本发明专利技术公开了一种用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂及其制备方法，该焊剂含有以下组成成分：CaF2 33～36重量份；MgO 31～35重量份；Al2O3 16～20重量份；SiO2 6～8重量份；CaO 1～4重量份；金属Ni粉1～2重量份；纳米级Ti粉2～3重量份和纳米级Ca粉1～3重量份。与现有的相比，本发明专利技术焊缝金属具有高强度的同时还具有优良的低温冲击韧性和低裂纹敏感性。
High strength steel submerged arc welding flux for tensile strength 900~1000MPa and preparation method thereof
The invention discloses a high-strength steel submerged arc welding flux used for tensile strength 900 to 1000MPa, and a preparation method thereof. The welding flux comprises the following components: CaF;
【技术实现步骤摘要】
用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂及其制备方法
本专利技术涉及焊接材料领域，尤其涉及一种用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂、其制备方法及焊接方法。
技术介绍
随着科技技术的飞速发展，低合金高强钢在建筑、水电站、车辆、起重机、压力容器、石油化工等重要工程中的应用也越来越广泛。考虑到能源和工程实用性，高等级高强钢很受人们青睐。但相应的埋弧焊接材料缺乏，限制着高等级高强钢的应用。对于高等级高强钢，现有的焊接材料由于强度、韧性和塑性偏低，焊接过程中易出现裂纹和热影响区性能的变化，降低构件的使用性能，已经不能满足高等级高强钢的力学性能和焊接稳定性要求。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就在于提供一种用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂，使用该焊剂配合专用焊丝焊接抗拉强度900～1000MPa高强钢，纳米级Ti和Ca粉起到了氧化物冶金作用，诱导晶内铁素体在焊接过程中生成的TiO、Ti2O3、TiN和CaO、CaS等非金属夹杂物上形核和抑制晶粒尺寸长大。焊缝金属具有高强度的同时还具有优良的低温冲击韧性和低裂纹敏感性。技术方案是：一种用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂，该焊剂含有以下组成成分：CaF233～36重量份MgO31～35重量份Al2O316～20重量份SiO26～8重量份CaO1～4重量份金属镍粉1～2重量份纳米级Ti粉2～3重量份和纳米级Ca粉1～3重量份。作为优选，所述纳米级Ti粉粒度100～300nm，纳米级Ca粉粒度200～400nm。作为优选，所述CaF2：MgO：Al2O3：SiO2：CaO：Ni：Ti：Ca重量比为33：32：20：7：3：1：2：2。作为优选，所述CaF2：MgO：Al2O3：SiO2：CaO：Ni：Ti：Ca重量比为36：31：18：8：2：1：2.5：1.5。作为优选，所述CaF2：MgO：Al2O3：SiO2：CaO：Ni：Ti：Ca重量比为35：35：16：6：1：1.5：3：2.5。本专利技术的目的之二在于提供一种用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂的制备方法。技术方案是：一种用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将权利要求1-5任一所述焊剂的成分粉料置于容器内、搅拌混合均匀后，加入粉料总重量20.0～23.0％的粘结剂混合造粒；步骤二、经100～200℃×1.0～2.0h低温烘培，再经650～800℃×0.5～1.5h高温烧结，筛分。作为优选，所述粘结剂为模数2.8M的钠水玻璃，所述低温烘培为150℃x1.0h，所述高温烧结温度为750℃x1.0h。本专利技术的目的之三在于提供一种配合用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂使用的专用焊丝。技术方案是：一种配合上述的用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂使用的专用焊丝，该焊丝化学成分为：C0.085％、Mn1.86％、Si0.14％、Cr0.42％、Ni3.28％、Mo0.49％、V0.007％、Cu0.14％、S0.004％、P0.008％，余量为Fe及微量杂质。本专利技术的目的之四在于提供一种抗拉强度900～1000MPa高强钢的焊接方法。技术方案是：一种抗拉强度900～1000MPa高强钢的焊接方法，该方法采用上述的焊剂和焊丝。作为优选，该焊接方法焊接极性为DCEP，焊接电流为550～600A，焊接电压为30～32，速度为38～40cm/min，道间温度为170～190℃。专利技术原理：我们在研究中发现，焊剂中常规尺寸的粉末，会形成氧化物夹杂，影响焊接接头的力学性能。但在焊剂中加入纳米级粉末，可起到氧化物冶金的作用，有利于晶内针状铁素体在非金属夹杂物上形核和抑制晶粒尺寸长大。