CN106624467A - 适用于桥梁用q500qe钢的配套焊条及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条及其制备方法，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，该药皮组成和含量为：大理石300～400重量份、萤石200～320重量份、金红石30～100重量份、纯碱4～7重量份、锆英砂1～5重量份、铁粉150～350重量份、电解锰10～20重量份、硅微粉10～40重量份、冰晶粉10～20重量份、镍粉5～10重量份、钼粉2～5重量份，钛酸钾5‑10重量份，氟硅酸钾5‑10重量份。与现有的相比，本发明配套焊条表面光滑，成品率高，偏心稳定。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁用焊接材料领域技术，尤其涉及一种适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条、制备方法及焊接方法。
背景技术
我国钢桥是在中华人民共和国建国后，在国外对我们实施经济、技术封锁的情况下，自力更生成长起来的。
1957年，借助前苏联专家的技术和材料，中国建造完成了武汉长江公铁两用大桥。桥梁全长1155.5m，主跨128m，首次在长江上实现了“一桥飞架南北，天堑变通途”。这是在长江上建造的第一座大桥，是我国桥梁史上第一个里程碑。该桥所用钢材为苏联生产的A3钢(即Q235)。
20世纪60年代，为了连通京沪铁路，决定修建南京长江大桥以取代南京轮渡。为解决无低合金结构钢料的困难，鞍山钢铁公司于1962年研制成功16锰低合金高强度桥梁钢(16Mnq)，屈服点σs＝340MPa，南京桥除少部分仍用原苏联已进口的低合金钢外，其余全部用国产钢材代替了原定进口的钢材，当时这些钢的研制成功，十分鼓舞人心，被称之为“争气钢”。
20世纪70年代初，九江长江公铁路桥决定采用国产高强度钢建造一座高强、轻型、整体的栓焊接构方案。但采用这一方案面临的困难很多，当时没有制造大跨度焊接钢梁的材料。原来造桥采用的16锰桥钢，在材质和规格上已不符合制造大跨度焊接钢桥的需要。因这种钢材的板厚效应很大，钢材的强度、韧性随板厚的增加下降很快，用原来的16锰桥钢建桥，铁路单线桁梁桥最大跨度只可能达到112m。为此，铁道部和原冶金部决定研究开发15锰钒氮桥梁钢(15MnVNq)，其屈服点比16锰桥梁钢高，σs＝420MPa。由于当时钢铁冶炼及轧制设备落后，合金元素不全，前后经历了20多年研究。通过大量的焊接及力学性能试验和在北京密云建造白河试验桥的工程实践，优化生产出了15锰钒氮C级正火桥梁钢。这种钢的板厚效应小，板厚56mm，焊接性及力学性均较好。经科研、设计、制造人员的艰苦努力，1993年用这种钢建成了九江长江公铁路大桥。该桥正桥钢梁全长1806m，主跨是216m的刚性梁柔性拱，结构雄伟壮观，桥形秀丽。
20世纪90年代初，铁路桥梁建设面临芜湖长江的建设，主跨达312米。桥梁钢问题显得愈加突出。为此大桥局和武钢联合共同开发了大跨度铁路桥梁用钢14MnNbq。该钢采用降碳加铌和超纯净的冶金方法，并通过铌的微合金化作用进行控制轧制，保证了屈服强度σs≥340MPa的基础上，具有优异的-4022低温冲击韧性。同时焊接性能也大大提高，解决了板厚效应问题，可大批量供应32-50mm厚钢板。芜湖桥建设后，14MnNbq钢材全面满足了铁路桥梁建设的需要。如2009年建成的世界上最大的公铁两用桥--武汉天兴洲长江大桥，它采用的钢材就是高韧性、抗层裂14MnNbq(Q345)。
进入新世纪以来，我国桥梁建设又有了新的飞跃。桥梁的跨径继续扩大，列车通过时速不断提高。尤其是京沪高速铁路南京大胜关长江大桥的建设，继续使用传统的14MnNbq钢已经满足不了其设计和施工要求。为此，鞍钢研发了新一代高性能桥梁用钢(Q345QE、Q420QE、Q500QE、Q690QE)，其韧性进一步提高，冷裂纹敏感性和焊接热影响区硬度进一步降低，并具有优良的耐大气腐蚀性能。该系列高性能桥梁用钢，具有良好的强度和韧性，可提高桥梁服役性能，降低维护成本，满足国内桥梁建设对高性能钢种的急需，其实物性能水平达到了国际同类钢种的先进水平。
现有技术中公开的焊条均不能用于桥梁用Q500QE钢的焊接，如专利申请号为201110310536.X公开了一种X70等级管线钢焊接用电焊条，用该焊条抗拉强度能够满足，冲击温度不能满足，其冲击温度为-20℃，而桥梁用Q500QE钢的焊接要求冲击温度为-40℃，所以，该焊条不能满足桥梁用Q500QE钢的焊接。专利申请号为200810046233.X公开了一种X80等级钢油、气输送管手工焊接用电焊条，该焊条抗拉强度能够满足，冲击温度不能满足，其冲击温度为-10℃，也不能满足桥梁用Q500QE钢的焊接。
发明内容
本发明的目的之一就在于提供一种用适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条，该焊条表面光滑，成品率高，偏心稳定。
技术方案是：一种适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，该药皮组成和含量为：大理石300～400重量份、萤石200～320重量份、金红石30～100重量份、纯碱4～7重量份、锆英砂1～5重量份、铁粉150～350重量份、电解锰10～20重量份、硅微粉10～40重量份、冰晶粉10～20重量份、镍粉5～10重量份和钼粉2～5重量份，钛酸钾5-10重量份，氟硅酸钾5-10重量份。
