CN105149817A - 一种x100管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法 - Google Patents

一种x100管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法，解决X100管线钢焊接过程中含有卤族元素的烧结焊剂容易发生不完全燃烧的情况，产生许多有毒物质以及酸性或腐蚀性气体，对人体健康和环境有潜在的威胁的技术问题。同时，提高碱度改善焊缝金属的低温冲击韧性。另外，使得焊接过程的导电性增强以及提高焊接接头抗电化学腐蚀能力。其中，焊剂的化学成分重量包括：MgO45～55wt.%，Al2O33～5wt.%，CaO5～10wt.%，SiO25～8wt.%，MnO2～3wt.%，TiO28～10wt.%，FeO3～5wt.%，ZrO22～3wt.%，Na2O5～10wt.%，K2O3～4wt.%。

Description

一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于焊剂领域，具体涉及一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法。
背景技术
制造石油、自然气集输和长输管或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷称为管线用钢（steelforpipeline）。一般采用中厚板制成厚壁直缝焊管，而板卷用于生产直缝电阻焊管或埋弧螺旋焊管。国内拥有70万t/a口径在1800mm以内的螺旋焊管的生产能力，已建立了口径在1600mm以内的直缝厚壁焊管的生产线。国内能生产符合API5L标准的管线工程设计要求的管线钢仅有10多年的历史，大部分企业已经能够稳定生产X60～X70级管线钢并在国际市场上占有一定的地位，已投进生产的X100级管线钢质量也达到了国际先进水平，X100级管线钢已经研制出来，尚未投进批量生产。
现有技术中的烧结焊剂是由一些氧化物和氟化物组成的。它和焊条熔渣的成分类似，实际上也是一种特殊烧结的“渣”。但不同于焊接以后的渣，因为在焊接过程中焊剂与金属进行了一系列冶金反应，然而氟属于卤族元素，在焊接过程中容易发生不完全燃烧的情况，产生许多有毒物质以及酸性或腐蚀性气体，对人体健康和环境有潜在的威胁。
发明内容
本发明是在研究了与X100管线钢相匹配的烧结焊剂的基础上，进一步研发与X100管线钢相匹配的烧结焊剂及其制造方法。
本发明的目的在于提供一种X100管线钢埋弧焊用焊剂及其制备方法，解决X100管线钢焊接过程中含有卤族元素的烧结焊剂容易发生不完全燃烧的情况，产生许多有毒物质以及酸性或腐蚀性气体，对人体健康和环境有潜在的威胁的技术问题。同时，提高碱度改善焊缝金属的低温冲击韧性。另外，使得焊接过程的导电性增强以及提高焊接接头抗电化学腐蚀能力。
本发明的技术方案是：
一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，焊剂的化学成分包括：MgO45～55wt.%，Al2O33～5wt.%，CaO5～10wt.%，SiO25～8wt.%，MnO2～3wt.%，TiO28～10wt.%，FeO3～5wt.%，ZrO22～3wt.%，Na2O5～10wt.%，K2O3～4wt.%。
作为优选，所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：B2O31.2wt.%。
作为优选，所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：占所述焊剂5～10wt.%的粘结剂。
作为优选，所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：合金剂：Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上，加入含硅60wt%的Si-Fe合金剂重量8～10wt.%，含钛45wt%的Ti-Fe合金粉重量8～10wt.%，含碳1wt%、含锰60wt%的Mn-Fe重量5～10wt.%。
作为优选，所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂的碱度BⅡw为1.5～2。
所述的X100管线钢埋弧焊用焊剂的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料
按配方成分称出所需原料置于同一容器中，造渣剂矿石粉末占原料总重量的85wt.%，合金剂占原料总重量的15wt.%；其中，造渣剂矿石粉末的粒度为240目～280目；合金剂为Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上；
（2）干混
将容器中已配好的配料搅拌20～25分钟，使各粉剂混合均匀；
（3）湿混
将钠钾水玻璃以130～140ml/公斤原料加入上述已经混合均匀的粉剂中，进行湿搅拌均匀成为半固态；
（4）造粒
将搅拌均匀的湿料在容器盆中来回搓动成粒，并通过60～70目筛；
（5）烘干
蒸发湿粒颗粒表面的附着水，烘干温度为160～180℃，升温速度为80～100℃/小时；
（6）烧结
进一步消除焊剂中的结晶水，将烘干的焊剂颗粒放入加热炉中加热到900～950℃，保温140～150分钟；
（7）过筛
烧结好的焊剂通过90～110目筛，经检验合格形成X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂。
所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，优选地，步骤（4）过65目筛。
所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，优选地，步骤（6）中烧结工艺如下：
1）以升温速度为7.0～8.0℃/min，升温至390～420℃，保温140～150分钟；
2）继续以升温速度为9.～10.0℃/min，升温至900～950℃，保温160～180分钟；
3）随炉冷却至室温。
本发明的优点及有益效果是：
本发明通过上述手段制得的上述组分的一种X100管线钢埋弧焊用焊剂，不但解决了现有技术中X100管线钢焊接过程中含有卤族元素的烧结焊剂容易发生不完全燃烧，产生许多有毒物质以及酸性或腐蚀性气体，对人体健康和环境有潜在的威胁的技术问题。而且，制得的烧结焊剂提高了碱度改善焊缝金属的低温冲击韧性。另外，使得焊接过程的导电性增强以及提高焊接接头抗电化学腐蚀能力。
具体实施方式
一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，焊剂的化学成分包括：MgO45～50wt.%，Al2O33～5wt.%，CaO5～8wt.%，SiO25～8wt.%，MnO2～3wt.%，TiO28～10wt.%，FeO3～5wt.%，ZrO22～3wt.%，Na2O5～8wt.%，K2O3～4wt.%。
所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：B2O31.2wt.%。
所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：占所述焊剂5wt.%的粘结剂。
所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：合金剂：Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上，加入含硅60wt%的Si-Fe合金剂重量8～10wt.%，含钛45wt%的Ti-Fe合金粉重量8～10wt.%，含碳1wt%、含锰60wt%的Mn-Fe重量5～10wt.%。
所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂的碱度BⅡw为1.8。
所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料
按配方成分称出所需原料置于同一容器中，造渣剂矿石粉末占原料总重量的85wt.%，合金剂占原料总重量的15wt.%；其中，造渣剂矿石粉末的粒度为240目～280目；合金剂为Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上；
（2）干混
将容器中已配好的配料搅拌25分钟，使各粉剂混合均匀；
（3）湿混
将钠钾水玻璃以135ml/公斤原料加入上述已经混合均匀的粉剂中，进行湿搅拌均匀成为半固态；
（4）造粒
将搅拌均匀的湿料在容器盆中来回搓动成粒，并通过65目筛；
（5）烘干
蒸发湿粒颗粒表面的附着水，烘干温度为170℃，升温速度为90℃/小时；
（6）烧结
进一步消除焊剂中的结晶水，将烘干的焊剂颗粒放入加热炉中，
1）以升温速度为7.5℃/min，升温至410℃，保温145分钟；
2）继续以升温速度为9.5℃/min，升温至920℃，保温145分钟；
3）随炉冷却至室温。
（7）过筛
烧结好的焊剂通过100目筛，经检验合格形成X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂。
另外，本发明不限于上述实施方式，只要在不超出本发明的范围内，可以采取各种方式实施本发明。

