本发明专利技术公开了一种用于大热输入埋弧焊的高强韧药芯焊丝材料，药芯焊丝的药芯粉由99金红石、45硅铁、金属锰、55钼铁、99氧化物稀土铈、25钛铁、铁粉混合而成，并用H08A钢带可拉拔成直径不同的高强度高韧性新型药芯焊丝材料。本发明专利技术所说的高强度高韧性新型药芯焊丝材料，用Ce在焊接冶金过程中与氧、硫反应，易形成直径为0.4μm~0.8μm的超细Ce氧硫化物质点（CexOxSx），如CeO·CeS、CeO·MnO·(Mn、Cu)S，弥散、均匀分布于焊缝金属中。Ce氧硫化物质点钉轧、拖曳高温奥氏体晶界的迁移，阻碍奥氏体晶粒长大。同时Ce氧硫化物质在奥氏体晶内诱导铁素体形核，细化焊缝金属晶粒。高强度高韧性药芯焊丝材料可以用于热输入量为60~150KJ/cm中厚板高强度低合金钢的多丝埋弧自动焊。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种焊丝材料，具体为一种用于大热输入埋弧焊的高强韧药芯焊丝材料，它具有高强度、高韧性的特点。
技术介绍
高层建筑、大跨度桥梁、大型船舶、超长输油管线等机械工程结构的制造向大型化、巨型化方向发展成为一个重要趋势。为了满足机械工程结构向大型化、巨型化方向发展的需求，我国已成功地开发出了大热输入(热输入量为60 150KJ/cm)焊接中厚板高强度低合金钢(High Strength Low Alloy Steel，简称HSLA)。大巨型工程结构制造过程中，广泛采用效率高、节能、易实现自动化的双丝、三丝多丝埋弧焊大热输入焊接方法大热输入焊接HSLA钢时，因焊接熔池中液态金属冷却速度快，温度梯度大，焊缝金属晶粒迅速长大，晶粒尺寸往往超过120 μ m, HSLA钢的晶粒尺寸均在10 μ m以下。焊缝金属的晶粒尺寸是HSLA钢的晶粒尺寸的十倍以上，焊缝金属晶粒的粗化，造成韧性大幅度降低，焊缝金属的强韧性与HSLA钢的强韧性严重不匹配，焊缝金属成为焊接结构的薄弱区域之一，威胁着结构的使用安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于大热输入埋弧焊的高强韧药芯焊丝材料，该材料可以代替目前使用的焊缝金属晶粒易粗化的焊接材料，能够提高焊缝金属的强韧性。本专利技术提供的一种用于大热输入埋弧焊的高强韧药芯焊丝材料，其特征在于，药芯粉由合金粉与矿物粉混合而成，各合金粉与矿物粉的组分及重量百分比为99金红石 8 12% ;45硅铁5 7% ；金属锰4 8% ;55钼铁0. 5 2% ;99氧化物稀土铈2 6% ； 25钛铁0. 3 1. 0% ；余量为铁粉。本专利技术针对目前用的大热输入量埋弧焊焊缝金属晶粒易粗大化，造成焊缝金属的强韧性不足，难以满足使用要求的难题。专利技术了一种含有稀土铈(Ce)，适用于大热输入埋弧焊用高强度高韧性新型药芯焊丝材料。本专利技术提供的焊丝材料能使大热输入焊接HSLA钢焊缝金属的晶粒得到细化，代替目前使用的焊缝金属晶粒易粗化的焊接材料，提高焊缝金属的强韧性，使焊缝金属的强韧性与HSLA钢母材相匹配。利用本专利技术的高强度高韧性新型药芯焊丝材料，配备市售的相应焊剂，可确保大热输入埋弧焊焊缝金属的晶粒尺寸在15 μ m 以下，改善大热输入焊缝金属的强韧性。本专利技术主要用Ce在焊接冶金过程中与氧、硫反应，易形成直径为0. 4 μ m 0. 8 μ m 的超细Ce氧硫化物质点(CexOxSx)，如CeO · CeS、CeO · MnO · (Mn、Cu) S，弥散、均勻分布于焊缝金属中。Ce氧硫化物质点钉轧、拖曳高温奥氏体晶界的迁移，阻碍奥氏体晶粒长大。同时 Ce氧硫化物质在奥氏体晶内诱导铁素体形核，细化焊缝金属晶粒。具体实施例方式本专利技术的理论基础大热输入钢 铁材料晶粒的细化，常利用直径为0. 4 μ m 0. 8 μ m的细小粒子， 如TiN、VN等阻碍晶粒长大，并且利用Ti2O3等细夹杂物，诱导铁素体在奥氏体晶内形核， 形成所谓的晶内铁素体(Intergranular Ferrite，简称IGF ；又称针状铁素体Acicular Ferrite，简称AF)。利用Ti2O3等细夹杂物，诱导铁素体在奥氏体晶内形核，这种技术称为氧化物冶金技术(Oxide Metallurgy)。由于晶内铁素体(IGF)的晶粒尺寸约为5 μ m左右， 若钢铁材料中有70%以上的IGF，钢铁材料的晶粒尺寸整体可细化到ΙΟμπι以下。焊缝金属的冶金过程与钢铁材料的冶金过程基本相同，可将钢铁材料的氧化物冶金技术运用于大热输入埋弧焊焊缝金属的晶粒细化。