具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝及其制备方法技术

具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，该无缝药芯焊丝由低碳钢带外皮和药芯粉组成，用于LPG船和液化石油储罐中低温钢的焊接，按质量百分比计，药芯粉由以下组分混合而成：金红石30‑40%、氟化钠0.5‑1%、锰硅合金10‑16%、锆英砂1‑2%、稀土硅铁5‑9%、镍粉10‑12%、镁粉3‑5%、硼铁0.3‑0.6%、钛粉1‑5%、钛酸钾2‑4%、镁砂0.5‑1%、磁铁矿1‑2%和铁粉12‑14%。本发明专利技术的无缝药芯焊丝，在低温下具有较高的冲击韧性，可适用于全位置焊接，并具有良好的焊接工艺性，同时还具有良好的耐海水腐蚀性能，以及超低扩散氢。主要用于LPG船、液化石油储罐等低温钢的焊接。

【技术实现步骤摘要】
具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝及其制备方法
本专利技术涉及焊接材料
，具体的说是一种具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝。
技术介绍
石油战略储备是一个国家能源安全体系最重要的一个环节，要保证经济安全稳定持续的运行，必须保证有足够的安全战略储备。近年来随着经济及工业的全方面发展，我国对各种能源的需求量越来越大，液化石油气（LPG）、丙烷等作为能源储备物资，其储备量也逐年增加。LPG是一个全球性产业，LPG的产地和需求地都相距遥远，其运输一般都采用液化方式，在海上基本采用LPG船进行运输。生产、储备和运输这些液化石油气的设备和构件都在低温下工作,但低温下使用的压力容器、管道和设备等的低温脆性破坏时有发生,对社会造成不良影响。因此,人们对低温下使用的材料包括焊接材料的韧性提出了更高的要求。为保证LPG使用储罐在低温、高压环境下的良好性能，储罐的纵缝焊接使用熔化极气体保护焊。近年来国内的钢厂致力于研发LPG船用碳锰低温钢板，逐渐取代进口钢板，改善了LPG船用低温碳钢大量依赖日本进口的局面，使LPG船用低温钢板日趋国产化。而在该低温钢配套焊材的使用上，目前我国主要依赖进口日本、韩国的焊材。进口焊材价格贵、供货周期长，增加建造成本。因此，发展LPG船用低温钢配套焊材国产化应用具有重要意义，降低受制于国外焊材公司的风险，满足我国战略石油储备对焊接技术与材料的迫切需求。建造LPG低温储罐常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。焊条电弧焊主要依赖手工焊、焊接效率低；埋弧自动焊适合的焊接位置较少，全位置焊接尤其是储罐的纵缝焊接受到限制。药芯焊丝作为一种气体保护焊，其自动化程度较高，焊接效率得到极大的提高，且焊接工艺性较好的药芯焊丝可适用于全位置焊接。目前市场上应用较多的药芯焊丝为有缝药芯焊丝。相对于传统的有缝药芯焊丝，无缝药芯焊丝具有：⑴超低扩散氢，有效降低焊缝金属的裂纹发生率，耐气孔性能高；⑵抗吸潮性极强，长时间储存于潮湿环境中也不需要再次烘干；⑶焊丝表面可以实施镀铜处理，焊丝耐锈性能提高；⑷外皮钢带没有间隙，送丝性能和焊丝对准性优异，电弧更加稳定。目前检索到的相关专利有：一种用于焊接低温钢的药芯焊丝及其制备方法CN104439760A，该专利技术侧重于一种制造方法，且药芯粉中包括硅灰石、萤石等多种碱性氧化物，药芯中碱性氧化物含量较高时，焊接的工艺性会变得较差。一种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝CN106041362A，该专利技术中，镍含量小于1%，镍作为一种奥氏体形成元素，在适当的范围内可提高焊接金属的低温冲击功。该专利技术的药芯焊丝配方中降低镍含量，虽然能够减少原材料成本，但焊材在低温下能够承受的冲击功降低，使用效果差。一种低温钢药芯焊丝CN104400250A，该专利技术的前期脱氧剂为铝镁合金，其产物中的氧化铝为中性氧化物，容易在焊缝中形成夹渣，不利于焊缝的低温韧性。目前，现有技术中还没有能够适用于全位置焊接、且焊接工艺性良好，并具有显著低温韧性的无缝药芯焊丝。
技术实现思路
本专利技术的技术目的为：提供具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，该焊丝在低温下具有较高的冲击韧性，可适用于全位置焊接，并具有良好的焊接工艺性，同时还具有良好的耐海水腐蚀性能，以及超低扩散氢。主要用于LPG船、液化石油储罐等低温钢的焊接。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，该无缝药芯焊丝由低碳钢带外皮和药芯粉组成，用于LPG船和液化石油储罐中低温钢的焊接，按质量百分比计，所述的药芯粉由以下组分混合而成：金红石30-40%、氟化钠0.5-1%、锰硅合金10-16%、锆英砂1-2%、稀土硅铁5-9%、镍粉10-12%、镁粉3-5%、硼铁0.3-0.6%、钛粉1-5%、钛酸钾2-4%、镁砂0.5-1%、磁铁矿1-2%和铁粉12-14%。进一步的，所述无缝药芯焊丝中药芯粉的填充率为10-20%。进一步的，所述金红石和锆英砂的颗粒粒径为80-200目。进一步的，所述锰硅合金、稀土硅铁、镍粉、镁粉、硼铁、钛粉、磁铁矿和铁粉的颗粒粒径为80-150目。进一步的，所述的锰硅合金中，锰的质量百分含量为61-66%，硅的质量百分含量大于20%。进一步的，所述的稀土硅铁为45#硅铁，且该稀土硅铁中，硅的质量百分含量为43-47%；所述的硼铁中，硼的质量百分含量为19-21%。进一步的，所述无缝药芯焊丝的直径为φ1.2mm。具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照上述质量百分比，分别取药芯粉配方中的金红石、氟化钠、锆英砂、钛酸钾和镁砂进行均匀混合，制得混合粉料，之后，向所得混合粉料中加入其质量5-19%的粘结剂，充分混匀后，置于500-800℃环境中进行保温烧结100-150min，备用；步骤二、对步骤一保温烧结后所得物料进行破碎，之后，过60目筛，制得烧结粉料，控制所得烧结粉料中所有颗粒的粒径均不超过200目，且所得烧结粉料中粒径范围在60-200目的颗粒的质量百分含量不超过30%；步骤三、按照上述质量百分比，分别取药芯粉配方中的锰硅合金、稀土硅铁、镍粉、镁粉、硼铁、钛粉、磁铁矿和铁粉，与步骤二中制得的烧结粉料进行混合，充分混匀后，制得药芯粉，备用；步骤四、取低碳钢带外皮，以10-20%的填充率向其中填充步骤三制得的药芯粉，之后，经轧辊成型和焊合，再经退火、减径和镀铜处理后，即得成品无缝药芯焊丝。进一步的，所述的粘结剂为水玻璃。进一步的，所述氟化钠、钛酸钾和镁砂的颗粒粒径为80-200目。本专利技术中所述的低温钢用无缝药芯焊丝采用钛酸型渣系，造渣的主要成分为金红石中的TiO2，酸性渣系焊接工艺性良好，可适应全位置焊接。用TiO2造渣能提高熔渣凝固温度，改善熔渣的流动性，在焊缝金属凝固过程中熔渣可以容易的浮到焊缝表面，避免形成夹渣，同时酸性渣系可保护焊缝金属不被氧化、改善焊缝成型。TiO2加入量过少，导致焊渣覆盖不全，且不利于全位置焊接工艺性；加入量过多引入太多的氧，增加焊缝氧含量，不易获得韧性较好的焊缝金属。金红石TiO2的加入量以30-40%为宜。现有有缝药芯焊丝降低熔敷金属扩散氢主要采用的技术是在药粉的组成中加入一定量的氟化物，通常以氟化钠或含氟的其他盐类加入。氟化钠与药粉中存在的水分反应，可以明显的降低扩散氢。酸性渣系去氢能力较差，药粉中氟含量加入量需要在1-3%时，可大幅度降低扩散氢含量。但含氟较多，反应中会生成大量的SiF4等气体，增加融滴的爆破，从而引起较多飞溅，降低电弧稳定性。本专利技术在制备过程中，药芯粉配方中的部分原材料经过高温约500-800℃的长时间处理，通过该处理，可除去原材料中的吸附水及结晶水，在源头上避免产生过高的氢，降低原材料引起的高的扩散氢。且焊丝采用无缝药芯焊丝制造工艺，得到的无缝药芯焊丝密闭性好，不再复吸环境中的水分，即不易再吸潮，不受环境条件影响，长期将扩散氢维持在超低水平。鉴于无缝制造工艺的该项优点，在药芯粉组分设计时，可以控制氟化钠的含量在较低水平，保持电弧稳定性的同时焊缝可获得超低扩散氢。本专利技术的药芯粉中含有10-16%锰硅合金。该含量的锰硅合金一方面可以向焊缝中过渡Si、Mn合金元素，保证焊缝的强度，另一方面锰硅合金作为脱氧剂，可夺取焊缝中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，该无缝药芯焊丝由低碳钢带外皮和药芯粉组成，用于LPG船和液化石油储罐中低温钢的焊接，其特征在于，按质量百分比计，所述的药芯粉由以下组分混合而成：金红石30‑40%、氟化钠0.5‑1%、锰硅合金10‑16%、锆英砂1‑2%、稀土硅铁5‑9%、镍粉10‑12%、镁粉3‑5%、硼铁0.3‑0.6%、钛粉1‑5%、钛酸钾2‑4%、镁砂0.5‑1%、磁铁矿1‑2%和铁粉12‑14%。

