CN1089048C - 一种低Cr高Mn奥氏体钢手工电弧焊焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接材料领域中的手工电弧焊焊条制备技术。特别适用于Cr-Mo、Cr-Mo-V类珠光体热强钢构件的异质焊接。该焊条的焊芯化学成分(%)：(0.06～0.1)C；(5.5～7.0)Cr；(9.0～15)Mn；(10～12)Ni；(0.5～0.9)Si；(0.4～0.6)Mo；(0.1～0.2)Ti；S、P＜0.03；余量为Fe。焊条药皮成分为：酸性：5.0～10%的大理石；8.0～10%的萤石；20～25%的金红石；10～15%的长石；10～15%的白泥；4.0～6.0%的云母；4.0～6.0%石英砂；18～20%金属锰；8.0～15%的钛白粉。碱性低氢型：44～46%的大理石；26～30%的萤石；2.0～2.5%的石英砂；8.0～10%的金属锰；4.0～6.0%的工业硅；钛铁3.0～5.0%；钛白粉2.0～6.5%；碳酸锶3.0～5.0%。碱性改进型：20～25%的大理石；15～18%的萤石；20～25%金红石；15～18%钛白粉；2.0～4.0%石英砂；9.0～12%金属锰；2.5～4.0%工业硅；3.0～5.0%钛铁；3.0～5.0%碳酸锶。该种焊条可有效解决异质接头的提前失效问题，提高构件的使用寿命和运行安全。

Description

一种低Cr高Mn奥氏体钢手工电弧焊焊条
技术领域
本发明属于焊接材料领域中的手工电弧焊焊条的制备技术。特别适用于Cr-Mo、Cr-Mo-V类珠光体热强钢的异质焊接。
背景技术
目前，国内外石油化工装置中的高温压力容器及工艺管线大量使用Cr-Mo钢材料，这类材料构件主要采用奥氏体不锈钢焊条、焊丝焊接。据J.Pavlovsky等人在《材料科学与工程》(Material Science andEngineering)1991年A149(105页)及C.D.Lundin在《焊接学报》(WeldingJournal)1982年2月(58页)上的文章报导：Cr-Mo钢异质接头在高温服役或时效过程中，熔合界面两侧会出现增碳层(焊缝金属一侧)、贫碳层(母材一侧)，导致熔合界面附近母材一侧强度下降，焊缝金属一侧硬度增加，韧度降低。随服役时间的延长，增碳层宽度呈抛物线形式增加。另据R.L.Klueh和J.F.King在《焊接学报》(Welding Journal)1982年9月(302页)和D.I.Roberts等在《压力容器技术学报》(Journal of Pressure VesselTechnology)1985年8月Vol.107(247页)上的文章报导：由于增、贫碳层的出现，引起异质接头熔合区狭窄区域内性能的显著变化，使得熔合区成为整个构件的薄弱部位，容易发生提前失效和断裂事故。
发明内容
本发明的目的是，提供一种焊接Cr-Mo类珠光体热强钢的手工电弧焊焊条，用该种焊条焊接，可减小和抑制其服役的异质接头熔合区增、贫碳层的产生，进而解决以往采用奥氏体不锈钢焊条焊接的异质接头的提前失效问题，提高构件的使用寿命和运行安全。
本发明的技术方案是，选用一种低C、低Cr、高Mn、一定的含Ni量，并添加Mo、Ti、Si元素的奥氏体组织合金作为手工电弧焊焊条的焊芯，该焊条与Cr-Mo钢焊接，其异质接头在长期服役过程中，熔合区不产生增、贫碳层。
低Cr高Mn奥氏体钢手工电弧焊焊条的焊芯化学成分(％)：
(0.06～0.1)C；(5.5～7.0)Cr；(9.0～15)Mn；(10～12)Ni；(0.5～0.9)Si；(0.4～0.6)Mo；(0.1～0.2)Ti；S、P＜0.03；余量为Fe。采用工业用非真空感应炉按常规方法冶炼，依照GB4241-84的标准，加工成焊丝。用所得到的焊丝作为焊芯在电焊条涂料机上进行焊条的制备。
