CN106624422A - 一种适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝 - Google Patents

一种适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝，本发明药芯焊丝具有优异的抗裂性能，焊缝金属在焊态及不同的应力消除退火态(580℃×1h及620℃×1h)下均展现了优异的机械性能，甚至‑60℃的低温仍能获得令人满意的冲击韧性，能够满足导管架Q460钢的焊接。

Description

一种适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，特别涉及一种适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝。
背景技术
近年来，随着海洋资源的开采向更深、更冷的海域扩张，海洋结构的建造要求质量越来越高的钢材及焊接材料，这些材料应能够抵抗富有挑战性的海洋环境。在这些海洋结构中，导管架最大的工作海水深度为450m，目前主要采用屈服强度为460MPa的高强度钢。导管架的管状支柱支撑着固定生产平台，其在节点(常用的T、Y、K接头)处将很多管子连接在一起。由于这些节点的特点是多方向的焊接线聚集，因此焊接残余应力易于在节点集中，因而在焊接后，需做一些局部退火来释放应力。此外，鉴于导管架所处的深冷海域及波浪的冲击，要求具有优异的低温冲击韧性，以抵抗脆性断裂的危险。而采用传统的Q460钢用低温药芯焊丝在应力消除退火之后，冲击韧性却不甚理想。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝，其焊缝金属在焊态及不同的应力消除退火态(580℃×1h及620℃×1h)下均展现了优异的机械性能，甚至-60℃的低温仍能获得令人满意的冲击韧性，能够满足导管架Q460钢的焊接。
本发明的技术方案是：一种适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝，由焊药和钢带构成，焊药包裹于钢带内，所述焊药占焊丝总重量的10～20％，所述钢带是低P、S钢带；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.010～0.030％；
Si：0.01～0.03％；
Mn：0.10～0.30％；
Al：0.005～0.035％；
P：0.005～0.010％；
S：0.005～0.010％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：20～50％；
SiO2：1～10％；
ZrO2：0.5～5.0％；
氟化物：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～5.00％；
K2O：0.1～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.20％；
Mn：10～18％；
Si：0.5～5.0％；
Ni：5～20％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.10％；
Fe：余量。
优选的，以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：25～45％；
SiO2：3～8％；
ZrO2：1～3％；
氟化物：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～3.00％；
K2O：0.5～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.05～0.15％；
Mn：10～18％；
Si：1～3％；
Ni：8～12％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.10％；
Fe：余量。
优选的，所述适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.018～0.026％；
Si：0.020～0.028％；
Mn：0.19～0.27％；
Al：0.017～0.030％；
P：0.008～0.009％；
S：0.005～0.007％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：32.8～41.5％；
SiO2：3.1～5.3％；
ZrO2：1.2～2.3％；
氟化物：0.8～1.9％；
Na2O：0.24～0.96％；
K2O：1.9～4.1％；
Al+Mg：2.7～4.8％；
C：0.08～0.12％；
Mn：12.8～16.3％；
Si：1.6～2.8％；
Ni：8.9～10.3％；
Ti：1.0～3.3％；
B：0.06％；
Fe：余量。
所述氟化物至少包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF中的一种或多种。
以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的组分包括：C：0.032～0.039％；Mn：1.20～1.35％；Si：0.26～0.35％；P：0.007～0.009％；S：0.005～0.006％；Al：0.009～0.011％；Ni：1.45～1.59％；Ti：0.044～0.067％；B：0.0021～0.0030％。
具体分析本发明中焊药各组分在药芯焊丝中各自发挥的作用如下：
氧化物(包括TiO2、SiO2、ZrO2、Na2O和K2O)的主要作用是造渣、稳弧，美化焊缝，提高脱渣性。氧化物过少时，焊接工艺性能较差，不易形成短渣，对立、横位置不利，氧化物过多时，焊缝含氧量提高，降低了低温韧性。
氟化物(包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF等)的主要作用为造渣和脱氢，另外还可调节粘度，提高熔渣的覆盖性，氟化物过少时，脱氢作用不大，氟化物过多时，焊接烟尘量明显增大，电弧不稳，同时氟化物也具有一定的稀渣能力。
铝及镁的主要作用是脱氧。
碳的主要作用是提供适当的力学性能。
锰的主要作用是脱氧、脱硫和向焊缝中过渡合金元素。
硅的主用作用是通过硅锰联合脱氧，这样脱氧效果更佳，同时过渡合金元素。
镍的主要作用是向焊缝中过渡合金元素，它是提高韧性最有效的元素。
微量的Ti和B的主要作用是向焊缝中过渡合金元素，通过Ti和B的复合来细化晶粒，从而提高力学性能。
