CN112935626A - 一种用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,所述的焊丝由钢带和金属粉药芯两部分组成,所述的金属粉芯由包括如下质量百分比的组分制成:石墨:0.70‑0.95%,电解锰:5.5‑8.5%,45#硅铁:5.5‑8.5%,镍粉:5.0‑8.0%,钼粉:1.0‑5.0%,铜粉:1.0‑3.0%,钒铁:0.35‑0.85%,钛铁:0.1‑0.5%,金属铬:0.5‑3.0%,余量为还原铁粉;各成分的质量分数之和为100%。本发明所述的用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝能够满足Q460耐火耐候钢焊接配套使用,高温屈服强度达到了Q460Mpa钢板的常温屈服强度规定值的2/3以上,并且具有一定的耐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于焊丝领域,尤其是涉及一种用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝。
背景技术
建筑钢结构具有自重轻、造价低和施工周期短等优点,但普通建筑用钢在350℃高温时屈服强度迅速下降到2/3以下,700℃时只有50Mpa左右。在20世纪80年代日本就提出耐火钢概念,允许建筑物在不使用耐火涂层,按照钢的高温强度确定钢的使用温度,使新材料在钢结构上得到应用。这种钢材相对于涂覆耐火材料来说具有成本低、建设周期短、建筑物重量轻等优点,因此耐火耐候钢在建筑行业的应用会越来越多。目前,国内外许多国家已经开展了耐火温度为600℃的建筑用耐火钢研制工作,为满足特殊环境的使用,还需要兼顾耐火钢的耐蚀性能。与此同时,耐火耐候钢配套焊材要满足与其对应的耐火耐候性能,普通耐热钢用焊丝不符合其要求,需研制一种配套的耐火耐候焊材。
金属粉芯焊丝作为药芯焊丝的一种,与实心焊丝相比,在制作方面脱离的钢厂对盘条生产的制约,熔敷金属更加方便快捷的调配出所需要的化学成分,从而满足使用性能要求。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在克服现有技术中的缺陷,提出一种用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,该焊丝由钢带和金属粉药芯两部分组成,所述的金属粉芯由包括如下质量百分比的组分制成:
石墨:0.70-0.95%,电解锰:5.5-8.5%,45#硅铁:5.5-8.5%,镍粉:5.0-8.0%,钼粉:1.0-5.0%,铜粉:1.0-3.0%,钒铁:0.35-0.85%,钛铁:0.1-0.5%,金属铬:0.5-3.0%,余量为还原铁粉;
各成分的质量分数之和为100%。
优选的,所述的焊丝由钢带和金属粉药芯两部分组成,所述的金属粉芯由包括如下质量百分比的组分制成:
石墨:0.70-0.95%,电解锰:5.5-8.5%,45#硅铁:5.5-8.5%,镍粉:5.0-8.0%,钼粉:1.0-4.5%,铜粉:1.0-3.0%,钒铁:0.35-0.80%,钛铁:0.1-0.5%,金属铬:0.5-2.5%,余量为还原铁粉;
各成分的质量分数之和为100%。
优选的,所述的钒铁的质量分数为0.35-0.65%。
优选的,所述的钼粉的质量分数为1.0-4.0%。
进一步,所述的焊丝的熔敷金属力学性能为:常温屈服强度为≥460MPa,抗拉强度≥570MPa,600℃保温3h的高温屈服强度≥307MPa,-40℃时冲击功平均值Akv≥60J,耐候指数I≥6.5。
进一步,所述的钢带由包括如下质量百分比的组分制成:
C:0.015-0.035wt%,Mn:0.18-0.26wt%,Si:≤0.03wt%,P≤0.014wt%,S≤0.010wt%,Al≤0.035wt%,O≤0.0060wt%,N≤0.0030wt%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
各成分的质量分数之和为100%。
进一步,所述的金属粉芯的质量占焊丝总质量的12-18%。
所述的于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝的应用,所述的焊丝在大型建筑或高层建筑中的应用;所述的焊丝在具有防火、耐候及低温冲击韧性功能的结构钢中的应用。
石墨的适量加入可以向焊缝中过渡适量的C元素,与其他强碳化物形成元素形成细小弥散的碳化物,有效提高焊缝金属的高温强度。C的含量过高会显著增大层错能,低温冲击韧性降低。
本发明钼粉是铁素体形成元素也是保证熔敷金属高温强度的有效合金元素,Mo在钢中大部分溶于铁素体基体,在高温加热后会析出细小的碳化物形成弥散强度作用,提高熔金的高温强度,因此Mo的含量过低提升高温强度的效果不明显。当Mo含量过高时,又会造成熔敷金属的组织中存在大量硬化相,降低低温冲击韧性。
通过微合金化的手段,添加了过渡元素V,Ti的钒铁和钛铁。添加微量的V和Ti能增强细小碳化物弥散析出效果,这种碳化物在高温下相对稳定,有效抑制了高温下强度的降低。并且Ti的氧化物是焊缝金属中针状铁素体的形核剂,有助于改善熔敷金属的韧性。但添加过量的V和Ti后这种碳化物的形成达到饱和,并且会降低熔敷金属的冲击韧性。