作为优选，所述大理石320～380重量份、萤石250～300重量份、金红石50～80重量份、锆英砂2～3重量份、铁粉200～330重量份、电解锰15～18重量份、硅微粉15～20重量份、冰晶粉15～18重量份、镍粉7～9重量份、钼粉3～4重量份，钛酸钾6-8重量份，氟硅酸钾5.5-8重量份。
作为优选，C 0.05-0.10wt％、Mn 0.05-0.20wt％、0≤Si≤0.10wt％、0≤S≤0.015wt％和0≤P≤0.015wt％，余量为Fe及杂质。
作为优选，所述大理石为320重量份，萤石为300重量份，金红石为50重量份，纯碱为5重量份，锆英砂为2重量份，铁粉为200重量份，电解锰为15重量份，硅微粉为20重量份，冰晶粉为15重量份，镍粉为7重量份，钼粉为3重量份，钛酸钾6重量份，氟硅酸钾8重量份。
作为优选，所述大理石为360重量份，萤石为280重量份，金红石为80重量份，纯碱为5重量份，锆英砂为2重量份，铁粉为300重量份，电解锰为18重量份，硅微粉为15重量份，冰晶粉为12重量份，镍粉为7重量份，钼粉为3.5重量份，钛酸钾7重量份，氟硅酸钾7重量份。
作为优选，所述大理石为380重量份，萤石为250重量份，金红石为60重量份，纯碱为5重量份，锆英砂为2重量份，铁粉为330重量份，电解锰为18重量份，硅微粉为15重量份，冰晶粉为18重量份，镍粉为8重量份，钼粉为4重量份，钛酸钾8重量份，氟硅酸钾5.5重量份。
作为优选，所述大理石中，CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；萤石中，CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；金红石中，TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求为：-40目：≥100％、-160目：≤30％；纯碱中，Na2CO3≥99％、NaCl≤0.70％，锆英砂中，ZrO2≥60％、SiO2≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，颗粒度要求为：-40目：100％、-160目：≤50％；铁粉中，Fe≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，颗粒度要求：-30目：100％；电解锰中，Mn≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；硅微粉中，SiO2≥98.0％、Fe2O3≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％；冰晶粉中，F：≥53％、Al≥13％、Na≤29，颗粒度要求-80目：100％；镍粉中，Ni≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；钼粉中，Mo≥99.9％，颗粒度要求-60：100％；钛酸钾中，TiO2≥60％、K2O≥30％、S≤0.05％，P≤0.05％，颗粒度要求：-170目：≤100％；氟硅酸钾中，K2SiF6≥98.0％，Pb≤0.05％，S≤0.025％，P≤0.025％，颗粒度要求：-30目：100％。
本发明的目的之二在于提供一种适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条的制备方法。
技术方案是：一种适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条的制备方法，包括以下步骤：
①将药皮粉料拌混合均匀；
②加入药皮总量的20-30％的粘结剂搅拌混合均匀，送入条压机内将其裹覆于焊芯上；
③经低温80～100℃烘焙2～3小时及高温380～400℃烘焙1.5～2小时后得焊条。
本发明的目的之三在于提供一种桥梁用Q500QE钢的焊接方法。
技术方案是：一种桥梁用Q500QE钢的焊接方法，该焊接方法焊缝熔敷金属化学成分为(wt％)：C 0.01-0.10wt％、Mn 1.00-1.60wt％、0≤Si≤0.60wt％、0≤S≤0.015wt％、0≤P≤0.020wt％、Ni 0.80-1.70wt％和Mo 0.10-0.40wt％，余量为Fe及杂质。
作为优选，所述焊缝熔敷金属在焊态情况下，焊缝熔敷金属力学性能的室温抗拉强度Rm≥610Mpa，室温屈服强Rp0.2≥500MPa，室温伸长率A≥20％，-40℃冲击功KV单值≥60J；在620℃±15℃保温1小时情况下，焊缝熔敷金属力学性能的室温抗拉强度Rm≥610Mpa，室温屈服强Rp0.2≥500MPa，室温伸长率A≥20％，-40℃冲击功KV单值≥60J；所述焊接方法焊条上述的焊条。
发明原理：本发明焊条通过焊接中各成分在制备时及焊接时的相互结合，相互影响，交互作用。
有益效果：
本发明采用的焊条通过药皮以碳酸盐、氟化物和硅酸盐为主，同时添加少量的含二氧化钛原材料和改善压涂物质，在各组成成分的综合作用下，焊条性能优良，焊条表面光滑，成品率高，偏心稳定；直流反接焊接时电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，焊条操作性能优异，全位置焊接性能优良；焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝侵润角适中，熔敷金属理化性能适中。焊接时电弧稳定、飞溅小、脱渣好，成型好，全位置操作性能好。所提供的焊条主要用于桥梁用Q500QE钢的焊接，焊缝熔敷金属化学成分控制严格，特别是S、P等有害杂质元素控制极低。
