焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂、焊丝及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂，由以下成分制成：SiO23‑6重量份、MgO 30‑50重量份、Al2O330‑40重量份、CaF210‑20重量份、TiO23‑10重量份、0

【技术实现步骤摘要】
焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂、焊丝及制备方法
本专利技术涉及一种焊接领域，特别涉及一种用于焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂、焊丝及制备方法。
技术介绍
由于镍基材料成本、资源等问题，希望有一种材料能替代镍基材料且各项性能与镍基材料相当。为此，经过研究，采用高锰钢来替代镍基材料，由于高锰钢特殊的成分，除了具有良好的耐磨性外，还具有良好的力学性能，常常被用于采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等。如今常用的高锰钢的锰含量较低,这种钢机械加工困难，基本上都是以铸铁形式使用，在使用中受冷变形后，表层即产生显著硬化，用于耐磨性的条件下。但该类锰含量较低的高锰钢中的Mn含量偏低，普遍在13％以下，为了得到良好的机械性能，特别是良好的低温冲击韧性(-196℃)，近几年，在相关设计单位及钢厂的努力下，Mn含量在13以上的超低温高锰钢也已陆续完成开发并逐步推广应用，最近，Mn含量在20％以上的超低温高锰钢也初步完成产成品，正在试用阶段。开发的超低温高锰钢其成分、性能都到达一个良好的水平，由于此高锰钢正在试用阶段，对配套的焊接材料也是一个考验。众所周知，锰含量越高，对焊接材料的工艺、力学性能是一个较大的难度，母材及焊接材料的Mn含量越高，其焊接过程中冶金反应的程度将更加明显，对焊接工艺性能要求较高，经过近年的发展，为了提高钢的蠕变强度、持久强度和组织的稳定性，在钢中加入了少量的铬、镍、钼、铜等元素，但如何保障在焊接后，焊接接头在超低温、高压等各种腐蚀介质条件下具有与母材同样地性能，是对焊接材料的考验，在现有的焊接材料中，虽然公开了一些埋弧焊剂，如CN107206549A(埋弧焊用焊剂)，但其公开的焊剂用于焊接本专利技术的高猛钢(如锰碳比20)，焊接后焊缝内部有气孔、夹渣和裂纹，焊缝金属低温冲击韧性(-196℃)低于90J，不能适用于窄间隙的焊接，接接头抗拉强度低，焊缝不规整。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就在于提供一种超低温高锰钢埋弧焊用的埋弧焊焊剂和焊丝，该埋弧焊焊剂和焊丝组合专门用于-196℃超低温需求高锰钢的埋弧焊接。技术方案是：一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂，由以下成分制成：SiO23-6重量份、MgO30-50重量份、Al2O330-40重量份、CaF210-20重量份、TiO23-10重量份、0<Fe2O3≤3.0重量份、0<S≤0.020重量份和0<P≤0.015重量份。作为优选，所述SiO23-6重量份、MgO30-40重量份、Al2O330-40重量份、CaF215-18重量份、TiO23-6重量份、Fe2O32-3重量份、S0.014-0.015重量份、P0.010-0.015重量份。作为优选，所述SiO26重量份，MgO30重量份，Al2O340重量份，CaF215重量份，TiO23重量份，Fe2O33重量份，S0.015重量份，P0.010重量份。本专利技术的目的之二在于提供一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝。技术方案是：一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝，由以下成分制成：碳0.1-0.6％、硅0.1-0.5％、锰13-30％、铬3-6％、镍5-15％、钼1-5％、铜0.1-1.0％、氮0.1-0.3％、铝≤0.20％、硫0.005-0.01％、磷0.005-0.01％，和余量为铁及必不可少的杂质。作为优选，所述碳0.30％、硅0.4％、锰25％、铬3％、镍9％、钼4％、铜0.5％、氮0.15％、铝0.10％、硫0.005％、磷0.007％，和余量为铁及必不可少的杂质。本专利技术的目的之三在于提供一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂的制备方法。技术方案是：一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将上述的焊剂各组分按先SiO2--Al2O3--CaF2--MgO--TiO2顺序置于混合器内，搅拌混合均匀后，加入粘结剂在混合器内进行第一次粗造粒；步骤二、转移到调粉设备中进行第二次细造粒，后经100℃预烘干、200℃低温烘培和800℃高温烧结，筛分。作为优选，所述粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或钾钠水玻璃，高温烧结采用气加热，在温度达到805℃时气加热停止，在温度降到795℃时自动加热，高温烧结产生的预热将用于预烘培及低温烘培，节约能源。本专利技术的目的之四在于提供一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝的制备方法。