一种用于高强钢焊接的焊条及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于高强钢焊接的焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮由如下重量百分比的组分组成：CaCO3：34～48％，CaF2：13～23％，TiO2：4～9％，SiO2：4～8％，Mn：2～7％，Si-Fe：4～10％，Ni：2～7％，Mo-Fe：0.5～2.5％，C：0.1～0.8％，Na2CO3：0.5～2％，CMC：0.5～2％，稀土金属或其氧化物：1～2％，余量为铁粉及不可避免的杂质。该发明专利技术采用CaO-CaF2-TiO2-SiO2型碱性渣系，有利于合金元素过渡和去除O、N、S、P等有害杂质，焊条焊接工艺性能及力学性能良好，满足460MPa级高强钢焊接的要求，熔敷金属屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥600MPa，熔敷金属夏比冲击KV2(-40℃)≥100J，且焊条熔敷金属扩散氢的含量达到了超低氢的水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接材料
，具体设及一种用于高强钢焊接的焊条及其制备方 法和应用，可应用于海洋平台结构钢材的配套材料焊接。
技术介绍
目前，在海洋结构中为了降低海洋平台重量和制造成本，必须最大限度的减少钢 材使用和优化结构设计，因此，采用钢材的强度级别将会越来越高，材料厚度也不断增加， 屈服强度超过460MPa的EQ47、EQ56、EQ70等钢种使用比例超过40%。 然而，高强度、大厚度材料的使用则对焊接技术提出了更大的挑战，要求选用的焊 接材料不但具有良好焊接操作工艺性能，同时在大厚度、高强度的拘束度条件下，具有良好 的抗裂性能、良好的强初综合性能、良好的耐腐蚀性能和良好的抗疲劳裂纹扩展能力。 经过多年研制工作，我国已经开发出EQ46高强度海洋平台用钢并开始批量供货， 完全可W替代同级别进口钢材。但是，在运种高强度海洋平台用钢的配套焊接材料方面进 度缓慢，国内未能及时配套研制焊接材料，大多依赖进口焊材，导致制造成本增加和建造周 期较长。因此，尽快开发出满足海洋工程建造用的高端焊接材料具有重要意义。
技术实现思路
为了解决上述技术中存在的问题，本专利技术提供了一种用于460MPa级高强钢焊接 的焊条，该焊条的烙敷金属化学成分、烙敷金属力学性能和扩散氨含量均能能满足460MPa 级高强钢的焊接要求。 本专利技术提供了一种用于高强钢焊接的焊条，包括焊忍和药皮，所述药皮由如下重 量百分比的组分组成：CaC〇3:：M~48%，CaF2:13 ~23%，Ti〇2:4 ~9%，Si〇2:4~8%， Μη:2 ~7%，Si-化：4 ~10%，Ni:2 ~7%，M〇-化：0. 5 ~2. 5%，C:0. 1 ~0.8%，胞2〇)3: 0. 5~2%，CMC:0. 5~2 %，稀±金属或其氧化物：1~2 %，余量为铁粉及不可避免的杂质。 作为优选地，上述药皮由如下重量百分比的组分组成：CaC化:48%，CaF2:23%， Ti〇2:4%，Si〇2:6%，Μη:2%，Si-Fe:4%，Ni:2%，Mo-Fe:0. 5%，C:0. 1%，化2〔03:1. 5%， CMC:0. 5%，稀±金属氧化物：2%，余量为铁粉及不可避免的杂质。 作为优选地，上述药皮由如下重量百分比的组分组成：CaC化:45%，CaF2:18%， Ti〇2:5%，Si〇2:7%，Μη:3%，Si-Fe:4%，Ni:5%，Mo-Fe:2.5%，C :0.5%，胞2〇)3:0. 5%， CMC :2%，稀±金属氧化物：1.5%，余量为铁粉及不可避免的杂质。 作为优选地，上述药皮中CaC〇3与CaF2的重量比为1. 5~2. 5。 作为优选地，上述焊忍采用册8T碳钢钢忍，其化学成分占焊忍重量百分比为 C:0. 071%，Si:0.ll%，Mn:0. 42%，S:0. 004%，P:0. 005%，其余为铁。 本专利技术的运种用于高强钢焊接的焊条可用于海洋平台用460MPa级高强钢的焊 接。 本专利技术中，CaC〇3的作用是造气、造渣，同时还能去除S、P;CaC〇3比例较高时，由于 CaC〇3分解出的CO2气体可增加电弧吹力，改善了电弧稳定性，有利于烙滴过渡，焊条端部马 蹄状不明显，焊条具有良好的立焊操作性。但化C〇3含量高于48%时，烙渣的流动性变差， 焊道窄而粗糖，焊缝凸度增加，成型不美观；CaC〇3含量低于34%时，分解出的C〇2气体较少， 对烙滴保护不充分，焊缝金属容易卷入气体，使焊缝中&和N2增加，易产生裂纹等缺陷，同 时分解产物CaO较少，导致脱硫、脱憐不充分，易形成结晶裂纹，同时焊缝金属冲击初性急 剧下降。