焊条药皮成分为：
酸性：5.0～10％的大理石；8.0～10％的萤石；20～25％的金红石；10～15％的长石；10～15％的白泥；4.0～6.0％的云母；4.0～6.0％石英砂；18～20％金属锰；8.0～15％的钛白粉。碱性低氢型：44～46％的大理石；26～30％的萤石；2.0～2.5％的石英砂；8.0～10％的金属锰；4.0～6.0％的工业硅；钛铁3.0～5.0％；钛白粉2.0～6.5％；碳酸锶3.0～5.0％。碱性改进型：20～25％的大理石；15～18％的萤石；20～25％金红石；15～18％钛白粉；2.0～4.0％石英砂；9.0～12％金属锰；2.5～4.0％工业硅；3.0～5.0％钛铁；3.0～5.0％碳酸锶。
本发明的效果是：焊条成分设计合理，制作工艺简单，性能优良，成本低廉，适用于焊接Cr-Mo、Cr-Mo-V类热强钢，还可广泛用于高锰钢以及低合金高强度钢构件的焊接。
具体实施方式
以下详细给出本发明的具体实施方案：
低Cr高Mn奥氏体钢手工电弧焊焊条的焊芯化学成分(％)：
(0.06～0.1)C；(5.5～7.0)Cr；(9.0～15)Mn；(10～12)Ni；(0.5～0.9)Si；(0.4～0.6)Mo；(0.1～0.2)Ti；S、P＜0.03；余量为Fe。采用工业用非真空感应炉按常规方法冶炼，依照GB4241-84的标准，加工成焊丝。用所得到的焊丝作为焊芯在电焊条涂料机上进行焊条的制备。
焊条药皮成分为：
酸性：5.0～10％的大理石；8.0～10％的萤石；20～25％的金红石；10～15％的长石；10～15％的白泥；4.0～6.0％的云母；4.0～6.0％石英砂；18～20％金属锰；8.0～15％的钛白粉。碱性低氢型：44～46％的大理石；26～30％的萤石；2.0～2.5％的石英砂；8.0～10％的金属锰；4.0～6.0％的工业硅；钛铁3.0～5.0％；钛白粉2.0～6.5％；碳酸锶3.0～5.0％。碱性改进型：20～25％的大理石；15～18％的萤石；20～25％金红石；15～18％钛白粉；2.0～4.0％石英砂；9.0～12％金属锰；2.5～4.0％工业硅；3.0～5.0％钛铁；3.0～5.0％碳酸锶。
(1)焊丝冶炼工艺
用工业用非真空感应炉进行冶炼，配料成分：0.08％C、6.0％Cr、11％Ni、13％Mn、0.5％Mo、0.1％Ti、余量为Fe。原材料采用1号Ni、金属Mn、Cr、Mo、Ti、结晶Si、工业纯Fe。出钢前2～3分钟插铝条脱氧。精炼期温度1590～1610℃，时间15分钟；出钢温度1560～1580℃；浇注温度1460～1480℃，采用上注，镇静时间60～80秒，浇注漏斗对准直浇道中心，注成直径φ80mm的圆锭。冶炼后成分：0.08％C、6.12％Cr、11.01％Ni、13.14％Mn、0.31％Mo、0.19％Ti、S＜0.03％、P＜0.03％、余量为Fe。
(2)锻造工艺
始锻温度1060℃；终锻温度大于860℃。锻成55×55mm的方坯。
(3)热轧工艺
55×55mm的方坯轧成φ12mm的盘条。轧前钢锭表面进行砂轮修磨清理；开轧温度1100～1160℃；终轧温度大于900℃；二段式连续燃煤加热炉炉前送钢；空冷。
(4)焊丝制备工艺
工艺流程如下：φ12mm盘条经固溶处理、碱浸、清洗、酸洗、涂层、干燥、冷拔、除涂层、软化退火，最后制成软态φ3.2mm的焊丝盘条。其中固熔处理温度1050～1150℃；润滑涂层水溶液的成分为6～10％氯化钠+25～30％石灰；软化退火温度850±10℃，保温2小时；拉拔道次为φ12～φ10～φ9.0～φ8.0～φ7.0～φ6.5～φ6.0～φ4.8～φ4.0～φ3.4～φ3.2mm。
(5)焊条的制备
