CN110682027A - 具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条及制备方法 - Google Patents
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Abstract
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条及制备方法，按重量比称取药芯中各组分：金属锰粉90~96%，石墨1~3%，碳酸钾1~3%，钛酸钾0~2%，其余为还原铁粉，先将碳酸钾和钛酸钾高温烘焙除去水分，与药芯中的其他组分进行混粉，保温制得药芯粉；称取药皮中各组分：大理石27~33%，碳酸钡4~11%，萤石20~24%，金红石1~3%，氧化铝3~7%，石英1~3%，脱水云母1~3%，CMC 1~2%，45#硅铁7~12%，金属镍粉3~8%，金属铬粉5~10%，金属钼粉3~8%，氮化铬铁0~1%，混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入纯钠水玻璃混合搅拌；将低碳钢钢带表皮压制成U型，添加药芯粉制成药芯焊丝毛坯，拉拔减径制出无缝焊芯，并与药皮制成电焊条；本发明制备的焊条电阻小、焊接工艺性好、电弧稳定、易脱渣、无气孔、耐吸潮、低温韧性好。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条及制备方法，适用于高锰奥氏体低温钢天然气储罐的焊接。
背景技术
随着全球经济的快速发展和各国对环保的重视，使得天然气（LNG）需求量与日俱增，我国是能源消耗大国，随着我国经济社会的发展，能源领域的供求矛盾日益凸显。为了推进我国与相关国家的能源和矿产资源合作，保障国家能源安全和维护国内船东利益，扩大自建LNG船队规模迫在眉睫。船用LNG储罐低温材料是LNG船建造的核心技术之一，传统LNG储罐建造材料有奥氏体不锈钢、镍基合金、铝合金和9Ni钢等，其中9Ni钢应用范围最广，但其价格高昂，LNG储罐建造成本居高不下。高锰奥氏体低温钢低温性能优良、价格实惠，可以大大降低LNG储罐建造成本，为此各国相继展开了高锰奥氏体低温钢应用的研制。
韩国浦项公司首先成功开发出用于LNG储罐的新型高锰奥氏体低温钢，国内舞阳钢铁有限责任公司、南京钢铁股份公司也先后研制出低温性能良好的高锰奥氏体钢，与此同时，配套的高锰奥氏体低温钢焊接材料的研究也被各研究机构提上日程，其中手工电焊条适合全位置焊接，在LNG储罐建造中占有重要的地位。目前也有关于高锰钢焊条的研究，但其采用的焊芯均为冶炼的合金钢实心焊芯，电阻大，焊条在使用过程中易发红、药皮脱落，导致焊接工艺性较差而且焊条利用率低；或者使用的焊芯为低碳钢焊芯，主要通过药皮向焊缝中过渡合金，并且应用于母材为锰含量为11wt%~14wt%的铸钢；针对上述情况，本发明提出一种具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条及制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题的不足，本发明提出一种具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条及制备方法，制备的焊条具有电阻小、全位置焊接工艺性良好、电弧稳定、熔池清晰、易脱渣、无气孔、热裂纹敏感性低、耐吸潮、低温韧性好的优点。
本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉90~96%，石墨1~3%，碳酸钾1~3%，钛酸钾0~2%，其余为还原铁粉；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石27~33%，碳酸钡4~11%，萤石20~24%，金红石1~3%，氧化铝3~7%，石英1~3%，脱水云母1~3%，CMC 1~2%，45#硅铁7~12%，金属镍粉3~8%，金属铬粉5~10%，金属钼粉3~8%，氮化铬铁0~1%。
作为优选方案，所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005。
作为优选方案，所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在440~460℃高温烘焙并保温0.8~1.2h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在110~130℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重24~30%的纯钠水玻璃，混合搅拌；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
作为优选方案，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.40~1.45g/mm3、波美度为43°。
本发明的有益效果是：
（1）焊芯采用无缝药芯焊丝的形式，将一部分合金裹入无缝药芯焊丝中，不仅能完成合金过渡，而且大大减小了焊芯的电阻和改善了金属过渡形式，优化焊接工艺性和提高焊条利用率；另外由于无缝药芯焊丝吸潮的倾向远小于药皮，将一定量稳弧性极好但易吸潮的碳酸钾、钛酸钾经过高温烘焙之后加入到无缝药芯焊丝中，从而减少其在药皮中的加入量，有效地提高了焊条的抗吸潮能能力和降低焊条熔敷金属的扩散氢含量；同时药皮通过添加合金化元素、脱氧剂、造渣剂、稳弧剂、造气剂等，一方面配合焊芯完成合金过渡，另一方面使焊条获得良好的全位置焊接工艺性；
（2）本发明通过把焊芯做成无缝药芯焊丝的形式，使焊芯的电阻只有实心高锰焊芯的1/3，避免了焊接过程中焊条发红的问题；另外，本发明在在焊接过程中以喷射过渡的形式完成金属向焊缝的过渡，焊接工艺性得到极大改善；因此，本发明既能保证良好的焊接接头性能，也能实现良好的焊接工艺性和焊条利用率，具有电阻小、全位置焊接工艺性良好、电弧稳定、熔池清晰、易脱渣、无气孔、热裂纹敏感性低、耐吸潮、低温韧性好的优点。
具体实施方式
下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉90~96%，石墨1~3%，碳酸钾1~3%，钛酸钾0~2%，其余为还原铁粉；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石27~33%，碳酸钡4~11%，萤石20~24%，金红石1~3%，氧化铝3~7%，石英1~3%，脱水云母1~3%，CMC 1~2%，45#硅铁7~12%，金属镍粉3~8%，金属铬粉5~10%，金属钼粉3~8%，氮化铬铁0~1%；