综上所述，药皮中加入34%~48%的CaC〇3。CaFz主要作用是造渣，同时去除焊缝中出]，需要控制CaF2的加入量。CaF2含量高 于23%时，易导致药皮烙点降低，套筒变短，电弧吹力减小，稳定性变差，烙渣板结，不利于 脱渣，CaFz为反电离物质，而且氣与电子亲和力很大，极易夺取电弧中的电子，使得电弧中 电子数量减少，电弧稳定性变差，同时，立焊时焊条端部容易产生马蹄形，使立焊操作困难； CaFz含量低于13%时，去氨作用减弱，焊缝中出]含量增加，造成氨脆，使焊缝金属塑性下 降、形成白点、产生冷裂纹等，因此，将CaFz含量控制在13%~23%。 碱性焊条的焊接工艺性能主要取决于化OVCaFz的比例，为使焊条具有良好的工 艺性能，控制CaC〇3/C￡iF2的比例为1. 5~2. 5。 Ti〇2的作用是使烙渣具有适当的烙点和粘度，使焊缝金属与烙渣之间具有较大的 线膨胀系数之差，从而改善脱渣性；还可使烙渣凝固速度加快，形成短渣，有利于全位置焊 接；此外，金红石灯i〇2)还具有良好的稳弧性，可明显降低飞瓣。Ti〇2含量低于4%时，Ti〇2 的热脱渣性作用不明显。Ti〇2含量高于9%时，焊缝易裂，机械性能严重下降，因此，TiO2含 量控制在4~9%范围为宜。 药皮中加入适量Si〇2,电弧燃烧时Si〇2和化C03分解的CaO结合可生成偏娃酸巧， 在烙渣凝固过程中，α偏娃酸巧转化为β偏娃酸巧，由于二者膨胀系数不同，渣质松脆，使 脱渣性大大提高，特别有利于坡口内脱渣。但Si〇2含量超过8%时，会使烙渣粘度过大，阻 碍烙渣与液态金属间的传质作用，影响冶金反应充分进行，阻碍烙池内气体逸出，易产生气 孔，同时，飞瓣较大，爆炸声显著。而Si〇2含量低于4%时，烙渣粘度又过小，又会使烙渣覆 盖不均匀，失去应有的保护作用，粘度过小还直接影响焊条的全位置施焊性。 药皮中加入娃铁主要是作脱氧剂，娃铁的加入可使焊缝成型美观，波纹细致； Si-Fe含量为4~10%，当药皮中Si-Fe含量低于4%时，脱氧不充分，焊缝中氧含量增加， 焊缝金属冲击初性和延伸率均降低，当药皮中Si-Fe含量高于10%时，焊缝金属强度剧增， 初性下降，同时焊缝金属石墨化严重，氧化生成Si化使渣的粘度增加，气体不易逸出。 而Μη是过渡合金，参与脱S反应，W及通过固溶强化，增加针状铁素体含量，提高 焊缝金属强度和初性的作用。Μη含量高于7%时，焊缝金属延展性、初性变差；Μη含量低于 2%时，针状铁素体极少，形成粗大铁素体晶粒，不能组织裂纹传播，达不到强化效果；Mo-Fe的作用是提高焊缝金属强度，在一定范围内可调高低溫冲击初性。当Mo-Fe 含量大于2. 5%时，对冲击初性极为不利，Mo-Fe含量低于0. 5%时，强化效果不明显。Ni是焊缝金属中重要的合金元素，能提高焊缝金属的低溫初性，降低初脆转变溫 度，Ni本身还具有良好的耐腐蚀性能。而当Ni含量低于3%时，对提高铁素体基体初性作 用不大，不能获得良好的低溫初性，Ni含量高于6%时，易产生应力腐蚀裂纹，为了获得优 良的低溫初性，药皮中加入了 3%~6%Ni。 药皮中加入NazCOs、CMC可有效改善焊条的压涂性能。 药皮中加入稀±元素的作用是净化焊缝，减少焊缝中非金属夹杂物，同时增强药 皮还原性，提高合金元素的过渡系数，然而，稀±元素价格昂贵，加入量较少，因此，将其加 入量控制在1~2%。 另外，本专利技术还提供了一种制备上述焊条的方法，包括如下步骤： 1)按照所述量称取药皮的各组分混合均匀；2)将步骤1)所得的混合组分采用K:化为2:1的水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高强钢焊接的焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于：所述药皮由如下重量百分比的组分组成：CaCO3：34～48％，CaF2：13～23％，TiO2：4～9％，SiO2：4～8％，Mn：2～7％，Si‑Fe：4～10％，Ni：2～7％，Mo‑Fe：0.5～2.5％，C：0.1～0.8％，Na2CO3：0.5～2％，CMC：0.5～2％，稀土金属或其氧化物：1～2％，余量为铁粉及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄会强，张亚平，刘玉双，杨恒闯，田海成，李磊，韩海峰，张伟，李振，
申请(专利权)人：武汉铁锚焊接材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42