一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝制造技术

本发明专利技术公开一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝，由外皮和药芯粉组成，外皮采用低碳钢带制成，所述药芯粉按照质量百分比由以下原料组成：大理石8‑12%、萤石4‑8%、金属镍25‑30%、金属铬2‑4%、钼铁7‑9%、电解锰12‑16%、硅铁1‑3%、钛铁3‑5%、硼铁2‑4%、钛酸钾2‑3%、氟化钾1‑3%、氟化钠1‑3%，余量为铁粉。本发明专利技术提供的屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝抗吸潮性极强，与氟碱型烧结焊剂SR‑SJ613配合工艺性能优良，扩散氢极低（≤4mL/100g），‑40℃夏比冲击功达到100J以上，可以应用于海洋工程领域屈服强度690MPa级钢板的焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接材料
，具体涉及一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝。
技术介绍
随着陆上油气资源的迅速锐减，海洋油气资源逐步从近海到远洋和深海拓展。与此同时，用于油气开采的海洋工程装备也逐步向大型化、高参数化、轻量化方向发展。屈服强度为690MPa级的钢板由于具有较高的强度和良好的低温韧性，在海洋工程装备领域得到了广泛应用。海洋工程装备的服役环境一般比较恶劣，因此对相应的屈服强度690MPa级的钢板配套的焊材要求较高。不仅要求这些焊接材料具有与母材相匹配的强度、优良的低温韧性，还要求具有良好的抗冷裂纹敏感性。冷裂纹一般为延迟裂纹，因此危害较大。屈服强度690MPa级的焊接材料冷裂纹的敏感性一般较大，主要是因为以下三个方面的因素：（1）合金元素Ni、Cr、Mo等含量较高，淬硬倾向大；（2）海工程结构钢板厚度较厚，焊接拘束应力大；（3）海洋工程装备建造环境一般比较潮湿，容易在接头形成较高的扩散氢含量。前两个因素工程上很难进行控制，只能从降低扩散氢方面着手，减小焊接接头冷裂纹的敏感性。焊接接头的扩散氢主要来源于焊接材料，因此必须加强对焊接材料扩散氢的控制。烧结焊接由于制备方便、工艺性好、综合成本低，广泛应用海洋工程装备制造中低合金高强钢的埋弧自动焊焊接，但烧结焊剂由于其特殊的结构特点，极易吸潮，大大增加了焊接接头冷裂纹的敏感性。目前，国内低合高强钢所用埋弧焊丝主要为实心焊丝，也有少部分用有缝药芯焊丝。实心焊丝由于其结构，决定了其不能通过在焊丝中添加去氢的物质（如氟化物、碳酸盐以及高价氧化物等）来降低焊缝金属的扩散氢。有缝药芯焊丝虽然可通过在药芯中添加去氢的物质来降低扩散氢，但其易吸潮，最终很难降低焊缝金属的扩散氢。而无缝埋弧药芯焊丝可以在药芯中加入去氢的物质，来降低扩散氢，且不吸潮，因此具有较低的扩散氢。另外无缝埋弧药芯焊丝与实心焊丝相比工艺性较好、成分调整方便、力学性能相当、成本相对较低，因此受到了极大的关注。目前还没有与可用于屈服强度690MPa级的钢焊接的无缝埋弧药芯焊丝相关的专利和文献。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝，该药芯焊丝抗吸潮性极强，与氟碱型烧结焊剂SR-SJ613配合工艺性能优良，扩散氢极低（≤4mL/100g），-40℃夏比冲击功达到100J以上，可以应用于海洋工程领域屈服强度690MPa级钢板的焊接。本专利技术所采用的技术方案是：一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝，由外皮和药芯粉组成，外皮采用低碳钢带制成，所述药芯粉按照质量百分比由以下原料组成：大理石8-12%、萤石4-8%、金属镍25-30%、金属铬2-4%、钼铁 7-9%、电解锰12-16%、硅铁1-3%、钛铁3-5%、硼铁2-4%、钛酸钾2-3%、氟化钾1-3%、氟化钠1-3%，余量为铁粉。作为本专利技术一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝的进一步优化，所述药芯焊丝中药芯粉的填充率为10-15%。作为本专利技术一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝的进一步优化，所述低碳钢带按照重量百分数由以下成分组成：C 0.032%、Si 0.018%、Mn 0.24%、S 0.005%、P 0.01，余量为Fe。与现有技术相比，本专利技术至少具有下述优点及有益效果：（1）本专利技术的无缝埋弧药芯焊丝抗吸潮性极强，与氟碱型烧结焊剂SR-SJ613配合，工艺性能优良，扩散氢极低（≤4mL/100g，气相色谱法），-40℃夏比冲击功达到100J以上，可以应用于海洋工程领域屈服强度690MPa级钢板的焊接。