CN113579548B - 一种焊条及其制备方法和应用和一种熔敷金属 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种焊条及其制备方法和应用和一种熔敷金属，属于焊接材料技术领域，药皮的成分包括：基础药皮、碳酸钡粉、金属镁粉、氟化钙份和金属锰粉，其中，以质量分数计，每100份基础药皮混合8‑12份碳酸钡粉、3‑5份金属镁粉、6‑10份氟化钙粉和2‑4份金属锰粉，通过加入碳酸钡粉、金属镁粉、氟化钙粉、金属锰粉，在焊接过程中进行氧化还原反应，起到保护熔池及对熔池进行脱氧脱氢作用，采用该焊条得到的焊缝金属氧含量超低，力学性能优良，满足加氢反应器的制造要求。

Description

一种焊条及其制备方法和应用和一种熔敷金属
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种焊条及其制备方法和应用和一种熔敷金属。
背景技术
随着重质或超重质油裂化和煤液化新工艺要求加氢设备用材能够适应更高温度和压力的临氢环境，以及加氢设备向大型化发展，原来广泛使用的Cr-Mo钢难以满足更加苛刻的条件以及其相对强度较低，使设备壳体很厚、重量较重，也给制造、运输和吊装带来困难。我国研制的钒改进型2.25Cr1MoV钢已成功地应用于大型热壁加氢反应器的制造；目前还没有实现配套的国产化焊接材料焊缝熔敷金属。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的焊条及其制备方法和应用和熔敷金属。
本发明实施例提供了一种焊条，所述焊条包括药皮，所述药皮的成分包括：基础药皮、碳酸钡粉、金属镁粉、氟化钙份和金属锰粉，其中，以质量分数计，每100份基础药皮混合8-12份碳酸钡粉、3-5份金属镁粉、6-10份氟化钙粉和2-4份金属锰粉。
可选的，以质量分数计，所述碳酸钡粉的化学成分包括：BaCO3≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％；
所述金属镁粉中，Mg≥99.9％；
所述氟化钙粉的化学成分包括：CaF2≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％；
所述金属锰粉中，Mn≥99.9％。
可选的，所述碳酸钡粉的颗粒度要求为：-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；
所述金属镁粉的颗粒度要求为：-60目100％；
所述氟化钙粉的颗粒度要求为：-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；
所述金属锰粉的颗粒度要求为：-60目100％。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的焊条的制备方法，所述方法包括：
将药皮的成分混合，后加入粘结剂，获得混合料；
将所述混合料裹覆于焊芯，后进行烘焙，获得焊条。
可选的，以质量分数计，所述粘接剂占所述药皮成分总量的20％-30％。
可选的，所述烘焙包括低温烘焙和高位烘焙；所述低温烘焙的温度为80℃-100℃，所述低温烘焙的时间为2h-3h；所述高温烘焙的温度为380℃-400℃，所述高温烘焙的时间为1.5h-2h。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的焊条的应用，所述应用包括将所述焊条应用于焊接钒改进型2.25Cr1MoV钢。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的焊条的应用，所述应用包括将所述焊条应用于焊接制备热壁加氢反应器。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种熔敷金属，以质量分数计，所述熔敷金属的化学成分包括：C：0.07％-0.09％，Mn：0.50％-1.00％，Si：0.10％-0.50％，Cr：2.00％-2.60％，Mo：0.80％-1.20％，V：0.10％-0.40％，Nb：0.01％-0.05％，Ba：0.0001％-0.0005％，Mg：0.0002％-0.0006％，其余为Fe和不可避免的杂质。