按照上述无缝焊芯和药皮的配比，可获得熔敷金属要求如下：C：0.2~0.6wt%，Si：0.3~0.8wt%，Mn：20~28wt%，Ni：1.0~4.0wt%，Cr：2.0~6.0wt%，Mo：1.0~4.0，N≤0.05；S：≤0.015wt%，P：≤0.020wt%，余量为Fe。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在440~460℃高温烘焙并保温0.8~1.2h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在110~130℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重24~30%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.40~1.45g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
本发明中焊芯主要原材料的作用如下：
金属锰粉：向焊缝中过渡锰元素；
钛酸钾、碳酸钾：主要起稳弧作用，适宜的加入碳酸钾、钛酸钾可以优化焊接工艺性，加入量过小稳弧作用不足，加入量过大对提高稳弧作用不大，增加成本；
石墨：主要作用为稳定电弧，并且向焊缝中增碳。
本发明中药皮中主要原材料的作用如下：
大理石、碳酸钡：两者主要作用都是造渣、造气、稳弧，提高熔渣碱度，增大熔渣表面张力和界面张力，其中碳酸钡的稳弧性优于大理石，适当增加碳酸钡比例有利于提高电弧稳定性；两者的总加入量少于31wt%时，造渣量不够，对熔敷金属保护不充分；加入量大于44wt%时，增加药皮熔点，降低焊接速度，铁水变黏，易使焊缝内产生气孔；
萤石：主要作用是造渣、去氢，适量的添加可调整熔渣的熔点和黏度，增加其流动性，以达到活化熔池、改善脱渣和除氢的目的；萤石加入量低于20wt%时，铁水较粘，熔敷金属的扩散氢含量偏高，加入量大于24wt%时，药皮熔点低，电弧稳定性变差；
金红石、氧化铝、石英：主要作用是造渣，细化熔滴，调整熔渣的黏度、熔点和增加渣的活泼性，三者适宜加入量分别为金红石1~3wt%，氧化铝3~7wt%，石英1~3wt%；
脱水云母：主要作用改善压涂性，同时还能稳定电弧，脱云母加入量大于3wt%时，熔敷金属的扩散氢含量偏高；加入量低于1wt%时，焊条的压涂性变差；
CMC：增加药皮的滑润性，加入量大于2wt%时，焊条容易吸潮，加入量低于1wt%时，改善压涂性的作用不明显；
45#硅铁：为主要脱氧剂，能加速焊条熔化，脱氧产物参与造渣，提高熔渣的流动性，同时也为焊缝提供Si元素；加入量大于12wt%时，焊缝中的Si元素偏高，焊缝的冲击韧性变差，加入量低于7wt%时，焊缝脱氧不充分，渣的流动性也变差；
金属镍粉、金属铬粉、金属钼粉：向焊缝中过渡合金元素，满足焊缝力学性能，三者的加入量分别为金属镍粉3~8wt%，金属铬粉5~10wt%，金属钼粉3~8wt%；
氮化铬铁：向焊缝中增氮和过渡铬，起到改善焊缝性能的作用，但加入量超过1.0%会造成焊缝中氮含量过高，恶化焊缝塑性和韧性，本发明氮化铬铁加入量不超过1.0%；
纯钠水玻璃：主要作用是粘结粉体，水玻璃加入量大于30wt%时，压涂压力偏小，药皮的密实度和强度变差，加入量低于24wt%时，压涂压力偏高，药皮发毛，偏心不易控制。
焊缝中各合金元素的作用如下：
碳（C）：钢中最重要的强化元素，也是高锰钢中重要的奥氏体形成元素，与Mn、Ni共同作用，维持焊缝组织为纯奥氏体组织，但碳含量超过0.6％时，焊接时会产生大量气体易产生气孔，并且碳与锰、铬等合金元素结合会产生MC、M23C6等的碳化物，从而会降低低温冲击韧性降低，因此碳含量需控制在0.2～0.6wt%；
硅（Si）：用于在焊接接头内产生脱氧效果及焊道的铺展性而添加的元素。如果硅的含量较低，产生的SiO2不足，会降低焊接接头的流动性，另一方面，如果硅的含量超过0.8％，会引起焊接接头内的偏析等，从而会降低低温冲击韧性，且会增加热裂纹的敏感性，因此，硅的含量控制在0.3～0.8％；
锰（Mn）：形成低温稳定相奥氏体的主要元素，是本发明最重要的合金元素，含量为20~28wt%，在熔池金属凝固时与C、Ni共同作用，以奥氏体为凝固初始相并保持到室温，最终焊缝组织为奥氏体相。Mn有固溶强化，稳定奥氏体，抑制ε-马氏体的形成的作用，但Mn过高时会产生较多的偏析，产生沿晶界脆性断裂，使低温韧性下降，且焊接过程中产生较多的有害焊接烟尘，因此Mn含量控制在20~28wt%；
镍（Ni）：添加增可以提高焊缝金属的堆垛层错能，从而提高低温冲击韧性，但是加入量过大，不仅会降低焊缝金属强度，还会增加焊接材料的成本，综合考虑，本发明的镍最佳含量为1.0~4.0wt%；
铬（Cr）：主要作用是提高焊缝金属的强度，但铬含量超过6.0％时，会产生过量铬的碳化物，从而会产生降低低温韧性的问题，因此，将铬的含量控制在2.0~6.0％以下；
钼（Mo）：主要作用是提高焊缝金属的强度，此外可以缩小固液共存区间，从而抑制焊缝高温裂纹的产生，但是，当焊缝中Mo含量超过4.0％时，会和铬一样产生过量的钼的碳化物，从而存在降低温韧性的风险，本发明钼的含量控制在1.0~4.0％；
氮（N）：配合其他强化元素提高焊缝金属的强度，但是当加入的N过多时易形成大尺寸氮化物夹杂，严重恶化焊缝的塑性和韧性。本发明中N的上限为0.05%；
硫（S）、磷（P）：硫、磷为焊缝中有害元素，硫易形成FeS低熔点化合物增加焊接热裂纹敏感性，磷易在晶界上形成脆性化合物恶化焊缝韧性，因此尽量降低硫、磷含量，根据试验结果确定硫、磷上限分别为0.015wt%、0.020wt%。
下面结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉90%，石墨3%，碳酸钾3%，钛酸钾0%，还原铁粉4%；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石27%，碳酸钡11%，萤石24%，金红石1%，氧化铝7%，石英3%，脱水云母1%，CMC 2%，45#硅铁7%，金属镍粉3%，金属铬粉5%，金属钼粉8%，氮化铬铁1%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在440℃高温烘焙并保温0.8h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在110℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重24%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.40g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
实施例2