晶内针状铁素体一方面能使钢的晶粒细小化，另一方面晶内铁素体板条之间为大角度晶界，板条内的微裂纹扩展时需要消耗较高的能量。因此，通过焊接过程中氧化物冶金，焊缝金属具有高强度、高韧性和低裂纹敏感性。本专利技术在焊剂中加入纳米级粉末，焊接过程中起到氧化物冶金的作用，有利于晶内针状铁素体的形核和抑制晶粒尺寸的长大。焊缝金属具有高强度的同时还具有优良的低温冲击韧性和低裂纹敏感性。本专利技术焊剂中：纳米级Ti粉是本专利技术的技术关键，起到了氧化物冶金的作用，诱导晶内铁素体在焊接过程中生成的TiO、Ti2O3和TiN等非金属夹杂物上形核和抑制晶粒尺寸长大。CaF2是焊剂中不可缺少的成分，它能有效降低熔渣高温粘度，改善熔渣流动性，改善焊缝成形，提高焊缝金属力学性能。CaF2熔点较低，在高温作用下产生氟气，能和H原子结合生成H2F排出熔池，降低了熔池的H含量，有利于提高焊缝金属的低温冲击韧性，降低H气孔产生的概率。若焊剂中加入量过高则电弧稳定性变差，影响焊缝成形。MgO是一种造渣剂，属于碱性氧化物，对焊缝形状的控制非常重要。MgO熔点高，有利于熔渣从熔池中浮出，同时可起到降低焊缝金属中S和P含量，提高焊缝力学性能的作用。加入适量的MgO，会使熔渣的脆性增大而对脱渣有利；但MgO容易吸潮，当加入量过多时，容易在焊道表面出现麻点等缺陷。Al2O3属于高熔点物质，具有增大熔渣表面张力的作用，是熔渣粘度的调整剂，随着A12O3含量逐渐增加时，焊缝表面较光亮平滑，纹理较细，但当其含量过高时，会使熔渣粘度增加，使流动性变差，易造成咬边和夹渣等缺陷。SiO2在焊剂中主要作用一种造渣，具有调整渣的凝固点、表面张力及熔渣高温粘度。当其含量适量时，焊接过程中脱渣性能较好，但当加入量过量时，将造成熔渣的氧化性增强，焊缝中合金元素烧损。CaO通常以硅灰石的形式加入，其具有线膨胀系数小，结晶相变温度低的特点。它可以增加熔渣的表面张力和熔渣与金属的界面张力，使脱渣性能提高，焊接工艺性能得到改善。金属Ni粉不仅能促进针状铁素体形成，还能降低焊缝金属的低温脆性转变温度，使焊缝金属在较低的温度下具有良好的冲击韧性，满足高强钢高韧性的要求。纳米级Ca粉也是本专利技术的技术关键，Ca除了脱氧也起到了氧化物冶金的作用，晶内铁素体在焊接过程中生成的CaO和CaS等非金属夹杂物上形核和抑制晶粒尺寸长大。有益效果：本专利技术焊剂中加入纳米级的粉末，起到了氧化物冶金的作用，诱导晶内铁素体在非金属夹杂物上形核和抑制晶粒尺寸长大。使用该焊剂配合专用焊丝焊接抗拉强度900～1000MPa高强钢，焊接工艺性能良好，焊缝金属具有高强度、高韧性和低裂纹敏感性。本专利技术焊剂配合专用焊丝焊接抗拉强度900～1000MPa高强钢时，焊剂中纳米级的Ti粉起到了氧化物冶金的作用，诱导晶内铁素体在焊接过程中生成的TiO、Ti2O3和TiN等非金属夹杂物上形核和抑制晶粒尺寸长大。通过焊剂成分和焊接工艺参数的调整，焊接工艺性能良好，电弧燃烧稳定，焊缝无气孔、夹渣和咬边现象，焊缝边缘与母材过渡平滑；在常温熔敷金属抗拉强度在900～1000MPa、屈服强度≥800Mpa、断后伸长率≥13％、-40℃冲击功达到70J以上。本专利技术的焊剂配合专用焊丝焊接抗拉强度900～1000MPa高强钢，焊缝金属具有高强度的同时还具有优良的低温冲击韧性和低裂纹敏感性。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术中，高强钢指抗拉强本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂，该焊剂含有以下组成成分：
【技术特征摘要】
1.一种用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂，该焊剂含有以下组成成分：2.根据权利要求1所述的用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂，其特征在于：所述纳米级Ti粉粒度100～300nm，纳米级Ca粉粒度200～400nm。3.根据权利要求1或2任一所述的用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂，其特征在于：所述CaF2：MgO：Al2O3：SiO2：CaO：Ni：Ti：Ca重量比为33：32：20：7：3：1：2：2。4.根据权利要求1或2任一所述的用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂，其特征在于：所述CaF2：MgO：Al2O3：SiO2：CaO：Ni：Ti：Ca重量比为36：31：18：8：2：1：2.5：1.5。5.根据权利要求1或2任一所述的用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂，其特征在于：所述CaF2：MgO：Al2O3：SiO2：CaO：Ni：Ti：Ca重量比为35：35：16：6：1：1.5：3：2.5。6.一种权利要求1-5任一所述的用于抗拉强度900～1000MPa高强钢埋弧焊焊剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将权利要求1-5任一所述焊剂的成...
【专利技术属性】
技术研发人员：李亚军，杨飞，李欣雨，蒋勇，彭祺珉，毛兴贵，
申请(专利权)人：四川大西洋焊接材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51
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