900MPa级高强高韧性低氢焊条及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种900MPa级高强高韧性低氢焊条及其制备方法，由焊芯和包裹在焊芯外层的药皮组成，该药皮包括碳酸盐38～45质量份、氟化物18～24质量份、钛白粉3～6质量份、石英3～6质量份、钛铁6～8、硅铁1.3～2.0质量份、镍粉8～12质量份、钼铁1.6～2.4质量份、金属铬0.3～0.8质量份、电解锰3～5质量份、纯碱0.6～1.0质量份、硼铁0.05～0.15质量份。本发明专利技术所述的焊条涂压性好，表面光滑致密，成品率高，无偏心。焊接时焊接电弧稳定，飞溅少，焊纹细密，焊道与坡口两侧润湿良好，渣壳可自动脱落。全位置焊接性能优良，焊缝成型美观。

【技术实现步骤摘要】
900MPa级高强高韧性低氢焊条及其制备方法
本专利技术属于焊接材料
，特别涉及一种900MPa级高强高韧性低氢焊条及其制备方法。
技术介绍
目前海洋工程领域广泛使用690MPa级高强钢，国内多家焊材厂商也已开发出配套焊材。为了进一步降低平台的重量，国内正在开发790MPa级的海洋工程用高强钢(0.2％屈服强度≥790MPa，抗拉强度880～1020MPa，延伸率≥14％，-60℃冲击功≥69J)。为配合该钢种的应用，避免出现国产钢材使用进口焊材的被动局面，需要同步开展其配套焊材的国产化研制。目前欧洲法液空焊接集团可提供0.2％屈服强度高于790MPa的高韧性焊条，但价格高，采购周期长，不能满足生产的迫切需要。专利号为2016107787303的专利技术专利公开了一种水电用790MPa级高强高韧性焊条及其制备方法，但是目前国内仍没有焊态0.2％屈服强度大于790MPa，并且在-60℃冲击功高于69J的焊条，该款焊条的开发对于促进我国海洋工程制造业的快速发展具有非常重要的意义。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种900MPa级高强高韧性低氢焊条及其制备方法，满足790MPa级海工钢的焊接要求，适用于焊接抗拉强度880MPa级的低合金钢结构。本专利技术采用的技术方案是：一种900MPa级高强高韧性低氢焊条，由焊芯和包裹在焊芯外层的药皮组成，该药皮包括碳酸盐38～45质量份、氟化物18～24质量份、钛白粉3～6质量份、石英3～6质量份、钛铁6～8、硅铁1.3～2.0质量份、镍粉8～12质量份、钼铁1.6～2.4质量份、金属铬0.3～0.8质量份、电解锰3～5质量份、纯碱0.6～1.0质量份、硼铁0.05～0.15质量份。进一步优化，焊芯为H08HR低合金钢焊芯，焊芯原线直径偏差±0.4mm，盘条椭圆度≤0.5mm。进一步优化，焊芯所含各元素的质量百分数为C0.04％～0.07％、Si0.15％～0.23％、Mn0.40％～0.70％、P≤0.01％、S≤0.01％、As≤0.005％、Sn≤0.005％，Sb≤0.005％、O≤0.01％、N≤0.01％、余量为Fe及不可避免杂质。进一步优化，药皮组成成分中，碳酸盐中CaCO3≥96％、S≤0.02％、P≤0.02％，颗粒度要求为-40目100％；氟化物中CaF2≥96％、SiO2≤2.0％、C≤0.1％、S≤0.02％、P≤0.02％，颗粒度要求为-40目100％；钛白粉中TiO2≥96％、S≤0.02％、P≤0.02％，粒度要求为-40目100％；石英SiO2≥96％、S≤0.02％、P≤0.02％，粒度要求为-60目100％；钛铁中Ti25.0～35.0％、C≤0.2％、Si≤4.5％、Al≤8.0％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为-40目100％；硅铁中Si42～47％、C≤0.50％、S≤0.020％、P≤0.020％，颗粒度要求为-40目100％；钼铁中Mo55.0～60.0％、Si≤1.0％、C≤0.20％、S≤0.020％、P≤0.080％，颗粒度要求为-100目100％；金属铬中Cr≥99.0％、C≤0.08％、S≤0.05％、P≤0.010％,颗粒度要求为-40目100％；镍粉中Ni≥99.5％、C≤0.06％、S≤0.003％、P≤0.003％，颗粒度要求为-120目100％；电解锰中Mn≥99.5％、C≤0.08％、S≤0.05％、P≤0.010％,颗粒度要求为-60目100％；纯碱中Na2CO3≥99％、NaCl≤0.7％，颗粒度要求为-60目100％；硼铁中B19.0～24.0％、S≤0.03％、P≤0.05％。