（2）本专利技术的焊丝采用无缝的形式，与有药芯焊丝相比药粉不吸潮，有利降低焊缝金属的扩散氢。（3）本专利技术的药芯粉中含有一定的大理石，焊接时大理石分解可以增加熔池中的含氧量和电弧气氛的氧化性，从而降低熔池中氢的平衡浓度，降低焊缝金属的扩散氢。（4）本专利技术的药芯粉中含有一定的萤石、氟化钠和氟化钾，这些氟化物与焊剂中的SiO2相互作用，可以有效降低焊缝金属的扩散氢，这是实心焊丝无法实现的。（5）本专利技术的药芯焊丝采用Si-Mn-Ti联合脱氧，脱氧充分，有利于减少焊缝金属中夹杂物的含量，有利于提高焊缝金属的低温韧性。（6）本专利技术焊丝的药芯粉中加入一定量的Ni，可以提高焊缝金属的低温韧性。另外通过Ti、B微合金化，可以进一步提高焊缝金属的低温韧性。具体实施方式为使本专利技术的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细描述。一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝，由外皮和药芯粉组成，外皮采用低碳钢带制成，所述药芯焊丝中药芯粉的填充率为10-15%，药芯粉按照质量百分比由以下原料组成：大理石8-12%、萤石4-8%、金属镍25-30%、金属铬2-4%、钼铁 7-9%、电解锰12-16%、硅铁1-3%、钛铁3-5%、硼铁2-4%、钛酸钾2-3%、氟化钾1-3%、氟化钠1-3%，余量为铁粉。本专利技术所述无缝埋弧药芯焊丝药芯的设计依据如下：大理石的主要作用是在焊接时分解出CO2，可以增加熔池中的含氧量和气相的氧化性，降低熔池中氢的平衡浓度，从而降低焊缝金属的扩散氢。同时大理石能提高熔渣的碱度，提高熔敷金属的低温韧性。大理石的加入量不能过高，否则容易出现压坑、成型不良等缺陷；大理石的含量不能过低，过低其降低扩散氢和提高熔敷金属低温韧性的作用有限。大理石的加入量应控制在8-12%。萤石的主要作用是降低焊缝金属的扩散氢。萤石的含量不能过高，否则会造成电弧不稳，恶化工艺性能；萤石含量不能过低，过低对降低扩散氢的作用有限。萤石的加入量应控制在4-8%。金属镍的主要作用是过渡镍。镍是提高低温韧性的重要元素，具有细化晶粒、减少偏析、促进针状铁素体形成的作用，从而可提高焊缝金属的低温韧性。金属镍的含量应控制在25-30%。钼铁主要作用是过渡钼。适量的钼在保证焊缝金属具有适合强度的同时，保持较高的低温韧性。钼铁的加入量应控制在7-9%。金属铬的主要作用是过渡铬。铬是一种重要的析出沉淀强化元素，可以有效提高焊缝金属的强度，但过高会恶化低温韧性。金属铬的加入量应控制在2-4%。金属锰的主要作用是脱氧和提高焊缝金属的强度和韧性。锰含量过低，焊缝金属强度过低，低温韧性较差；锰含量过高导致焊缝金属强度过高，塑性、低温韧性下降。金属锰的加入量应控制在12-16%。钛铁主要作用是脱氧。钛铁的加入量过低，导致脱氧不足；加入量过大，会导致焊缝金属强度升高、韧性下降。钛铁的加入量应控制在3-5%。硼铁主要是和钛铁配合，起到Ti-B联合韧化的作用。加入微量的Ti、B，可以细化晶粒，提高焊缝金属的低温韧性。硼铁的加入量应控制在1-3%。氟化钾主要作用是降低焊缝金属的扩散氢，加入量应控制在1-3%。氟化钠主要作用是降低焊缝金属的扩散氢，加入量应控制在1-3%。钛酸钾主要作用是稳定电弧，加入量应控制在2-3%。本专利技术所述无缝埋弧药芯焊丝的制备工艺如下：（1）在线同步添加药芯粉；（2）拉拔；（3）焊合；（4）退火；（5）减径；（6）镀铜；（7）绕盘、包装。本专利技术中所述的无缝埋弧药芯焊丝，最终产品焊丝的直径为3.2 mm、4.0mm和5.0 mm，药芯粉的填充率为10-15%。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝，由外皮和药芯粉组成，外皮采用低碳钢带制成，其特征在于，所述药芯粉按照质量百分比由以下原料组成：大理石8‑12%、萤石4‑8%、金属镍25‑30%、金属铬2‑4%、钼铁 7‑9%、电解锰12‑16%、硅铁1‑3%、钛铁3‑5%、硼铁2‑4%、钛酸钾2‑3%、氟化钾1‑3%、氟化钠1‑3%，余量为铁粉。

【技术特征摘要】
1.一种屈服强度690MPa级钢用超低氢无缝埋弧药芯焊丝，由外皮和药芯粉组成，外皮采用低碳钢带制成，其特征在于，所述药芯粉按照质量百分比由以下原料组成：大理石8-12%、萤石4-8%、金属镍25-30%、金属铬2-4%、钼铁 7-9%、电解锰12-16%、硅铁1-3%、钛铁3-5%、硼铁2-4%、钛酸钾2-3%、氟化钾1-3%、氟化钠1-3%，余量为铁粉。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔红雨，亢天佑，聂建航，王青云，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41