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉90%，石墨3%，碳酸钾3%，钛酸钾0%，还原铁粉4%；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石30%，碳酸钡7%，萤石22%，金红石3%，氧化铝5%，石英1%，脱水云母3%，CMC 1%，45#硅铁10%，金属镍粉6.5%，金属铬粉6.5%，金属钼粉4.5%，氮化铬铁0.5%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在440℃高温烘焙并保温0.8h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在110℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重24%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.40g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
实施例3
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉90%，石墨3%，碳酸钾3%，钛酸钾0%，还原铁粉4%；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石33%，碳酸钡4%，萤石20%，金红石2%，氧化铝3%，石英1%，脱水云母2%，CMC 2%，45#硅铁12%，金属镍粉5%，金属铬粉10%，金属钼粉6%，氮化铬铁0%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在440℃高温烘焙并保温0.8h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在110℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重24%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.40g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
实施例4
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉93%，石墨2%，碳酸钾1%，钛酸钾2%，还原铁粉2%；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石27%，碳酸钡11%，萤石24%，金红石1%，氧化铝7%，石英3%，脱水云母1%，CMC 2%，45#硅铁7%，金属镍粉3%，金属铬粉5%，金属钼粉8%，氮化铬铁1%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在450℃高温烘焙并保温1h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在120℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重27%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.42g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
实施例5
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉93%，石墨2%，碳酸钾1%，钛酸钾2%，还原铁粉2%；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石30%，碳酸钡7%，萤石22%，金红石3%，氧化铝5%，石英1%，脱水云母3%，CMC 1%，45#硅铁10%，金属镍粉6.5%，金属铬粉6.5%，金属钼粉4.5%，氮化铬铁0.5%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在450℃高温烘焙并保温1h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在120℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重27%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.42g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
实施例6
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉93%，石墨2%，碳酸钾1%，钛酸钾2%，还原铁粉2%；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石33%，碳酸钡4%，萤石20%，金红石2%，氧化铝3%，石英1%，脱水云母2%，CMC 2%，45#硅铁12%，金属镍粉5%，金属铬粉10%，金属钼粉6%，氮化铬铁0%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在450℃高温烘焙并保温1h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在120℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重27%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.42g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
实施例7
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉96%，石墨1%，碳酸钾2%，钛酸钾1%，还原铁粉为0；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石27%，碳酸钡11%，萤石24%，金红石1%，氧化铝7%，石英3%，脱水云母1%，CMC 2%，45#硅铁7%，金属镍粉3%，金属铬粉5%，金属钼粉8%，氮化铬铁1%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在460℃高温烘焙并保温1.2h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在130℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重30%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.45g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
