一种奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条及制备方法，属于特种合金焊材领域，所述焊条包括合金焊芯和附着在合金焊芯外表面的药皮，本发明专利技术公开了合金焊芯、药皮的化学组分以及制备方法。本发明专利技术的焊条能够有效地焊接高锰、高碳的高强度轻质钢，特别是用于450Mpa级高强度奥氏体轻质钢材的重要施工场合，能够得到强度与韧性与本体钢材相适配的焊接头和焊缝，达到重点工程的施工的高质量要求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条及制备方法


[0001]本专利技术属于特种合金焊材领域，涉及到海洋环境下专用高强度奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的不断发展，能耗过高及环境非标排放等一系列问题日益严重。其解决方案，一方面是采用清洁能源代替现有燃料动力，另一方面是通过交通运载装备减重从而减负降耗限定污染指数。因此，交通运载装备减重量和增强度并举的创新方法历来是本领域一个节能环保的重要研究思路。Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C系合金钢通过加入轻量化元素Al（一般5%以上）以降低材料质量密度，同时加入适量Mn、C等奥氏体稳定化元素，会促进轻质、高强、增加塑韧性等多项高性能指标。此类轻质钢的专利技术思路，被广泛应用在现有
另外，作为运载装备的此类轻质钢，焊接是其工程施工中的主要连接方式，借助焊条的电弧焊又是常用的焊接方法。但目前现有技术中，与高强度奥氏体轻质钢配套适用而又性能优异的氢型焊条却极为少见。
[0003]对比现有专利文献发现，中国专利技术专利CN201910008172.6公开了“一种用于超低温高锰钢手工电弧焊接的低氢型焊条”, 是与本专利技术
接近的一个文献。其原料组份以重量份数比计包括：C:0.30~0.75 %，Mn:20~26 %，Cr:3.0~5.5 %，Ni:6.5~8.5，P:≤0.001 %，S:≤0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。其焊缝成型良好，但是在面临450Mpa级高强度焊奥氏体轻质钢为施工工件时，焊缝强度明显低于施工质量要求，无法实现此级高强度焊奥氏体轻质钢材料焊接连接质量要求。
[0004]中国专利技术专利CN202010456712.X公开了“一种超低温高锰钢的电弧焊焊条及制备方法”，是另一个与本专利技术
接近的一个文献。其焊芯原料以重量份数计包括：C:0.30~0.75 %，Mn:19~25 %，Cr:3.0~5.5 %，Ni:3.5~5.5，Mo:3.5~5.5 %，W:2.5~4.0 %，P:≤0.010 %，S:≤0.006%，余量为Fe和不可避免的杂质。其形成的焊缝金属具有超低温高韧性的特点，强度可以与高强度的奥氏体轻质钢相匹配。但是无法解决如下问题：因高强度轻质钢中Al含量较高时，所焊接时基体材料中Al会借助短暂的高温形成扩散到焊缝中会形成过量的Al2O3夹杂，如果不采用其他有效措施就可能导致焊缝力学性能指标降低、超标，甚至会造成工程施工的重大隐患。
[0005]综上所述，现有技术中的焊条产品和相关专利文献中所涉及到的技术指标，要么焊缝强度级别与450MPa级奥氏体轻质钢本体材料不匹配，要么无法解决上述轻质钢Al含量较高的状态下可能导致的焊缝中Al2O3夹杂较多、力学性能严重降低带来的隐患。为此，探索一种与450MPa级高强度奥氏体轻质钢相适配的专用低氢型焊条，已经成为市场的刚需。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是提供一种与奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条及其制造工艺，解决450MPa级高强度奥氏体轻质钢材高效、高质焊接工程的需求和克服现有技术的缺陷和隐
患。
[0007]本专利技术为一种奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条，结构中包括合金焊芯和附着在焊芯外表面的药皮，关键在于合金焊芯的化学组份按质量百分比计算包括：C:0.40～0.55%，Mn:20～28%，Si:0.8～1.2%，Cr:2.0～5.0%，Ni:1.0～3.0%，Mo:0.5～3.5%，P≤0.005%，S≤0.003%，其余为铁和不可避免的杂质。为保证焊缝过渡层的质量，对配套药皮的化学组份特殊进行了改进设计：按质量百份比包括：大理石粉40～48%，萤石粉20～25%，钛白粉4.0～6.0%，镁铝合金粉2.0～7.0%，钾长石粉2.0～4.0%，稀土硅铁粉1.0～4.0%，镍粉0.5～4.5%，锆英砂2.0～3.5%，低碳铬铁粉0.2～4.0%，钼0.4～1.0%，钛铁1.0～2.0%，电解锰2.0～6.0%，碳酸钾1.0～3.0%，纯碱0.5～1.0%，云母1.5～2.0%，海藻酸钠1.0～2.0%，余量为Fe粉。