本发明采用低P、S的钢带，因而熔敷金属的P、S含量均控制在0.010％以下，大大提高了抗热裂性能；通过在焊药中添加一定含量的氟化物进行脱氢处理，因而熔敷金属的扩散氢含量可控制在4ml/100g(水银法)以下，大大提高了抗龟裂性；通过精确的设计熔敷金属的化学成分比例搭配(C-Si-Mn-1.5％Ni-Ti-B)，能够使焊态及应力消除退火态下的焊缝金属均能获得十分细小的显微组织，因而可获得优异且稳定的机械性能，甚至-60℃的低温仍能获得令人满意的冲击韧性：焊态下，可保证-40℃冲击值≥130J，-60℃冲击值≥100J；580℃×1h的退火态下，可保证-40℃冲击值≥80J，-60℃冲击值≥65J；620℃×1h的退火态下，可保证-40℃冲击值≥100J，-60℃冲击值≥80J。此外两种状态下熔敷金属的强度等级均能匹配导管架的Q460钢。
本发明的有益效果是：本发明药芯焊丝具有优异的抗裂性能，其焊缝金属在焊态及不同的应力消除退火态(580℃×1h及620℃×1h)下均展现了优异的机械性能，甚至-60℃的低温仍能获得令人满意的冲击韧性，满足导管架Q460钢的焊接。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明由钢带和焊药组成，焊药包裹在钢带内，采用低P、S的钢带，其钢带组分(重量百分比％)如下表：
C Si Mn Al
0.010-0.030 0.01-0.03 0.10-0.30 0.005～0.035
P S Fe
0.005-0.010 0.005-0.010 余量
焊药占焊丝全重量比例为10％～20％，其焊药组分(重量百分比％)如下表：
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
20-50 1-10 0.5-5.0 0.1-3.0 0.05-5.00 0.1-5.0 1-8
C Mn Si Ni Ti B Fe
0.01-0.20 10-18 0.5-5.0 5-20 0.1-5.0 0.01-0.10 余量
优选的，更好的焊药组分(重量百分比％)如下表：
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
25-45 3-8 1-3 0.1-3.0 0.05-3.00 0.5-5.0 1-8
C Mn Si Ni Ti B Fe
0.05-0.15 10-18 1-3 8-12 0.1-5.0 0.01-0.10 余量
更优选的，所述适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.018～0.026％；
Si：0.020～0.028％；
Mn：0.19～0.27％；
Al：0.017～0.030％；
P：0.008～0.009％；
S：0.005～0.007％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：32.8～41.5％；
SiO2：3.1～5.3％；
ZrO2：1.2～2.3％；
氟化物：0.8～1.9％；
Na2O：0.24～0.96％；
K2O：1.9～4.1％；
Al+Mg：2.7～4.8％；
C：0.08～0.12％；
Mn：12.8～16.3％；
Si：1.6～2.8％；
Ni：8.9～10.3％；
Ti：1.0～3.3％；
B：0.06％；
Fe：余量。
实施例1：
采用焊丝生产行业内通用的制造工艺，按表1-1的钢带组分制作外皮，按照表1-2的焊药配方进行配制并将焊药包裹于钢带内(overlap)：
表1-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.018 0.028 0.27 0.017 0.008 0.005 余量
表1-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
32.8 5.3 1.2 0.8 0.96 4.1 2.7
C Mn Si Ni Ti B Fe
0.08 12.8 1.6 8.9 3.3 0.06 余量
其熔敷金属的化学成分见表1-3，焊态及不同应力消除退火态(580℃×1h及620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表1-4：
表1-3：熔敷金属的化学成分(％)
C Mn Si P S Al Ni Ti B
0.032 1.20 0.26 0.007 0.005 0.011 1.45 0.044 0.0021
表1-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
实施例2：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表2-1的钢带组分及表2-2的焊药配方进行配制：
表2-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.020 0.026 0.25 0.020 0.008 0.005 余量
表2-2：焊药配方(％)
其熔敷金属的化学成分见表2-3，焊态及不同应力消除退火态(580℃×1h及620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表2-4：
表2-3：熔敷金属的化学成分(％)
C Mn Si P S Al Ni Ti B
0.033 1.23 0.27 0.008 0.006 0.010 1.52 0.052 0.0022
表2-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
实施例3：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表3-1的钢带组分及表3-2的焊药配方进行配制：
表3-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.022 0.024 0.23 0.022 0.009 0.006 余量
表3-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
37.3 4.2 1.9 1.5 0.54 2.8 3.6
C Mn Si Ni Ti B Fe
0.10 14.6 2.4 9.6 2.3 0.06 余量
其熔敷金属的化学成分见表3-3，焊态及不同应力消除退火态(580℃×1h及620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表3-4：
表3-3：熔敷金属的化学成分(％)
C Mn Si P S Al Ni Ti B
0.035 1.25 0.30 0.008 0.005 0.009 1.55 0.060 0.0025
