硅鐵:14份,鈦鐵:9份,金屬鉻:2.1份, 鉬鐵:4.8份,天然金紅石:13份,鎳粉:9份,海泰粉:9份,重稀土硅鐵合金:4.3份,氟化稀土: 1.8 份;
[0050] 將取得的組分進(jìn)行干混,然后加入1:1鉀鈉水玻璃,繼續(xù)攪拌,制作成藥皮;
[0051] 將攪拌后的藥皮均勻涂在焊芯上,壓制焊條;
[0052]將壓制成型的焊條經(jīng)過(guò)自然干燥后送入高溫干燥爐進(jìn)行烘焙,烘焙溫度為350度。 [0053] 實(shí)施例五
[0054]按重量份數(shù)計(jì),取以下組分:
[0055] 大理石:40份,瑩石:15份,電解錳:6份,霧化硅鐵:9份,鈦鐵:7份,金屬鉻:1.5份, 鉬鐵:2.4份,天然金紅石:10份,鎳粉:6份,海泰粉:6份,重稀土硅鐵合金:2.7份,氟化稀土: 1 · 3份;
[0056] 將取得的組分進(jìn)行干混,然后加入1:1鉀鈉水玻璃,繼續(xù)攪拌,制作成藥皮;
[0057]將攪拌后的藥皮均勻涂在焊芯上,壓制焊條;
[0058]將壓制成型的焊條經(jīng)過(guò)自然干燥后送入高溫干燥爐進(jìn)行烘焙,烘焙溫度為350度。 [0059]實(shí)施例一至實(shí)施例五中藥皮的各組分的質(zhì)量成分含量、顆粒度以及相關(guān)處理要求 為:
[0060] 大理石:CaC03>96 %,S〈0 · 03 %,P〈0 · 03 %,粒度為40-180 目;
[0061] 螢石:〇3卩2>96%,5〈0.03%,卩〈0.02%,粒度為40-180目;
[0062] 電解錳:Mn>99.7%,C〈0.04%,S〈0.05%,Ρ〈0·010%,粒度為40-160 目;
[0063] 霧化硅鐵:Si : 42-47 %,S〈0 · 02 %,Ρ〈0 · 04%,粒度為40-200 目;
[0064] 鈦鐵:Ti :25-35%,A1〈8%,S〈0.03%,P〈0.05%,Si〈4.5%,C〈0.10%,粒度為40-200 目;
[0065] 金屬鉻:Cr>98.5%,C〈0.03%,S〈0.02%,Ρ〈0·01%,Si〈0.35%,粒度為60-200 目;
[0066] 鉬鐵:Μ〇>55·0%,S〈0.10%,Ρ〈0·08%,C〈0.20%,粒度為 100-150 目;
[0067] 天然金紅石:Ti02>92 %,S〈0.03 %,P〈0.03 %,粒度為40-160目,經(jīng)烘焙溫度為800 °C,烘焙時(shí)間為1小時(shí)的烘焙處理;
[0068] 鎳粉:Ni和Co的總量>99.5%,C〈0.05%,S〈0.01%,粒度為60-160 目;
[0069] 海泰粉:CaC03>80%,CaF2>60%,S〈0.03%,P〈0.03%,粒度為40-160 目;
[0070] 重稀土硅鐵合金:RE2〇3:30-35 %,Ca: 6-10 %,F(xiàn)e: 14-18 %,Si : 40-45 %,粒度為40-160 目;
[0071 ]氟化稀土: RE0>83 %,Ce02/RE0>45 %,F(xiàn)>26 %,粒度為 100-200 目。
[0072] 各個(gè)實(shí)施例制造的超低氫合金電焊條進(jìn)行焊接形成的焊縫各項(xiàng)金屬力學(xué)性能如 下表,其中保證值為金屬焊縫的最低標(biāo)準(zhǔn)。
[0073]
[0074] 通過(guò)上面對(duì)焊縫的各項(xiàng)力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,使用本發(fā)明的超低氫合金電焊 條及其制造方法的超低氫合金電焊條加工焊縫,大大提高了焊縫的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、夏 比V型缺口沖擊吸收功、伸長(zhǎng)率等各項(xiàng)性能。
[0075]本發(fā)明的超低氫合金電焊條應(yīng)用氧化物冶金技術(shù)提升60-90kgf/cm3級(jí)高強(qiáng)鋼焊 縫金屬韌性?xún)?chǔ)備。由于焊縫金屬是一種在非平衡熱力學(xué)條件下形成的鑄態(tài)組織,具有較明 顯的凝固組織特征,易于生成粗大的先共析鐵素體而難以獲得晶粒細(xì)小的細(xì)晶鐵素體組 織。利用焊接熔池中細(xì)小氧化夾雜物在非平衡凝固條件下形核成針狀鐵素體,通過(guò)強(qiáng)化針 狀鐵素體形核以抑制先共析鐵素體的形核,使焊縫中針狀鐵素體的比例大幅度提高以此獲 得強(qiáng)韌化焊縫金屬,是目前國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)鋼焊縫設(shè)計(jì)的一大趨勢(shì)。通過(guò)焊接材料熔渣成分的 優(yōu)化設(shè)計(jì),使該類(lèi)高強(qiáng)鋼焊縫金屬的低溫韌性在滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外船舶建造規(guī)范規(guī)定的-40°C不 低于47J指標(biāo)基礎(chǔ)上,達(dá)到100J以上的高韌性?xún)?chǔ)備水平,可極大地提高這類(lèi)鋼焊縫金屬在嚴(yán) 酷自然條件下的抗裂性能及疲勞性能。
