抗氢钢用烧结焊剂及其制备方法、以及熔敷金属技术

本发明专利技术涉及焊接材料技术领域，公开了抗氢钢用烧结焊剂及其制备方法、以及熔敷金属，抗氢钢用烧结焊剂的各组分按重量百分比计，包括菱镁矿25~38%、白刚玉21~30%、硅灰石1.5~3.0%、熔炼焊剂熔渣6.0~9.8%、碱性氟化物33.4~40%、稀土0.05~0.2%；同时公开了焊剂的制备方法以及熔敷金属。本发明专利技术的焊剂通过控制原材料中S、P有害元素的来源和熔敷金属中Mn、Ni含量，设计合理的熔渣渣系和熔敷金属化学成分，研发出一种氧化性较低的焊剂，容易焊接抗氢钢母材，焊接时电弧保护良好，有效隔绝空气中[O]、[N]、[H]，并通过特殊的熔渣设计有效脱硫、脱氢、脱氧，得到与抗氢钢相匹配的优质焊缝。

【技术实现步骤摘要】
抗氢钢用烧结焊剂及其制备方法、以及熔敷金属
本专利技术属于焊接材料
，具体地说，涉及抗氢钢用烧结焊剂及其制备方法、以及熔敷金属。
技术介绍
石化化工工业中大量使用压力容器，这些压力容器普遍存在硫化氢腐蚀问题。在生产中，因湿的硫化氢腐蚀而导致压力容器失效的原因有氢致开裂（HIC）和硫化氢应力腐蚀开裂（SSC）。Q235/345R(HIC)抗氢钢是目前石化压力容器常用的一种钢材。Q235/345R(HIC)抗氢钢及其配套的焊接材料在控制含Mn量的同时，还需严格控制钢材的S、P含量(P≤0.015，S≤0.004)，焊缝的S、P的控制量为S≤0.010％，P≤0.020％，且必须具有超低的扩散氢含量、良好的抗氢致开裂（HIC）以及抗硫化氢应力腐蚀开裂（SSC）。这一新钢种（抗氢钢）现已被广泛地使用在压力容器制造上。与抗氢钢配套的抗氢钢焊材作为石化压力容器及管道行业的一大需求焊材，此类产品需求量大，抗氢钢焊材年需求量在500吨以上，且国内品牌少，同类焊材产品的水平参差不齐。研究发现，抗氢钢金相组织中狭长的晶粒容易发生穿晶断裂，体积小的晶粒会降低氢原子的传播，从而抑制硫化氢腐蚀的发生。一些晶粒的结构缺陷容易增加氢致开裂的敏感性。故晶粒结构对氢致开裂的影响是从根源上解决硫化氢对钢材的腐蚀问题。抗氢钢材料中的合金元素的种类和含量不同，使得材料对硫化氢腐蚀的敏感性差异较大。相关研究发现S、P，以及较多的Mn、Ni等将对抗氢钢焊缝组织不利，因硬度和强度取决于化学成分和晶体结构，钢的强度越高，对氢脆的敏感性越高。S在钢中主要以FeS和MnS的形式存在，其中FeS的危害最大。焊缝凝固时硫偏析以低熔点共晶的形式分布在晶界内，成为焊缝金属中最薄弱的部分。在焊接应力的作用下，易沿这一方向开裂，即热裂纹。其次，随着S含量增高，焊缝金属的抗拉、屈服、冲击吸收能量及抗裂性均呈下降趋势。H在焊接过程中的危害主要表现为氢致气孔、氢白点、氢脆及冷裂纹，都将导致焊后氢致开裂的可能。而焊缝中O的存在，对硫化氢腐蚀有很大的影响。研究表明，氧可以加快硫化氢对金属的腐蚀速率，若介质中有氧的存在，硫化氢对金属的腐蚀速率会急剧增加，且很快产生点蚀。作为石化化工行业中被广泛使用的抗氢钢材料，大多工作于腐蚀性较大的介质环境中，因而与抗氢钢配套的焊材也必须与母材具有相匹配的特点。
技术实现思路
因此，本专利技术的第一目的在于，提供一种抗氢钢用烧结焊剂，该焊剂通过控制原材料中S、P的来源和Mn、Ni的含量，设计合理的熔渣渣系，研发出一种氧化性较低的焊剂，容易焊接抗氢钢母材，焊接时电弧保护良好，有效隔绝空气中[O]、[N]、[H]，并通过特殊的熔渣设计有效脱硫、脱氢、脱氧，得到与抗氢钢相匹配的优质焊缝。该焊剂配合专用焊丝焊接母材进行合金过渡，能够解决抗氢钢研发技术中的难点，既能使焊后的焊缝金属具有与所用Q235/345R(HIC)本体相近的强度，熔敷金属具有低S、低P、超低氢、高韧性、良好的抗腐蚀性、低裂纹敏感性等优良性能。本专利技术的第二目的在于，提供一种抗氢钢用烧结焊剂的制备方法。本专利技术的第三目的在于，提供了一种熔敷金属。具体内容如下：第一，本专利技术提供了一种抗氢钢用烧结焊剂，各组分按重量百分比计，包括菱镁矿25~38%、白刚玉21~30%、硅灰石1.5~3%、熔炼焊剂熔渣6~9.8%、碱性氟化物33.4~40%、稀土0.05~0.2%。在本专利技术的焊剂中，（菱镁矿25~38%）本专利技术所采用的菱镁矿经特定方法提纯后，使其具有超低的S、P。