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