目前有研究报道利用焊缝金属中残留的Ti、Al脱氧的细小夹杂物Ti203、Al2O3 · (Mn、Cu) S诱导IGF形核，细化焊缝金属晶粒，提高焊缝金属的强度与韧性。但Ti、Al脱氧的细小夹杂物Ti203、Al2O3 · (Mn、Cu) S在大热输入埋弧焊焊缝金属中易形成直径大于5μπι以上的超大夹杂物，造成焊缝金属的韧性值不稳定。本专利技术的基本思路本专利技术利用氧化物冶金的方法细化大热输入(热输入量为60 150KJ/cm)埋弧焊焊缝金属晶粒，在药芯焊丝材料内加入铈的氧化物，即氧化铈。一方面药芯焊丝材料中Ce 在焊接冶金过程中与氧、硫反应，易形成直径为0. 4 μ m 0. 8 μ m的超细Ce氧硫化物质点， 常见的为CexOxSx形式，如CeO · CeS、CeO · MnO · (Mn、Cu) S，这些质点弥散、均勻分布于大热输入埋弧焊焊缝金属中。另一方面，Ce氧硫化物质点有很高的热稳定性，凝固前沿弥散析出的CexOxSx沉淀粒子能钉轧、拖曳高温奥氏体晶界的迁移，阻碍奥氏体晶粒长大。另一方面，Ce氧硫化物质点与铁素体有很小的错配度，如体心立方的CeS，晶格常数为5. 778A，α铁素体的晶格常数为2.886A;CeS的晶格常数正好是α铁素体的2倍，α铁素体在CeS界面上形核能垒低， CeS作为形核质点，在奥氏体晶内诱导铁素体形核，起到氧化物冶金的作用。第三方面，稀土 Ce是强脱氧、脱硫元素，能减少钢液中、含量，降低、的活度和溶解度，Ce脱氧、脱硫形成的氧硫化物能吸附H，减少或消除Sb、Sn等低熔点金属的危害作用。本专利技术中加入的稀土铈起到这三方面的作用，它不仅使大热输入埋弧焊焊缝金属的晶粒细化15 μ m 以下，而且能提高大热输入埋弧焊焊缝金属的洁净度，从而提高大热输入埋弧焊焊缝金属的强度与韧性。本专利技术所说的一种用于大热输入埋弧焊的高强度高韧性新型药芯焊丝材料的药芯粉由合金粉与矿物粉混合而成，各矿物粉、合金粉的配方比例如下表表1高强度高韧性新型药芯焊丝材料的药芯粉成份配方权利要求1.一种用于大热输入埋弧焊的高强韧药芯焊丝材料，其特征在于，药芯粉由合金粉与矿物粉混合而成，各合金粉与矿物粉的组分及重量百分比为99金红石纩12% ；45硅铁 5 7% ；金属锰4 8% ；55钼铁0. 5 2% ；99氧化物稀土铈2 6% ;25钛铁0. 3 1. 0% ；余量为铁粉。2.按照权利要求1所述的高强韧药芯焊丝材料，其特征在于，高强度高韧性药芯焊丝材料的钢带为碳钢H08A，钢带厚度为1. 0。3.按照权利要求1所述的高强韧药芯焊丝材料，其特征在于，药芯的重量系数为 15 16%。全文摘要本专利技术公开了一种用于大热输入埋弧焊的高强韧药芯焊丝材料，药芯焊丝的药芯粉由99金红石、45硅铁、金属锰、55钼铁、99氧化物稀土铈、25钛铁、铁粉混合而成，并用H08A钢带可拉拔成直径不同的高强度高韧性新型药芯焊丝材料。本专利技术所说的高强度高韧性新型药芯焊丝材料，用Ce在焊接冶金过程中与氧、硫反应，易形成直径为0.4μm~0.8μm的超细Ce氧硫化物质点(CexOxSx)，如CeO·CeS、CeO·MnO·(Mn、Cu)S，弥散、均匀分布于焊缝金属中。Ce氧硫化物质点钉轧、拖曳高温奥氏体晶界的迁移，阻碍奥氏体晶粒长大。同时Ce氧硫化物质在奥氏体晶内诱导铁素体形核，细化焊缝金属晶粒。高强度高韧性药芯焊丝材料可以用于热输入量为60~150KJ/cm中厚板高强度低合金钢的多丝埋弧自动焊。文档编号B23K35/362GK102152028SQ20111010848公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月28日 优本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于大热输入埋弧焊的高强韧药芯焊丝材料，其特征在于，药芯粉由合金粉与矿物粉混合而成，各合金粉与矿物粉的组分及重量百分比为：９９金红石８～１２％；４５硅铁５～７％；金属锰４～８％；５５钼铁０．５～２％；９９氧化物稀土铈２～６％；２５钛铁０．３～１．０％；余量为铁粉。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：熊丽萍，余国治，
申请(专利权)人：武汉晟舜焊接工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：42
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