菱镁矿作为造渣剂，对熔渣和焊缝成形非常重要。但因熔点较高，焊接时熔渣粘度急剧增大、熔渣由长渣变短渣、熔渣熔化温度和凝固温度提高，抑制渣的流动性而使得焊缝成形变差，摊开性不好，焊道中央凸起，熔渣变硬，脱渣困难，故菱镁矿必须与含有酸性氧化物（白刚玉）一同加入，能够有效地控制熔渣流动性。本专利技术将菱镁矿的加入量控制在25~38%。（白刚玉21~30%）白刚玉是两性氧化物，其主要成分为三氧化二铝(Al2O3)含量在99%以上，杂质含量少，有利于抗氢钢用焊剂超低S、P的要求。白刚玉在本专利技术焊剂渣系中呈酸性，具有增大熔渣表面张力的作用，是熔渣粘度的调整剂，可以有效改善因加入菱镁矿而导致的摊开不佳、焊道中央凸起、脱渣困难等问题。经研究发现，增加一定量的白刚玉能够减少压坑以及产生压坑的倾向，但过高的白刚玉含量会使焊缝弧度更尖且不平滑，易产生气孔和麻点，渣壳变硬，含量过低又使焊缝表面凹凸不平，出现压坑及咬边等缺陷，影响焊缝成形。因此将白刚玉的添加量控制在21~30%。（硅灰石1.5~3.0%）硅灰石是钙的硅酸盐，其微观晶粒通常呈针状或纤维状白色粉末，其中CaO约占48.3%，SiO2约占51.7%，尚含一定量的Fe、Na、Mg、Al等，因硅灰石具有特殊的晶粒形状，焊剂中各组分以硅灰石为媒介，紧密的结合在一起，能够有效的提高颗粒强度，减少产品在搬运和使用时颗粒的粉化率，从而避免因细粉增多，气体逸出受阻做造成的气孔、压坑等问题。本专利技术中硅灰石加入量控制在1.5~3.0%。（熔炼焊剂熔渣6~9.8%）熔炼焊剂熔渣为熔炼焊剂焊接后回收的焊渣。熔炼焊剂在生产时熔炉的温度高至1250~1350℃，使得原料成熔融状，原料能够在接近熔池的温度下充分反应，生产的熔炼焊剂通常为玻璃状。因其特殊的熔融方式，焊接后形成的熔渣，仍保持其原有的玻璃状。在本专利技术的烧结焊剂中加入熔炼焊剂熔渣，能够使熔池的反应更加充分，焊缝表面光泽度良好，焊缝宽度增加，且焊丝的熔化量也相应增加，从而提高焊接效率。由于熔炼焊剂焊接后熔渣内仍含有大量MnO、SiO2和少量CaF2存在。因此，本专利技术将低锰高硅熔炼焊剂熔渣的添加量控制于6~9.8%。在焊接时，发生如下反应：Mn+Fe=FeO+Mn，SiO2+2Fe=2FeO+Si，CaF2+H2O=CaO+2HF↑,可以为焊缝金属过渡合金，补充焊丝中合金的不足以及避免焊接时合金出现烧损。同时，还原的Mn、Si在熔池中起到脱氧、脱硫的作用，能够有效地减少焊缝中S、O的含量。（碱性氟化物33.4~40%）碱性氟化物是降低焊缝扩散氢的主要材料，可增加焊剂的碱性，提高焊缝的韧性，有效降低熔渣高温粘度，改善熔渣流动性；碱性氟化物容易电离，电离产生的F-，可提高电弧导电性，降低电弧气氛中氢的分压和熔敷金属中氧的含量，有利于提高焊缝金属的低温冲击韧性。本专利技术将碱性氟化物的添加量控制于33.4~40%，能起到稳定电弧的作用，添加量超过40%则会导致电弧不稳。（稀土0.05~0.2%）稀土作为活性剂，对焊缝金属有较好的净化作用，能改善焊缝组织和细化晶粒，改变夹杂物的形态、大小和分布，具有脱氧、脱氢、脱硫的作用，能降低焊缝金属中的有害元素含量，提高焊缝金属低温冲击韧性。本专利技术将稀土的添加量控制在0.05~0.2%。第二，本专利技术提供了一种抗氢钢用烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：S1将烧结焊剂的各组分混合均匀，再加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗氢钢用烧结焊剂，其特征在于，各组分按重量百分比计，包括菱镁矿25~38%、白刚玉21~30%、硅灰石1.5~3%、熔炼焊剂熔渣6~9.8%、碱性氟化物33.4~40%、稀土0.05~0.2%。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗氢钢用烧结焊剂，其特征在于，各组分按重量百分比计，包括菱镁矿25~38%、白刚玉21~30%、硅灰石1.5~3%、熔炼焊剂熔渣6~9.8%、碱性氟化物33.4~40%、稀土0.05~0.2%。