本发明焊条是承压设备专用碱性药皮的高韧性焊条。全位置焊接操作性能良好。熔敷金属具有良好的综合力学性能，并具有良好的冲击韧性和抗裂性能。适用于桥梁用钢的焊接及相应强度等级的低合金钢结构焊接。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例中，焊芯化学成分为(wt％)：C 0.05-0.10wt％、Mn 0.05-0.20wt％、Si≤0.10wt％、S≤0.015wt％、P≤0.015wt％，余量为Fe及杂质。
本实施例中，当焊芯为1000g时，药皮组成成分及含量为(g)：大理石320、萤石300、金红石50、纯碱5、锆英砂2、铁粉200、电解锰15、硅微粉20、冰晶粉15、镍粉7、钼粉3。
将上述药皮混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于规格4.0mm的上述焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时，即得本实施例焊条。
将本实施例所得的焊条进行焊接试验(直流反接焊接，焊接母材为桥梁用Q500QE钢)，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
熔敷金属化学成分为：C：0.070wt％、Mn：1.25wt％、Si：0.25wt％、S：0.008wt％、P：0.009wt％、Ni：1.51wt％、Mo：0.25wt％，余量为铁及杂质。
熔敷金属力学性能如表1：
表1焊条熔敷金属力学性能
实施例2
实施例焊芯成分与实施例1相同。
本实施例中，当焊芯为1000g时，药皮组成成分及含量为(g)：大理石360、萤石280、金红石80、纯碱5、锆英砂2、铁粉300、电解锰18、硅微粉15、冰晶粉12、镍粉7、钼粉3.5。
将上述药皮混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于规格3.2mm焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时，即得本实施例焊条。
将本实施例所得的焊条进行焊接试验(直流反接焊接，焊接母材为桥梁用Q500QE钢)，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
熔敷金属化学成分为：C：0.077wt％、Mn：1.35wt％、Si：0.20wt％、S：0.005wt％、P：0.010wt％、Ni：1.50wt％、Mo：0.23wt％，余量为铁及杂质。
熔敷金属力学性能如表2：
表2焊条熔敷金属力学性能
实施例3
实施例焊芯成分与实施例1相同。
本实施例中，当焊芯为1000g时，药皮组成成分及含量为(g)：大理石380、萤石250、金红石60、纯碱5、锆英砂2、铁粉330、电解锰18、硅微粉15、冰晶粉18、镍粉8、钼粉4。
将上述药皮混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃250g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于规格5.0mm焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1.5小时，即得本实施例焊条。
将本实施例所得的焊条进行焊接试验(直流反接焊接，焊接母材为桥梁用Q500QE钢)，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
熔敷金属化学成分为：C：0.082wt％、Mn：1.31wt％、Si：0.23wt％、S：0.006wt％、P：0.008wt％、Ni：1.55wt％、Mo：0.29wt％，余量为铁及杂质。
焊条熔敷金属力学性能如表3：
表3焊条熔敷金属力学性能
本发明中，大理石：CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；萤石：CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；金红石：TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求为：-40目：≥100％、-160目：≤30％；纯碱：Na2CO3≥99％、NaCl≤0.70％，锆英砂：ZrO2≥60％、SiO2≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，颗粒度要求为：-40目：100％、-160目：≤50％；铁粉：Fe≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，颗粒度要求：-30目：100％；电解锰：Mn≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；硅微粉：SiO2≥98.0％、Fe2O3≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％；冰晶粉：F：≥53％、Al≥13％、Na≤29，颗粒度要求-80目：100％；镍粉：Ni≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；钼粉：Mo≥99.9％，颗粒度要求-60：100％。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，该药皮组成和含量为：大理石300～400重量份、萤石200～320重量份、金红石30～100重量份、纯碱4～7重量份、锆英砂1～5重量份、铁粉150～350重量份、电解锰10～20重量份、硅微粉10～40重量份、冰晶粉10～20重量份、镍粉5～10重量份和钼粉2～5重量份，钛酸钾5-10重量份，氟硅酸钾5-10重量份。