采用型号为TL-25A的25吨电焊条涂料机，压制压力8～12MPa进行碱性低氢型焊条的压制。焊条的焊芯为软态φ3.2mm焊丝。焊条药皮成分为：44％的大理石、28％的萤石、石英砂2.5％、8.0％的金属锰、5.0％的工业硅、钛铁3.0％、钛白粉6.5％、碳酸锶3.0％。粉料粒度80～100目。粘结剂采用模数2.8～3.2钠水玻璃，浓度为48～50°Br，依照GB983-85的规定进行焊条的检验、包装。
(6)焊条的焊接工艺
焊条烘干温度为250～300℃，保温1.5h。母材选用Cr5Mo钢管，直径为φ160mm、壁厚为12mm，对接间隙为2.0～4.0mm，采用Y型坡口，焊道层数为3层，坡口角度60°，墩边尺寸为1.0±0.5mm。采用直流电焊机焊接，焊接电流为60～90A，层间温度为150～160℃。
(7)异质接头的力学性能测试
经测试，采用低Cr高Mn奥氏体钢焊条(用H表示)焊接的Cr5Mo钢异质接头的力学性能达到了A302/Cr5Mo接头的同一级别水平，性能数据对比如下表。
               异质接头力学性能数据表
  σx(MPa)    σ0.2(MPa)   δ5(％)   Ψ(％)   AKV(J)
   H/Cr5Mo     530     315   29   64     148
   A302/Cr5Mo     519     311   23.6   70.5     100
(8)时效前后异质接头熔合区组织
结合附图叙述时效前后异质接头熔合区组织：
附图为异质接头在700℃不同时效时间下熔合区金相组织图(放大倍数均为400倍，图中A代表奥氏体钢焊缝金属，Cr5Mo代表母材金属)。
图中(a)为未时效的熔合区组织，异质接头熔合界面的焊缝金属一侧无增碳层产生；
图中(b)为时效10h的熔合区组织，时效初期(700℃，10h)异质接头熔合界面的焊缝金属一侧出现一定宽度(2～3μm)的增碳层；
图中(c)为时效50h的熔合区组织，随时效时间的延长，焊缝金属一侧的增碳层逐渐变窄；
图中(d)为时效100h的熔合区组织，由图可见，经700℃时效100h，焊缝金属一侧的增碳层已完全消失。
上述结果表明，低Cr高Mn奥氏体钢手工电弧焊焊条，焊接Cr5Mo钢可明显减小和抑制异质接头熔合界面两侧增碳层(焊缝金属一侧)、贫碳层(母材一侧)的产生，提高构件的使用寿命和运行安全。
该种焊条成分设计合理，制作工艺简单，性能优良，成本低廉，适用于焊接Cr-Mo、Cr-Mo-V类热强钢，还可广泛用于高锰钢以及低合金高强度钢构件的焊接。

Claims (1)

1.一种低Cr高Mn奥氏体钢手工电弧焊焊条，其特征在于：该种焊条焊芯成分为(％)：(0.06～0.1)C、(5.5～7.0)Cr、(9.0～15)Mn、(10～12)Ni、(0.5～0.9)Si、(0.4～0.6)Mo、(0.1～0.2)Ti、S＜0.03、P＜0.03、余量为Fe；焊条药皮成分为：酸性：5.0～10％的大理石；8.0～10％的萤石；20～25％的金红石；10～15％的长石；10～15％的白泥；4.0～6.0％的云母；4.0～6.0％石英砂；18～20％金属锰；8.0～15％的钛白粉；碱性低氢型：44～46％的大理石；26～30％的萤石；2.0～2.5％的石英砂；8.0～10％的金属锰；4.0～6.0％的工业硅；钛铁3.0～5.0％；钛白粉2.0～6.5％；碳酸锶3.0～5.0％；碱性改进型：20～25％的大理石；15～18％的萤石；20～25％金红石；15～18％钛白粉；2.0～4.0％石英砂；9.0～12％金属锰；2.5～4.0％工业硅；3.0～5.0％钛铁；3.0～5.0％碳酸锶。
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