[0076]以上描述僅為本申請(qǐng)的較佳實(shí)施例以及對(duì)所運(yùn)用技術(shù)原理的說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解,本申請(qǐng)中所涉及的發(fā)明范圍,并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù) 方案,同時(shí)也應(yīng)涵蓋在不脫離所述發(fā)明構(gòu)思的情況下,由上述技術(shù)特征或其等同特征進(jìn)行 任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請(qǐng)中公開(kāi)的(但不限于)具有類(lèi)似功 能的技術(shù)特征進(jìn)行互相替換而形成的技術(shù)方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超低氫合金電焊條,包括焊芯和藥皮,其特征在于,以重量份數(shù)計(jì),所述藥皮包 含以下組分: 大理石:35-45份,瑩石:10-20份,電解錳:2-10份,霧化硅鐵:4-15份,鈦鐵:4-10份,金 屬絡(luò):0.5_2.5份,鉬鐵:0.5_5份,天然金紅石:5_15份,銀粉:2_10份,海泰粉:2_10份,重稀 土硅鐵合金:0.2-5份,氟化稀土: 0.2-2份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低氫合金焊條,其特征在于,所述藥皮中各組分的質(zhì)量成分 含量、顆粒度以及相關(guān)處理要求為: 所述大理石:CaC03>96 %,S〈0 · 03 %,P〈0 · 03 %,粒度為40-180 目; 所述螢石:CaF2>96 %,S〈0 · 03 %,P〈0 · 02 %,粒度為40-180 目; 所述電解錳:Mn>99 · 7 %,C〈0 · 04 %,S〈0 · 05 %,P〈0 · 010 %,粒度為40-160 目; 所述霧化硅鐵:Si : 42-47 %,S〈0 · 02 %,P〈0 · 04 %,粒度為40-200 目; 所述鈦鐵:Ti:25-35%,A1〈8%,S〈0.03%,P〈0.05%,Si〈4.5%,C〈0.10%,粒度為40-200 目; 所述金屬鉻:Cr>98 · 5 %,C〈0 · 03 %,S〈0 · 02 %,P〈0 · 01 %,Si〈0 · 35 %,粒度為60-200 目; 所述鉬鐵:Mo>55 · 0 %,S〈0 · 10 %,P〈0 · 08 %,C〈0 · 20 %,粒度為 100-150 目; 所述天然金紅石:Ti02>92 %,S〈0.03 %,P〈0.03 %,粒度為40-160目,經(jīng)烘焙溫度為800 °C,烘焙時(shí)間為1小時(shí)的烘焙處理; 所述鎳粉:Ni和Co的總量>99 · 5 %,C〈0 · 05 %,S〈0 · 01 %,粒度為60-160目; 所述海泰粉:CaC03>80 %,CaF2>60 %,S〈0 · 03 %,P〈0 · 03 %,粒度為40-160 目; 所述重稀土硅鐵合金:RE2O3:30-35 %,Ca: 6-10 %,F(xiàn)e: 14-18 %,Si : 40-45 %,粒度為40-160 目; 所述氟化稀土: RE0>83 %,Ce02/RE0>45 %,F(xiàn)>26 %,粒度為 100-200 目。3. -種超低氫合金電焊條的制造方法,其特征在于,其步驟為: 制作超低氫合金電焊條的藥皮,按重量份數(shù)計(jì),取以下組分: 大理石:35-45份,瑩石:10-20份,電解錳:2-10份,霧化硅鐵:4-15份,鈦鐵:4-10份,金 屬絡(luò):0.5_2.5份,鉬鐵:0.5_5份,天然金紅石:5_15份,銀粉:2_10份,海泰粉:2_10份,重稀 土硅鐵合金:0.2-5份,氟化稀土: 0.2-2份,將取得的組分進(jìn)行干混,然后加入水玻璃,繼續(xù) 攪拌,制作成藥皮; 將攪拌后的藥皮均勻涂在焊芯上,壓制焊條; 將壓制成型的焊條經(jīng)過(guò)自然干燥后送入高溫干燥爐進(jìn)行烘焙。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低氫合金電焊條的制造方法,其特征在于,所述水玻璃為3: 1鉀鈉水玻璃。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低氫合金電焊條的制造方法,其特征在于,所述烘焙溫度為 350度。
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種超低氫合金電焊條,包括焊芯和藥皮,以重量份數(shù)計(jì),超低氫合金電焊條的藥皮包含以下組分:大理石:35?45份,瑩石:10?20份,電解錳:2?10份,霧化硅鐵:4?15份,鈦鐵:4?10份,金屬鉻:0.5?2.5份,鉬鐵:0.5?5份,天然金紅石:5?15份,鎳粉:2?10份,海泰粉:2?10份,重稀土硅鐵合金:0.2?5份,氟化稀土0.2?2,本發(fā)明的超低氫合金電焊條利用焊接熔池中細(xì)小氧化夾雜物在非平衡凝固條件下形核成針狀鐵素體,使焊縫中針狀鐵素體的比例大幅度提高以此獲得強(qiáng)韌化焊縫金屬,極大地提高這類(lèi)鋼焊縫金屬在嚴(yán)酷自然條件下的抗裂性能及疲勞性能。
【IPC分類(lèi)】B23K35/365, B23K35/40
【公開(kāi)號(hào)】CN105710563
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610247074
【發(fā)明人】崔俊
【申請(qǐng)人】南通豪泰焊材有限公司