电解锰作为脱氧剂,可减少熔敷金属中的氧含量从而提高冲击韧性。并且向焊缝中过渡Mn元素,可提高熔敷金属的强度,还可提高焊缝的韧性,如果焊缝中Mn的含量过低,会导致焊缝金属中脱氧不足。如果含量过高,造成熔敷金属强度过高,沿晶界脆性断裂,从而降低冲击韧性。
45#硅铁作为脱氧剂可降低熔敷金属的氧含量,向焊缝中过渡Si元素,一定量的Si元素可以改善铁水流动性,改善焊缝成型,提高焊丝的焊接工艺性。但加入过量的Si会导致熔敷金属韧性下降,增加焊缝裂纹产生倾向。
镍粉是改善熔敷金属耐腐蚀性能的主要成分,也可有效改善熔敷金属的低温冲击韧性。Ni元素是贵金属,价格昂贵,添加镍粉会大幅度增加焊丝的原料成本,并且Ni含量偏高也容易引起熔敷金属出现热裂纹现象。
金属铬和铜粉是提高耐候钢耐腐蚀系数的主要成分,尤其与Ni元素配合可以明显提高熔敷金属的耐蚀性能。Cu可以促进锈层中а-FeOOH的生成,比γ-FeOOH致密,阻碍了大气中水份的渗入。Cr元素易于氧化,能在金属表面迅速形成Cr2O3氧化膜,这一层极薄的薄膜形成致密的钝化膜,使熔敷金属与腐蚀介质隔离,提高耐腐蚀性。但Cr和Cu的含量过高都会不同程度的降低低温冲击韧性。
相对于现有技术,本发明具有以下优势:
(1)本发明所述的用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝能够满足Q460耐火耐候钢焊接配套使用,高温屈服强度达到了Q460Mpa,钢板的常温屈服强度规定值的2/3以上,并且具有一定的耐蚀性能。
(2)本发明所述的用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝的熔敷金属力学性能可达到常温抗拉强度≥460MPa,抗拉强度≥570MPa,600℃保温3h环境下的高温屈服≥307MPa,耐候指数I≥6.5。低温(-40℃)下具有较高的冲击韧性,满足Q460耐火耐候钢焊接的技术要求。并且金属粉芯的合金元素中控制了镍粉重量百分比5.0-8.0%,具有更好的经济性。
具体实施方式
除有定义外,以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,该焊丝由钢带和金属粉药芯两部分组成,其钢带的化学组分是:C:0.031wt%,Mn:0.20wt%,Si:0.008wt%,P:0.007wt%,S:0.006wt%,Al::0.004wt%,O:0.0027wt%,N:0.0016wt%,余量为Fe和不可避免的杂质元素。所述的金属粉芯由包括如下质量百分比的组分制成:石墨:0.80%,电解锰:5.8%,45#硅铁:6.0%,镍粉:6.5%,钼粉:1.5%,铜粉:1.3%,钒铁:0.60%,钛铁:0.16%,金属铬:2.5%,余量为还原铁粉;各成分的质量分数之和为100%。
所述的金属粉芯的质量占焊丝总质量的16%。所述金属粉芯焊丝,直径为Ф1.2mm,采用熔化极气体保护焊焊接方法,焊接试板20mm厚。所述焊接试板的坡口形式为Y型,单侧坡口角度为10°。本实施例采用保护气体为混合气体:80vol%氩气和20vol%CO2,气体流量为15-20L/min。本实施例中:焊接电流为280-300A,电弧电压28-30V,焊接速度为36-45cm/min,焊接线能量为10.5-15KJ/cm。
对得到的焊后的焊缝金属显微组织及力学性能进行检测分析:焊缝金属为粒状贝氏体+针状铁素体组织;没有凝固裂纹及再热裂纹产生;焊缝金属的常温屈服强度为649MPa,抗拉强度为711MPa,伸长率A=20.0%,-40℃时冲击功Akv=60-90J,600℃保温3h高温屈服强度为354MPa。
本实施例实验结果表明:采用本实施例制备得到的一种用于Q460耐火耐候钢焊接的金属粉芯焊丝,经熔化极气体保护焊焊接后,熔敷金属的力学性能完全满足Q460MPa耐火耐候钢的性能要求。
实施例2
一种用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,该焊丝由钢带和金属粉药芯两部分组成,其钢带的化学组分是:C:0.031wt%,Mn:0.20wt%,Si:0.008wt%,P:0.007wt%,S:0.006wt%,Al::0.004wt%,O:0.0027wt%,N:0.0016wt%,余量为Fe和不可避免的杂质元素。所述的金属粉芯由包括如下质量百分比的组分制成:石墨:0.77%,电解锰:7.3%,45#硅铁:6.6%,镍粉:7.0%,钼粉:2.8%,铜粉:1.8%,钒铁:0.50%,钛铁:0.30%,金属铬:1.8%,余量为还原铁粉;各成分的质量分数之和为100%。
所述的金属粉芯的质量占焊丝总质量的13%。金属粉芯焊丝的直径为Ф1.2mm,采用熔化极气体保护焊焊接方法,焊接试板20mm厚。焊接试板的坡口形式为Y型,单侧坡口角度为10°。采用的保护气体为混合气体:80vol%氩气和20vol%CO2,气体流量为15-20L/min。本实施例中:焊接电流为280-300A,电弧电压28-30V,焊接速度为36-45cm/min,焊接线能量为10.5-15KJ/cm。