2.根据权利要求1所述的适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条，其特征在于：所述大理石320～380重量份、萤石250～300重量份、金红石50～80重量份、锆英砂2～3重量份、铁粉200～330重量份、电解锰15～18重量份、硅微粉15～20重量份、冰晶粉15～18重量份、镍粉7～9重量份、钼粉3～4重量份，钛酸钾6-8重量份，氟硅酸钾5.5-8重量份。
3.根据权利要求1或2所述的适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条，其特征在于：所述焊芯化学成分为C 0.05-0.10wt％、Mn 0.05-0.20wt％、0≤Si≤0.10wt％、0≤S≤0.015wt％和0≤P≤0.015wt％，余量为Fe及杂质。
4.根据权利要求2或3所述的适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条，其特征在于：所述大理石为320重量份，萤石为300重量份，金红石为50重量份，纯碱为5重量份，锆英砂为2重量份，铁粉为200重量份，电解锰为15重量份，硅微粉为20重量份，冰晶粉为15重量份，镍粉为7重量份，钼粉为3重量份，钛酸钾6重量份，氟硅酸钾8重量份。
5.根据权利要求2或3所述的适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条，其特征在于：所述大理石为360重量份，萤石为280重量份，金红石为80重量份，纯碱为5重量份，锆英砂为2重量份，铁粉为300重量份，电解锰为18重量份，硅微粉为15重量份，冰晶粉为12重量份，镍粉为7重量份，钼粉为3.5重量份，钛酸钾7重量份，氟硅酸钾7重量份。
6.根据权利要求2或3所述的适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条，其特征在于：所述大理石为380重量份，萤石为250重量份，金红石为60重量份，纯碱为5重量份，锆英砂为2重量份，铁粉为330重量份，电解锰为18重量份，硅微粉为15重量份，冰晶粉为18重量份，镍粉为8重量份，钼粉为4重量份，钛酸钾8重量份，氟硅酸钾5.5重量份。
7.根据权利要求1-6任一所述的适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条，其特征在于：所述大理石中，CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；萤石中，CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；金红石中，TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求为：-40目：≥100％、-160目：≤30％；纯碱中，Na2CO3≥99％、NaCl≤0.70％，锆英砂中，ZrO2≥60％、SiO2≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，颗粒度要求为：-40目：100％、-160目：≤50％；铁粉中，Fe≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，颗粒度要求：-30目：100％；电解锰中，Mn≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；硅微粉中，SiO2≥98.0％、Fe2O3≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％；冰晶粉中，F：≥53％、Al≥13％、Na≤29，颗粒度要求-80目：100％；镍粉中，Ni≥99.9％，颗粒度要求-60目：100％；钼粉中，Mo≥99.9％，颗粒度要求-60：100％；钛酸钾中，TiO2≥60％、K2O≥30％、S≤0.05％，P≤0.05％，颗粒度要求：-170目：≤100％；氟硅酸钾中，K2SiF6≥98.0％，Pb≤0.05％，S≤0.025％，P≤0.025％，颗粒度要求：-30目：100％。
8.一种权利要求1至7任一权利要求所述的适用于桥梁用Q500QE钢的配套焊条的制备方法，包括以下步骤：
①将药皮粉料拌混合均匀；
②加入药皮总量的20-30％的粘结剂搅拌混合均匀，送入条压机内将其裹覆于焊芯上；
③经低温80～100℃烘焙2～3小时及高温380～400℃烘焙1.5～2小时后得焊条。
9.一种桥梁用Q500QE钢的焊接方法，该焊接方法焊缝熔敷金属化学成分为(wt％)：C0.01-0.10wt％、Mn 1.00-1.60wt％、0≤Si≤0.60wt％、0≤S≤0.015wt％、0≤P≤0.020wt％、Ni 0.80-1.70wt％和Mo 0.10-0.40wt％，余量为Fe及杂质。
10.根据权利要求9所述的桥梁用Q500QE钢的焊接方法，其特征在于：所述焊缝熔敷金属在焊态情况下，焊缝熔敷金属力学性能的室温抗拉强度Rm≥610Mpa，室温屈服强Rp0.2≥500MPa，室温伸长率A≥20％，-40℃冲击功KV单值≥60J；在620℃±15℃保温1小时情况下，焊缝熔敷金属力学性能的室温抗拉强度Rm≥610Mpa，室温屈服强Rp0.2≥500MPa，室温伸长率A≥20％，-40℃冲击功KV单值≥60J；所述焊接方法焊条采用权利要求1-7任一所述的焊条。
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