2.根据权利要求1所述的抗氢钢用烧结焊剂，其特征在于，各组分按重量百分比计，包括菱镁矿25.7%、白刚玉30%、硅灰石3%、熔炼焊剂熔渣7.8%、碱性氟化物33.4%、稀土0.1%。


3.根据权利要求1所述的抗氢钢用烧结焊剂，其特征在于，各组分按重量百分比计，包括菱镁矿34%、白刚玉22%、硅灰石2.6%、熔炼焊剂熔渣7.3%、碱性氟化物34%、稀土0.1%。


4.根据权利要求1所述的抗氢钢用烧结焊剂，其特征在于，各组分按重量百分比计，包括菱镁矿27%、白刚玉25%、硅灰石2%、熔炼焊剂熔渣9.80%、碱性氟化物36%、稀土0.2%。


5.根据权利要求1所述的抗氢钢用烧结焊剂，其特征在于，各组分按重量百分比计，包括菱镁矿28.5%、白刚玉23%、硅灰石1.8%、熔炼焊剂熔渣8.65%、碱性氟化物38%、稀土0.05%。


6.根据权利要求1所述的抗氢钢用烧结焊剂，其特征在于，各组分按重量百分比计，包括菱镁矿25%、白刚玉27%、硅灰石...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦性竹，
申请(专利权)人：四川西冶新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51