技术方案是：一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝的制备方法，包括以下步骤：装料，进行真空感应炉冶炼，精锻锻造开坯并轧制成材，再退火处理并进行粗拉和精拉工序，拉拔到所需要求后进行镀铜工序，合格后进行卷绕并包装。作为优选，所述原料为低S、P精钢材、金属Cr、金属Mn合金料，优选精炼期温度控制1600～1650℃，真空度≤1Pa,保持时间大于40分钟(包括搅拌时间)。优选开锻温度≥1000℃，优选终锻温度≥900℃。优选轧制高线出口温度按1000-1050℃控制，吐丝温度按≥950℃控制，随时监控退火温度(700-800℃)，拉拔采用钠系伸线粉，其线径偏差±0.05mm，椭圆度≤0.03mm；焊丝铜膜厚度控制在0.2-0.6μm。本专利技术的目的之五在于提供一种超低温高锰钢的焊接方法。技术方案是：一种超低温高锰钢的焊接方法，该方法采用上述的焊剂和焊丝，所述高锰钢锰碳比大于13，该焊接方法进行-196℃超低温冲击韧性。本专利技术中：MgO是一种强碱性物质，也是一种优良的造渣材料，它对焊缝形状的控制非常重要。对于碱性渣系，MgO能提高焊缝金属冲击韧性，降低扩散氢。Al2O3是两性氧化物，Al2O3具有增大熔渣表面张力的作用，是熔渣粘度的调整剂，本次专利技术中，由于Mn含量较高，焊接过程和熔池冶金剧烈，为了保证焊缝表面的光洁性及流动性，量控制在适宜范围内。SiO2是一种酸性物质，能降低焊剂碱度，由于焊剂中高碱度物质比重较大，增加熔池流动性，调整渣的凝固点、表面张力及熔渣高温粘度，对焊缝成形的控制非常重要。在本次专利技术中，结合高锰钢的特点，为了得到良好的工艺和机械性能，我们采用少量的SiO2含量。CaF2能降低熔渣的粘度和熔点，在高温焊接条件下与焊缝金属的H含量结合为HF，降低焊缝金属H含量，提高焊缝金属的机械性能。CaF2也能与SiO2配比，提高焊剂的抗气孔能力。本专利技术根据MgO等材料的比例，控制CaF2在适宜的范围内。TiO2是酸性氧化物，能改善渣的物理性能，把长渣变为短渣，使熔渣随温度的变化快，使焊缝成型良好，改善脱渣性，在本专利技术中，Ti以微小颗粒氧化物(TiO)的形式弥散分布焊缝中，可促进焊缝金属细化晶粒，提高超低温冲击韧性。焊丝采用真空感应炉冶炼，全熔后升温沸腾脱氧氮保持20分钟，真空度≤1Pa，锻造采用变频锻造。此外，为了满足和使焊缝的脱渣性、脱氧性、焊缝表面成形和良好的机械性能等要求，我们采用Si、Ca、Mn联合脱氧并渗[Mn]的脱氧剂，而且锰的加入可以提高强度和韧性，也是一种很好的脱硫剂，Ca的加入对脱硫、磷也有很好的作用。另外，为了得到良好的超低温冲击韧性，通过Ti来细化晶粒，与钢中的合金元素发生作用，可改善组织和提高韧性。焊剂中各成份合理匹配，对焊接组织和焊缝的机械性能起到了良好的作用。有益效果：1.本专利技术专利技术人通过合理采用各元素含量的比例，在焊接不同锰含量的超低温高锰钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂，由以下成分制成：SiO2 3‑6重量份、MgO 30‑50重量份、Al2O3 30‑40重量份、CaF2 10‑20重量份、TiO2 3‑10重量份、0

【技术特征摘要】
1.一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂，由以下成分制成：SiO23-6重量份、MgO30-50重量份、Al2O330-40重量份、CaF210-20重量份、TiO23-10重量份、0<Fe2O3≤3.0重量份、0<S≤0.020重量份和0<P≤0.015重量份。2.根据权利要求1所述的焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂，其特征在于：所述SiO23-6重量份、MgO30-40重量份、Al2O330-40重量份、CaF215-18重量份、TiO23-6重量份、Fe2O32-3重量份、S0.014-0.015重量份、P0.010-0.015重量份。3.根据权利要求2所述的焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂，其特征在于：所述SiO26重量份，MgO30重量份，Al2O340重量份，CaF215重量份，TiO23重量份，Fe2O33重量份，S0.015重量份，P0.010重量份。4.一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝，由以下成分制成：碳0.1-0.6％、硅0.1-0.5％、锰13-30％、铬3-6％、镍5-15％、钼1-5％、铜0.1-1.0％、氮0.1-0.3％、铝≤0.20％、硫0.005-0.01％、磷0.005-0.01％，和余量为铁及必不可少的杂质。5.根据权利要求4所述的焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝，其特征在于：所述碳0.30％、硅0.4％、锰25％、铬3％、镍9％、钼4％、铜0.5％、氮0.15％、铝0.10％、硫0.005％、磷0.007％，和余量为铁及必不可少的杂质。6.一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将权利要求1-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛兴贵，杨飞，蒋勇，张晓柏，明廷泽，范银东，彭祺珉，贾兴旺，廖芬，
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