【技术特征摘要】
1.具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，该无缝药芯焊丝由低碳钢带外皮和药芯粉组成，用于LPG船和液化石油储罐中低温钢的焊接，其特征在于，按质量百分比计，所述的药芯粉由以下组分混合而成：金红石30-40%、氟化钠0.5-1%、锰硅合金10-16%、锆英砂1-2%、稀土硅铁5-9%、镍粉10-12%、镁粉3-5%、硼铁0.3-0.6%、钛粉1-5%、钛酸钾2-4%、镁砂0.5-1%、磁铁矿1-2%和铁粉12-14%。2.如权利要求1所述的具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，其特征在于：所述无缝药芯焊丝中药芯粉的填充率为10-20%。3.如权利要求1所述的具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，其特征在于：所述金红石和锆英砂的颗粒粒径为80-200目。4.如权利要求1所述的具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，其特征在于：所述锰硅合金、稀土硅铁、镍粉、镁粉、硼铁、钛粉、磁铁矿和铁粉的颗粒粒径为80-150目。5.如权利要求1所述的具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，其特征在于：所述的锰硅合金中，锰的质量百分含量为61-66%，硅的质量百分含量大于20%。6.如权利要求1所述的具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝，其特征在于：所述的稀土硅铁为45#硅铁，且该稀土硅铁中，硅的质量百分含量为43-47%；所述的硼铁中，硼的质量百分含量为19-21%。7.如权利要求1所述的具...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚彬，张文军，亢天佑，
申请(专利权)人：洛阳双瑞特种合金材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41