表3-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
实施例4：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表4-1的钢带组分及表4-2的焊药配方进行配制：
表4-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.024 0.022 0.21 0.025 0.009 0.007 余量
表4-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
39.5 3.7 1.7 1.7 0.32 2.3 4.2
C Mn Si Ni Ti B Fe
0.11 15.2 2.6 9.9 1.7 0.06 余量
其熔敷金属的化学成分见表4-3，焊态及不同应力消除退火态(580℃×1h及620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表4-4：
表4-3：熔敷金属的化学成分(％)
表4-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
实施例5：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表5-1的钢带组分及表5-2的焊药配方进行配制：
表5-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.026 0.020 0.19 0.030 0.009 0.007 余量
表5-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
41.5 3.1 1.5 1.9 0.24 1.9 4.8
C Mn Si Ni Ti B Fe
0.12 16.3 2.8 10.3 1.0 0.06 余量
熔敷金属的化学成分见表5-3，焊态及不同应力消除退火态(580℃×1h及620℃×1h)下熔敷金属的力学性能及熔敷金属的扩散氢含量(水银法)见表5-4：
表5-3：熔敷金属的化学成分(％)
C Mn Si P S Al Ni Ti B
0.039 1.35 0.35 0.009 0.007 0.010 1.59 0.067 0.0028
表5-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
上述实验可见，本发明药芯焊丝熔敷金属的扩散氢含量均在4ml/100g以下(水银法)，焊态及不同的应力消除退火态(580℃×1h及620℃×1h)下熔敷金属的机械性能优异且稳定，甚至-60℃的低温仍能获得令人满意的冲击韧性。
以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝，由焊药和钢带构成，焊药包裹于钢带内，其特征在于，所述焊药占焊丝总重量的10～20％，所述钢带是低P、S钢带；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.010～0.030％；
Si：0.01～0.03％；
Mn：0.10～0.30％；
Al：0.005～0.035％；
P：0.005～0.010％；
S：0.005～0.010％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：20～50％；
SiO2：1～10％；
ZrO2：0.5～5.0％；
氟化物：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～5.00％；
K2O：0.1～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.20％；
Mn：10～18％；
Si：0.5～5.0％；
Ni：5～20％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.10％；
Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝，其特征在于，以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：25～45％；
SiO2：3～8％；
ZrO2：1～3％；
氟化物：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～3.00％；
K2O：0.5～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.05～0.15％；
Mn：10～18％；
Si：1～3％；
Ni：8～12％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.10％；
Fe：余量。
3.根据权利要求1所述的适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝，其特征在于，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.018～0.026％；
Si：0.020～0.028％；
Mn：0.19～0.27％；
Al：0.017～0.030％；
P：0.008～0.009％；
S：0.005～0.007％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：32.8～41.5％；
SiO2：3.1～5.3％；
ZrO2：1.2～2.3％；
氟化物：0.8～1.9％；
Na2O：0.24～0.96％；
K2O：1.9～4.1％；
Al+Mg：2.7～4.8％；
C：0.08～0.12％；
Mn：12.8～16.3％；
Si：1.6～2.8％；
Ni：8.9～10.3％；
Ti：1.0～3.3％；
B：0.06％；
Fe：余量。
4.根据权利要求1～3任一所述的适用于焊接后做应力消除处理的56公斤级药芯焊丝，其特征在于，以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的组分包括：C：0.032～0.039％；Mn：1.20～1.35％；Si：0.26～0.35％；P：0.007～0.009％；S：0.005～0.006％；Al：0.009～0.011％；Ni：1.45～1.59％；Ti：0.044～0.067％；B：0.0021～0.0030％。
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