[0008]以上所述的奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条，关键还在于合金焊芯、药皮是借助于以下所改进的工艺步骤形成低氢型焊条，改进后的关键工序步骤中包括：（1）热轧盘条：配比所述合金焊芯的原料，将原料热轧成直径φ7.5mm的盘条，其热轧工艺参数是：加热温度1200
±
20℃，保温1h，轧制高线出口温度为1050
±
30℃，吐丝温度≥970℃，轧制盘条入水冷却，入水温度≥950℃；（2）退火拉拔：将（1）所获得的φ7.5mm盘条，经退火后拉拔，具体工序包括粗拉、固溶、表面清理、精拉，最后制成直径为φ3.2mm的合金焊芯；所述固溶处理是加热至1050
‑
1100℃，保温1h，随后水冷至室温；（3）压涂药皮：先按药皮化学组分配料混合，加入粘结剂搅匀，加压涂敷到合金焊芯表面，最后借助烘干定位，制成低氢型焊条。
[0009]本专利技术过程中通过大量的实验、改进，在实验工程中取得了大量的数据，结合具体的工程适用实践，总结出工件焊接施工中工艺参数如下：焊接时工件层间温度控制为≤80℃，焊接电流90～110A，电弧电压为26～28V，焊接速度为10～12cm/min，焊接热量输入值为15～18kJ/cm。
[0010]本专利技术所述的奥氏体轻质钢用低氢型焊条及其制备方法，是通过对大量试验数据统计、分细后确定的。包括焊条中化学成份质量百分比区间值、及其应用施工中的具体规范条件和实际达到的技术效果，可以参看以下说明。
[0011]（1）本专利技术中的焊条能够有效地焊接高锰、高碳的高强度轻质钢，特别是用于450Mpa级高强度奥氏体轻质钢材的重要施工场合，能够得到强度与韧性与本体钢材相适配的焊接头和焊缝，达到重点工程的施工的高质量要求。
[0012]（2）锰是奥氏体稳定元素在室温下仍能够保持全奥氏体组织，本专利技术中的焊条所形成的焊缝金属中的锰含量与轻质钢的锰含量相当，不会产生锰元素的浓度梯度。
[0013]（3）本专利技术中采用Si、Mn进行随机联动的脱氧机制，有效的避免了母体中过量的Al元素被氧化为Al2O3形成夹杂，从而约束了焊缝的技术指标严重下降。合适的Si还能保证本专利技术所述的合金焊芯和配套焊药在线使用时形成的熔融态具有良好的流动性，能保持固态下焊缝具有良好的形态特征和低温韧性的技术指标。
[0014]（4）本专利技术的焊条化学成分中含有适量的Mo元素，在规定的焊接工艺下进行焊接时，具有优异的抗热裂纹敏感性。
[0015]（5）本专利技术实施焊接工艺性优异：飞溅较小、脱渣性优良、焊缝成形美观。
[0016]下面结合具体的实施例进一步说明本专利技术目的是如何实现的。
具体实施方式
[0017]首先，对本专利技术给出的创新技术手段、包括原理和机制做出进一步说明，实施例列表中涉及到本专利技术技术创新的核心节点，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条，结构中包括合金焊芯和附着在合金焊芯外表面的药皮，其特征在于：所述合金焊芯的化学组分按质量百分比计算包括：C:0.40～0.55%，Mn:20～28%，Si:0.8～1.2%，Cr:2.0～5.0%，Ni:1.0～3.0%，Mo:0.5～3.0%，P≤0.005%，S≤0.003%，其余为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条，其特征在于：所述药皮的化学组份按质量百份比包括：大理石粉40～48%，萤石粉20～25%，钛白粉4.0～6.0%，镁铝合金粉2.0～7.0%，钾长石粉2.0～4.0%，稀土硅铁粉1.0～4.0%，镍粉0.5～4.5%，锆英砂2.0～3.5%，低碳铬铁粉0.2～4.0%，钼0.4～1.0%，钛铁1.0～2.0%，电解锰2.0～6.0%，碳酸钾1.0～3.0%，纯碱0.5～1.0%，云母1.5～2.0%，海藻酸钠1.0～2.0%，余量为Fe粉。3.根据权利要求2所述的奥氏体轻质钢适用的低氢型焊条，其特征在于：所述合金焊芯、药皮是借助...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青峰，刘日平，张新宇，金强，杨证，耿路路，彭嘉婧，张春祥，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：