Claims (8)

1.一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，焊剂的化学成分包括：MgO45～55wt.%，Al2O33～5wt.%，CaO5～10wt.%，SiO25～8wt.%，MnO2～3wt.%，TiO28～10wt.%，FeO3～5wt.%，ZrO22～3wt.%，Na2O5～10wt.%，K2O3～4wt.%。
2.如权利要求1所述的一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，还包括：B2O31.2wt.%。
3.如权利要求1所述的一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，还包括：占所述焊剂5～10wt.%的粘结剂。
4.如权利要求1所述的一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，还包括：合金剂：Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上，加入含硅60wt%的Si-Fe合金剂重量8～10wt.%，含钛45wt%的Ti-Fe合金粉重量8～10wt.%，含碳1wt%、含锰60wt%的Mn-Fe重量5～10wt.%。
5.如权利要求1所述的一种X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂的碱度BⅡw为1.5～2。
6.一种如权利要求1所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料
按配方成分称出所需原料置于同一容器中，造渣剂矿石粉末占原料总重量的85wt.%，合金剂占原料总重量的15wt.%；其中，造渣剂矿石粉末的粒度为240目～280目；合金剂为Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上；
（2）干混
将容器中已配好的配料搅拌20～25分钟，使各粉剂混合均匀；
（3）湿混
将钠钾水玻璃以130～140ml/公斤原料加入上述已经混合均匀的粉剂中，进行湿搅拌均匀成为半固态；
（4）造粒
将搅拌均匀的湿料在容器盆中来回搓动成粒，并通过60～70目筛；
（5）烘干
蒸发湿粒颗粒表面的附着水，烘干温度为160～180℃，升温速度为80～100℃/小时；
（6）烧结
进一步消除焊剂中的结晶水，将烘干的焊剂颗粒放入加热炉中加热到900～950℃，保温140～150分钟；
（7）过筛
烧结好的焊剂通过90～110目筛，经检验合格形成X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂。
7.一种如权利要求6所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）过65目筛。
8.一种如权利要求6所述的X100管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其特征在于，步骤（6）中烧结工艺如下：
1）以升温速度为7.0～8.0℃/min，升温至390～420℃，保温140～150分钟；
2）继续以升温速度为9.～10.0℃/min，升温至900～950℃，保温160～180分钟；
3）随炉冷却至室温。
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