CN102528320A - 超低温高韧性奥氏体焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低温高韧性奥氏体焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，按重量百分比计，焊芯采用Cr-Ni-Mo-Mn型合金系，其组分为：0.006～0.015％的C、0.08～0.20％的Si、1.80～2.25％的Mn、18.5～21.0％的Cr、9.0～10.0％的Ni、0.008～0.015％的P、0.008～0.015的S和余量的Fe；药皮采用TiO2-SiO2-CaO渣系，其组分为：25～40％的金红石、1～4％的钛白粉、3～12％的钾长石、5～15％的云母、5～15％的碳酸钙、3～8％的碳酸钡、2～8％的氟化钙、3～8％的氟化钠、2～6％的电解锰、5～12％的金属铬、1～4％的金属镍、1～4％的钼铁和0.01～1.5％的氧化镧。本发明具有优异的焊接工艺性能，且熔敷金属的机械性能稳定，尤其是超低温的冲击韧性尤其出色。

Description

超低温高韧性奥氏体焊条
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，特别是涉及一种超低温高韧性的奥氏体焊条。
背景技术
近些年来，随着工业的高速发展，能源问题已经成为全球关注的焦点。陆地上的能源已经大量开采，如果缺乏能源，将会严重制约工业的发展和人民生活质量的提高，因此世界各国将目标锁定在海洋里的石油和天然气的开采，不断地为我们提供稳定的能量资源；要开发海洋资源必须建造相配套的海洋结构，这不仅需要采用优良的钢种，也需要相配套的焊接材料进行连接；能源大多在深海海域，因此特别要求材料不但要具有优异的耐低温性，而且能够应对海洋中各种酸的腐蚀；同样，国内生产的一些低温设备，如低温储罐，也需要具有优异的耐低温性和耐蚀性；因此迫切需要一种超低温韧性优良、耐蚀性良好的焊接材料。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超低温高韧性奥氏体焊条，具有优异的超低温冲击韧性和优良的耐腐蚀性能。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超低温高韧性奥氏体焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯由如下组分组成：
C：0.006～0.015％；
Si：0.08～0.20％；
Mn：1.8～2.25％；
Cr：18.5～21.0％；
Ni：9.0～10.0％；
P：0.008～0.015％；
S：0.008～0.015％；
Fe：余量。
以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮由如下组分组成：
金红石：25～40％；
钛白粉：1～4％；
钾长石：3～12％；
云母：5～15％；
碳酸钙：5～15％；
碳酸钡：3～8％；
氟化钙：2～8％；
氟化钠：3～8％；
电解锰：2～6％；
金属铬：5～12％；
金属镍：1～4％；
钼铁：1～4％；
氧化镧：0.01～1.5％。
作为本发明的进一步改进，以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮的组分优选如下：
金红石：28～35％；
钛白粉：1～4％；
钾长石：3～9％；
云母：5～13％；
碳酸钙：5～10％；
碳酸钡：3～8％；
氟化钙：4～8％；
氟化钠：3～8％；
电解锰：2～6％；
金属铬：5～12％；
金属镍：1～4％；
钼铁：1～4％；
氧化镧：0.01-1.15％。
具体分析本发明中药皮各组分在焊条中各自发挥的性能如下：
金红石的氧化性比较弱，热脱渣性好，电弧稳定，熔池平静，使金属以细雾状过渡，方向焊接性好，可使焊缝成型美观，熔渣覆盖好，抗气孔性好；
钛白粉的主要作用是稳弧，使熔池平静，少飞溅，有导电性，使操作方便，可形成短渣，对于立、仰焊有显著效果，能产生活泼的熔渣，均匀覆盖在焊缝上保护焊缝，脱渣容易，结晶速度快，可使焊波细致；
钾长石的主要作用是稳弧、造渣，适量有利于脱渣，但过多会减慢焊速、增加渣的粘度，因此将钾长石的用量定在药皮重量的3～9％最佳；
云母的主要作用是稳弧、造渣，富有弹性，有利于焊条生产，可增加药皮透气性，故对药皮易开裂和发红有防止作用，但过多过粗的云母可使药皮疏松，焊条易破头及擦伤，同时会使药皮过于干粗，表面质量差，因此将云母的用量定在药皮重量的5～13％最佳；
碳酸钙和碳酸钡同属碳酸盐，其主要作用是造渣、造气；造渣的主要目的是保护焊接熔池及改善焊缝成型；造气的主要目的是在电弧高温作用下，能进行分解，放出气体，以保护电弧及熔池，防止周围空气中的氧和氮的侵入；
氟化钙和氟化钠同属氟化物，其主要作用是造渣，脱氢，调节粘度，改善熔渣覆盖性；但氟化物加多会使焊接烟尘量明显增多；
电解锰的主要作用是脱氧和向焊缝中渗入合金元素；
金属铬和金属镍的主要作用是向焊缝中渗入合金元素；
钼铁的主要作用是向焊缝中渗入合金元素；
氧化镧的主要作用是细化晶粒，改变夹杂物的形状、数量及分布，从而减少其对韧性和抗裂性的有害作用；同时也具有一定的脱氢能力。
上述组分的超低温高韧性的奥氏体焊条，具有优异的超低温高韧性，特别是在-196℃的超低温环境下，其冲击值可达到33J以上。
本发明中：药皮采用TiO2-SiO2-CaO渣系，因而具有十分优异的焊接工艺性能；熔敷金属具有良好的机械性能，尤其具有优良的耐低温型；熔敷金属的铁素体数范围严格控制在3-5，这样既可以减少由于铁素体带来的脆性，也可以通过铁素体吸收杂质元素，从而提高其抗热裂性能；在药皮中添加少量的氧化镧，不但可以通过细化晶粒来提高强度和韧性，还可以通过改变夹杂物的形状、数量及分布来减少其对韧性和抗裂性的有害作用，同时稀土元素La一方面可以提高MnS的熔点，另一方面与S形成高熔点的化合物，这两方面都有利于提高抗热裂性。