进一步优化，药皮组成成分中，碳酸盐45质量份、氟化物18质量份、钛白粉3质量份、石英6质量份、钛铁8、硅铁1.3质量份、镍粉12质量份、钼铁2.0质量份、金属铬0.6质量份、电解锰3.0质量份、纯碱1.0质量份、硼铁0.05质量份。进一步优化，药皮组成成分中，碳酸盐42质量份、氟化物22质量份、钛白粉4质量份、石英4质量份、钛铁7、硅铁2.0质量份、镍粉10质量份、钼铁1.6质量份、金属铬0.8质量份、电解锰4.1质量份、纯碱0.8质量份、硼铁0.15质量份。进一步优化，药皮组成成分中，碳酸盐38质量份、氟化物24质量份、钛白粉6质量份、石英3质量份、钛铁6、硅铁1.4质量份、镍粉8质量份、钼铁2.4质量份、金属铬0.3质量份、电解锰5质量份、纯碱0.6质量份、硼铁0.1质量份。本专利技术还提供一种900MPa级高强高韧性低氢焊条的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将药皮组分按比例混合均匀；步骤2、加入占固体组分质量含量20～23％的20℃条件下的钾钠比例为1:1的水玻璃，波美密度为41～43Be，进行湿混；步骤3、采用H08HR焊芯在油压式焊条生产设备上进行焊条制备；步骤4、焊条先进行80～150℃烘焙2～3小时，后经400～450℃高温烘干1.5～2小时。本专利技术焊条中药皮配方的设计原理如下：本专利技术焊条采用CaO-CaF2-SiO2-TiO2高碱度低氢渣系，通过合理设计药皮各组分比例可以在获得良好工艺性的同时，熔敷金属扩散氢含量保持在较低水平。熔敷金属采用Si-Mn-Cr-Ni-Mo合金系统，并通过Ti、B进行微合金化调整，获得了良好的强韧性匹配，并具有一定的抗裂性。碳酸盐：焊条中使用碳酸盐，在电弧热的作用下分解成CaO和CO2是焊条制造中及常用的造渣造气材料，提高熔渣碱度，稳定电弧增大熔渣与金属界面张力和表面张力，改善脱渣，并有较好的脱硫去氢能力。氟化物：调整熔渣的熔点和粘度，增加溶渣的流动性，改善熔渣的物理性能对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中扩散氢的主要材料，但因氟的存在，过高会造成电弧不稳定，并产生有毒气体。石英：主要作为造渣剂加入，保护熔池、调节熔渣熔点、改善焊缝成型，作为酸性氧化物不宜加入过多。硅铁：硅铁既是脱氧剂也是造渣剂，还可以保证焊缝强度。硅铁含量过低，不能起到作为造渣剂或脱氧剂的效果，硅铁含量过高，熔渣变为玻璃状而导致焊缝容易夹渣和焊道形状的劣化。镍粉：镍除了能促进针状铁素体形成外，还有利于减少冲击值的波动，降低焊缝金属的低温脆性转变温度，但随着镍含量的增加，焊缝产生热裂纹的倾向又会增大，因此焊缝中含有一定量的镍，且必须控制在合适范围。钼铁：采用铁合金的形式，过渡稳定，波动小，能够有效的提高强度。加入的量必须严格控制，钼元素虽然对强度贡献极大，甚至远远大于碳、锰等元素，但对冲击韧性的恶化也是非常明显的，故钼铁的加入量一般控制在保证熔敷金属钼含量0.6％以下。当钼含量和铬含量的总和超过1.20％时，焊缝金属的强度过度增加并且韧性劣化。此外还会导致出现冷裂纹。电解锰：锰在提高焊缝金属强度的同时还改善韧性并具有是良好的脱氧和脱硫效果。试验发现当锰达到一定值后，再提高锰含量对强度贡献不大反而恶化韧性。纯碱和钛白粉的加入是为了保证生产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种900MPa级高强高韧性低氢焊条，由焊芯和包裹在焊芯外层的药皮组成，其特征在于，该药皮包括碳酸盐38～45质量份、氟化物18～24质量份、钛白粉3～6质量份、石英3～6质量份、钛铁6～8、硅铁1.3～2.0质量份、镍粉8～12质量份、钼铁1.6～2.4质量份、金属铬0.3～0.8质量份、电解锰3～5质量份、纯碱0.6～1.0质量份、硼铁0.05～0.15质量份。/n