实施例8
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉96%，石墨1%，碳酸钾2%，钛酸钾1%，还原铁粉为0；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石30%，碳酸钡7%，萤石22%，金红石3%，氧化铝5%，石英1%，脱水云母3%，CMC 1%，45#硅铁10%，金属镍粉6.5%，金属铬粉6.5%，金属钼粉4.5%，氮化铬铁0.5%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在460℃高温烘焙并保温1.2h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在130℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重30%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.45g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
实施例9
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉96%，石墨1%，碳酸钾2%，钛酸钾1%，还原铁粉为0；所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%；
所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石33%，碳酸钡4%，萤石20%，金红石2%，氧化铝3%，石英1%，脱水云母2%，CMC 2%，45#硅铁12%，金属镍粉5%，金属铬粉10%，金属钼粉6%，氮化铬铁0%。
具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在460℃高温烘焙并保温1.2h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在130℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重30%的纯钠水玻璃，混合搅拌，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.45g/mm3、波美度为43°；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
将实施例1~9制成的焊条进行焊接试验，以Φ4.0mm焊条为例，焊接试验前将焊条350℃烘焙1小时，采用直流反接，焊接电流为150~160A，道间温度不超过100℃，在根据国标GB/T 5118~2012和AWS A5.5标准规定，进行熔敷金属化学成分分析（见表1）、熔敷金属力学性能测试（见表2）。
表1实施例1~9中的熔敷金属化学成分（wt%）
表2 实施例1~9中熔敷金属的力学性能
由上可知，本发明制得的焊条全位置焊接工艺性良好，焊缝金属成分合理，力学性能稳定，可用于高锰奥氏体低温钢的焊接。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，其特征在于，包括焊芯和药皮，所述焊芯包括药芯和表皮，所述药芯占所述焊芯总重的34~35%，所述药芯中的各组分按重量比包括：金属锰粉90~96%，石墨1~3%，碳酸钾1~3%，钛酸钾0~2%，其余为还原铁粉；
所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石27~33%，碳酸钡4~11%，萤石20~24%，金红石1~3%，氧化铝3~7%，石英1~3%，脱水云母1~3%，CMC 1~2%，45#硅铁7~12%，金属镍粉3~8%，金属铬粉5~10%，金属钼粉3~8%，氮化铬铁0~1%。
2.如权利要求1所述的具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，其特征在于，所述表皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带中包括以下质量分数的化学成分：0.1~0.4%的Mn，C≤0.10%，Si≤0.020，S≤0.010，P≤0.010，O≤0.005，N≤0.005。
3.如权利要求1所述的具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条，其特征在于，所述金属锰粉中包括以下质量分数的化学成分：Mn≥97.0%，C≤0.05%，S≤0.02%，P≤0.03%，所述石墨中包括以下质量分数的化学成分：C≥95%，S≤0.10%，P≤0.010%，所述碳酸钾中包括以下质量分数的化学成分：K2CO3≥98.0%，S≤0.02%，P≤0.02%，所述钛酸钾中包括以下质量分数的化学成分：30~35%的Na2O+K2O，50~59的TiO2，S≤0.02%，P≤0.02%。
4.如权利要求2所述的具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按要求称取药芯中的各组分，先将碳酸钾和钛酸钾在440~460℃高温烘焙并保温0.8~1.2h，除去水分；
（2）将处理过的碳酸钾和钛酸钾与药芯中的其他组分进行混粉，混粉后在110~130℃保温，避免碳酸钾和钛酸钾再次吸潮，制得药芯粉；
（3）按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重24~30%的纯钠水玻璃，混合搅拌；
（4）将低碳钢钢带表皮经轧制机组压制成U型，在线同步向表皮中添加药芯粉，添加药芯粉后的表皮在成形辊轧制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经逐道拉拔减径制备出无缝焊芯；
（5）将无缝焊芯与药皮在常规焊条生产设备上制成电焊条。
5.如权利要求4所述的具有无缝焊芯的高锰奥氏体低温钢用电焊条的制备方法，其特征在于，所述纯钠水玻璃的模数为3.2、密度为1.40~1.45g/mm3、波美度为43°。
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