本发明的有益效果是：综上所述，本发明的电焊条焊接电弧稳定、焊缝成型美观、波纹细腻、飞溅极少、脱渣容易，可采用交直流电源，适合于全位置焊接；其熔敷金属具有较好的机械性能，尤其具有优异的超低温冲击韧性，在-196℃可获得33J以上的冲击值；将熔敷金属的铁素体数严格控制在3-5，这样不但可以保证具有良好的抗热裂性能，而且可以减少由于铁素体带来的脆性。
具体实施方式
本发明由焊芯和药皮相结合，其焊芯采用Cr-Ni-Mn型合金系，其组分如下表(重量百分比)：
  C   Si   Mn   Cr
  0.006-0.015   0.08-0.20   1.80-2.25   18.5-21.0
  Ni   P   S   Fe
  9.0-10.0   0.008-0.015   0.008-0.015   余量
其药皮采用TiO2-SiO2-CaO渣系，其组分如下表(重量百分比)：
  金红石   钛白粉   钾长石   云母   碳酸钙   碳酸钡   氟化钙
  25-40   1-4   3-12   5-15   5-15   3-8   2-8
  氟化钠   电解锰   金属铬   金属镍   钼铁   氧化镧
  3-8   2-6   5-12   1-4   1-4   0.01-1.5
更好的药皮组分优选如下表(重量百分比)：
为了更好地理解本发明，下面通过实施例1-6来进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例：
实施例1：
采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按表1-1的焊芯配方制作焊芯，按照表1-2的药皮配方进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：
表1-1焊芯配方(单位：重量百分比)
  C   Si   Mn   Cr   Ni   P   S   Fe
  0.008   0.20   2.0   19.0   9.5   0.010   0.010   余量
表1-2药皮配方(单位：重量百分比)
Figure BDA0000041022530000071
其熔敷金属的化学成分见表1-3，力学性能和铁素体数见表1-4和表1-5，其中铁素体的测试采用磁性法，测焊缝的十个点(除起弧和收弧处)，然后对其取平均值。
表1-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
  C   Mn   Si   P   S   Ni   Cr   Mo   Cu   V
  0.024   1.52   0.69   0.027   0.002   10.5   18.6   0.25   0.02   0.057
表1-4熔敷金属的力学性能
Figure BDA0000041022530000072
表1-5熔敷金属的铁素体数
  单个值   平均值
  3.4/3.5/4.6/4.2/3.5/4.1/3.2/3.8/3.9/4.3   3.85
实施例2：
采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表2-1的焊芯配方及表2-2的药皮配方进行配制：
表2-1焊芯配方(单位：重量百分比)
  C   Si   Mn   Cr   Ni   P   S   Fe
  0.012   0.15   2.1   20.0   9.9   0.012   0.007   余量
表2-2药皮配方(单位：重量百分比)
Figure BDA0000041022530000073
其熔敷金属的化学成分见表2-3，力学性能和铁素体数见表2-4和表2-5，铁素体数的实验方法同实施例1：
表2-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
  C   Mn   Si   P   S   Ni   Cr   Mo   Cu   V
  0.023   1.55   0.69   0.024   0.003   10.2   18.2   0.30   0.01   0.054
表2-4熔敷金属的力学性能
Figure BDA0000041022530000081
表2-5熔敷金属的铁素体数
  单个值   平均值
  4.0/3.6/4.2/3.4/3.7/3.1/4.4/4.6/4.3/4.8   4.01
实施例3：
采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表3-1的焊芯配方及表3-2的药皮配方进行配制：
表3-1焊芯配方(单位：重量百分比)
  C   Si   Mn   Cr   Ni   P   S   Fe
  0.006   0.12   1.8   20.5   9.0   0.011   0.011   余量
表3-2药皮配方(单位：重量百分比)
Figure BDA0000041022530000082
其熔敷金属的化学成分见表3-3，力学性能和铁素体数见表3-4和表3-5，铁素体数的实验方法同实施例1：
表3-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
  C   Mn   Si   P   S   Ni   Cr   Mo   Cu   V
  0.026   1.58   0.63   0.021   0.005   10.0   18.0   0.35   0.02   0.049
表3-4熔敷金属的力学性能
表3-5熔敷金属的铁素体数
  单个值   平均值
  4.2/4.6/3.1/3.5/4.5/4.2/3.8/3.2/4.7/4.2   4.00
实施例4：
采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表4-1的焊芯配方及表4-2的药皮配方进行配制：
表4-1焊芯配方(单位：重量百分比)