【技术特征摘要】
1.一种900MPa级高强高韧性低氢焊条，由焊芯和包裹在焊芯外层的药皮组成，其特征在于，该药皮包括碳酸盐38～45质量份、氟化物18～24质量份、钛白粉3～6质量份、石英3～6质量份、钛铁6～8、硅铁1.3～2.0质量份、镍粉8～12质量份、钼铁1.6～2.4质量份、金属铬0.3～0.8质量份、电解锰3～5质量份、纯碱0.6～1.0质量份、硼铁0.05～0.15质量份。


2.根据权利要求1所述900MPa级高强高韧性低氢焊条，其特征在于：所述焊芯为H08HR低合金钢焊芯。


3.根据权利要求2所述900MPa级高强高韧性低氢焊条，其特征在于：所述焊芯原线直径偏差±0.4mm，盘条椭圆度≤0.5mm。


4.根据权利要求2所述900MPa级高强高韧性低氢焊条，其特征在于：所述焊芯所含各元素的质量百分数为C0.04％～0.07％、Si0.15％～0.23％、Mn0.40％～0.70％、P≤0.01％、S≤0.01％、As≤0.005％、Sn≤0.005％，Sb≤0.005％、O≤0.01％、N≤0.01％、余量为Fe及不可避免杂质。


5.根据权利要求1-4任意一项所述900MPa级高强高韧性低氢焊条，其特征在于：所述药皮组成成分中，碳酸盐中CaCO3≥96％、S≤0.02％、P≤0.02％，颗粒度要求为-40目100％；氟化物中CaF2≥96％、SiO2≤2.0％、C≤0.1％、S≤0.02％、P≤0.02％，颗粒度要求为-40目100％；钛白粉中TiO2≥96％、S≤0.02％、P≤0.02％，粒度要求为-40目100％；石英SiO2≥96％、S≤0.02％、P≤0.02％，粒度要求为-60目100％；钛铁中Ti25.0～35.0％、C≤0.2％、Si≤4.5％、Al≤8.0％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为-40目100％；硅铁中Si42～47％、C≤0.50％、S≤0.020％、P≤0.020％，颗粒度要求为-40目100％；钼铁中Mo55.0～60.0％、Si≤1.0％、C≤0.20％、S≤0.020％、P≤0.080％，颗粒度要求为-100目100...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学利，张秀海，高蕊，李兆峰，王富铭，
申请(专利权)人：一重集团大连核电石化有限公司，中国第一重型机械股份公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21