对得到的焊后的焊缝金属显微组织及力学性能进行检测分析:焊缝金属为粒状贝氏体+针状铁素体组织;没有凝固裂纹及再热裂纹产生;焊缝金属的常温屈服强度为621MPa,抗拉强度为702MPa,伸长率A=22.5%,-40℃时冲击功Akv=70-95J,600℃保温3h高温屈服强度为315MPa。
实施例3
一种用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,该焊丝由钢带和金属粉药芯两部分组成,其钢带的化学组分是:C:0.031wt%,Mn:0.20wt%,Si:0.008wt%,P:0.007wt%,S:0.006wt%,Al::0.004wt%,O:0.0027wt%,N:0.0016wt%,余量为Fe和不可避免的杂质元素。所述的金属粉芯由包括如下质量百分比的组分制成:石墨:0.90%,电解锰:8.3%,45#硅铁:5.6%,镍粉:5.8%,钼粉:3.0%,铜粉:2.8%,钒铁:0.45%,钛铁:0.45%,金属铬:1.5%,余量为还原铁粉;各成分的质量分数之和为100%。
所述的金属粉芯的质量占焊丝总质量的15%。金属粉芯焊丝的直径为Ф1.2mm,采用熔化极气体保护焊焊接方法,焊接试板20mm厚。焊接试板的坡口形式为Y型,单侧坡口角度为10°。采用的保护气体为混合气体:80vol%氩气和20vol%CO2,气体流量为15-20L/min。本实施例中:焊接电流为280-300A,电弧电压28-30V,焊接速度为36-45cm/min,焊接线能量为10.5-15KJ/cm。
对得到的焊后的焊缝金属显微组织及力学性能进行检测分析:焊缝金属为粒状贝氏体+针状铁素体组织;没有凝固裂纹及再热裂纹产生;焊缝金属的常温屈服强度为603MPa,抗拉强度为677MPa,伸长率A=24.0%,-40℃时冲击功Akv=85-100J,600℃保温3h高温屈服强度为320MPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:该焊丝由钢带和金属粉药芯两部分组成,所述的金属粉芯由包括如下质量百分比的组分制成:
石墨:0.70-0.95%,电解锰:5.5-8.5%,45#硅铁:5.5-8.5%,镍粉:5.0-8.0%,钼粉:1.0-5.0%,铜粉:1.0-3.0%,钒铁:0.35-0.85%,钛铁:0.1-0.5%,金属铬:0.5-3.0%,余量为还原铁粉;
各成分的质量分数之和为100%。
2.根据权利要求1所述的用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:所述的焊丝由钢带和金属粉药芯两部分组成,所述的金属粉芯由包括如下质量百分比的组分制成:
石墨:0.70-0.95%,电解锰:5.5-8.5%,45#硅铁:5.5-8.5%,镍粉:5.0-8.0%,钼粉:1.0-4.5%,铜粉:1.0-3.0%,钒铁:0.35-0.80%,钛铁:0.1-0.5%,金属铬:0.5-2.5%,余量为还原铁粉;
各成分的质量分数之和为100%。
3.根据权利要求2所述的用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:所述的钒铁的质量分数为0.35-0.65%。
4.根据权利要求2所述的用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:所述的钼粉的质量分数为1.0-4.0%。
5.根据权利要求2所述的用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:所述的焊丝的熔敷金属力学性能为:常温屈服强度为≥460MPa,抗拉强度≥570MPa,600℃保温3h的高温屈服强度≥307MPa,-40℃时冲击功平均值Akv≥60J,耐候指数I≥6.5。
6.根据权利要求2所述的用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:所述的钢带由包括如下质量百分比的组分制成:
C:0.015-0.035wt%,Mn:0.18-0.26wt%,Si:≤0.03wt%,P≤0.014wt%,S≤0.010wt%,Al≤0.035wt%,O≤0.0060wt%,N≤0.0030wt%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
各成分的质量分数之和为100%。
7.根据权利要求2所述的用于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝,其特征在于:所述的金属粉芯的质量占焊丝总质量的12-18%。
8.权利要求1-8中任一项所述的于耐火耐候钢焊接的金属粉芯药芯焊丝的应用,其特征在于:所述的焊丝在大型建筑或高层建筑中的应用;所述的焊丝在具有防火、耐候及低温冲击韧性功能的结构钢中的应用。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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