  C   Si   Mn   Cr   Ni   P   S   Fe
  0.015   0.08   2.0   18.5   10.0   0.015   0.010   余量
表4-2药皮配方(单位：重量百分比)
Figure BDA0000041022530000092
其熔敷金属的化学成分见表4-3，力学性能和铁素体数见表4-4和表4-5，铁素体数的实验方法同实施例1：
表4-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
  C   Mn   Si   P   S   Ni   Cr   Mo   Cu   V
  0.025   1.53   0.62   0.02   0.015   10.2   18.5   0.3   0.02   0.049
表4-4熔敷金属的力学性能
Figure BDA0000041022530000093
表4-5熔敷金属的铁素体数
  单个值   平均值
  4.2/4.5/3.0/3.5/4.5/4.2/3.7/3.2/4.6/4.2   3.96
实施例5：
采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表5-1的焊芯配方及表5-2的药皮配方进行配制：
表5-1焊芯配方(单位：重量百分比)
  C   Si   Mn   Cr   Ni   P   S   Fe
  0.008   0.15   2.25   19.5   9.3   0.008   0.01   余量
表5-2药皮配方(单位：重量百分比)
Figure BDA0000041022530000101
其熔敷金属的化学成分见表5-3，力学性能和铁素体数见表5-4和表5-5，铁素体数的实验方法同实施例1：
表5-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
  C   Mn   Si   P   S   Ni   Cr   Mo   Cu   V
  0.022   1.60   0.65   0.023   0.006   9.8   18.2   0.36   0.02   0.049
表5-4熔敷金属的力学性能
Figure BDA0000041022530000102
表5-5熔敷金属的铁素体数
  单个值   平均值
  4.2/4.5/3.1/3.4/4.6/4.3/3.6/3.2/5/4.3   4.02
实施例6：
采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表6-1的焊芯配方及表6-2的药皮配方进行配制：
表6-1焊芯配方(单位：重量百分比)
  C   Si   Mn   Cr   Ni   P   S   Fe
  0.012   0.1   2.2   21   9.2   0.009   0.008   余量
表6-2药皮配方(单位：重量百分比)
Figure BDA0000041022530000111
其熔敷金属的化学成分见表6-3，力学性能和铁素体数见表6-4和表6-5，铁素体数的实验方法同实施例1：
表6-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)
  C   Mn   Si   P   S   Ni   Cr   Mo   Cu   V
  0.026   1.58   0.61   0.021   0.006   10.3   18.1   0.35   0.02   0.048
表6-4熔敷金属的力学性能
Figure BDA0000041022530000112
表6-5熔敷金属的铁素体数
  单个值   平均值
  4.2/4.6/3/3.3/4.5/4.2/3.8/3.2/4.6/4.2   3.96
上述实验可见，本发明的电焊条焊接电弧稳定、焊缝成型美观、波纹细腻、飞溅极少、脱渣容易，可采用交直流电源，适合于全位置焊接；其熔敷金属具有较好的机械性能，尤其具有优异的超低温冲击韧性，在-196℃可获得33J以上的冲击值；将熔敷金属的铁素体数严格控制在3-5，这样不但可以保证具有良好的抗热裂性能，而且可以减少由于铁素体带来的脆性。

Claims (2)

1.一种超低温高韧性奥氏体焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，其特征在于：所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯由如下组分组成：
C：0.006～0.015％；
Si：0.08～0.20％；
Mn：1.8～2.25％；
Cr：18.5～21.0％；
Ni：9.0～10.0％；
P：0.008～0.015％；
S：0.008～0.015％；
Fe：余量；
以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮由如下组分组成：
金红石：25～40％；
钛白粉：1～4％；
钾长石：3～12％；
云母：5～15％；
碳酸钙：5～15％；
碳酸钡：3～8％；
氟化钙：2～8％；
氟化钠：3～8％；
电解锰：2～6％；
金属铬：5～12％；
金属镍：1～4％；
钼铁：1～4％；
氧化镧：0.01～1.5％。
2.根据权利要求1所述的超低温高韧性奥氏体焊条，其特征在于：以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮由如下组分组成：
金红石：28～35％；
钛白粉：1～4％；
钾长石：3～9％；
云母：5～13％；
碳酸钙：5～10％；
碳酸钡：3～8％；
氟化钙：4～8％；
氟化钠：3～8％；
电解锰：2～6％；
金属铬：5～12％；
金属镍：1～4％；
钼铁：1～4％；
氧化镧：0.01-1.15％。
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