可选的，所述熔敷金属的含氧量为200ppm-350ppm。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的焊条，所述焊条包括药皮，药皮的成分包括：基础药皮、碳酸钡粉、金属镁粉、氟化钙份和金属锰粉，其中，以质量分数计，每100份基础药皮混合8-12份碳酸钡粉、3-5份金属镁粉、6-10份氟化钙粉和2-4份金属锰粉，通过加入碳酸钡粉、金属镁粉、氟化钙粉、金属锰粉，在焊接过程中进行氧化还原反应，起到保护熔池及对熔池进行脱氧脱氢作用，采用该焊条得到的焊缝金属氧含量超低，力学性能优良，满足加氢反应器的制造要求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本申请通过对2.25Cr1Mo0.25V钢配套焊接材料的工艺性能研究，发明熔敷金属控氧技术，实现配套的国产化焊接材料焊缝熔敷金属具有超低的含氧量以及优良的力学能力，满足加氢反应器的制造要求。
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种焊条，所述焊条包括药皮，所述药皮的成分包括：基础药皮、碳酸钡粉、金属镁粉、氟化钙份和金属锰粉，其中，以质量分数计，每100份基础药皮混合8-12份碳酸钡粉、3-5份金属镁粉、6-10份氟化钙粉和2-4份金属锰粉。
具体而言，基础药皮的成分为：碳酸盐氟化物及化工原材料的混合物，是能够在市场购得的现有药皮，例如：四川大西洋焊接材料股份有限公司的型号为CHH407的产品。
采用以上设计，通过加入碳酸钡粉、金属镁粉、氟化钙粉、金属锰粉，在焊接过程中进行氧化还原反应，起到保护熔池及对熔池进行脱氧脱氢作用，得到力学性能优良的焊缝金属。
碳酸钡粉在高温中分解为二氧化碳和氧化钡，其中二氧化碳可形成保护气体，隔离熔池与空气，防止空气中氧气与熔池接触被氧化。氧化钡可形成熔渣，覆盖在焊缝表面保护焊缝，防止空气中氧气与高温状态下的焊缝接触被氧化。且过渡微量钡元素加入到焊缝，焊缝微合金作用，钡能减少焊缝中氧化物夹杂总量，提高焊缝质量；控制碳酸钡粉的份数为8-12份的原因是碳酸钡粉在高温中分解为和氧化钡，其中二氧化碳可形成保护气体，隔离熔池与空气，防止空气中氧气与熔池接触被氧化。氧化钡可形成熔渣，覆盖在焊缝表面保护焊缝，防止空气中氧气与高温状态下的焊缝接触被氧化。且过渡微量钡元素到焊缝，焊缝微合金作用，钡能减少焊缝中氧化物夹杂总量，提高焊缝质量，加入过多，产生气体较多，电弧吹力较大，不利于焊接时焊工操作，加入过少，气体产生较少，不利于保护熔池，熔池与空气接触被氧化；优选10份碳酸钡粉。
金属镁粉和金属锰粉可与焊缝中氧反应生成氧化镁和氧化锰，对焊缝进行脱氧。镁元素过渡到焊缝中可明显改善钢中刚性夹杂物的形状，将其由不规则形状改质为近似球形，尺寸明显减小，从而减轻了夹杂物在钢中的危害。锰元素过渡到焊缝中可增加钢的强度及硬度，控制金属镁粉的份数为3-5份、金属锰粉的份数为2-4份的原因是金属镁粉和金属锰粉可与焊缝中氧反应生成氧化镁和氧化锰，对焊缝进行脱氧。镁元素过渡到焊缝中可明显改善钢中刚性夹杂物的形状，将其由不规则形状改质为近似球形，尺寸明显减小，从而减轻了夹杂物在钢中的危害。锰元素过渡到焊缝中可增加钢的强度及硬度，加入过多的金属镁粉，氧化还原反应太过剧烈，影响焊工操作，加入过多的金属锰粉，会导致锰过多过渡到焊缝金属，引起焊缝熔敷金属强度过高，韧性下降，加入过少的金属镁粉，焊缝脱氧不足，改善钢中刚性夹杂物的形状效果不佳，不能达到焊缝熔敷金属控氧及减小夹杂物尺寸的最佳效果，加入过少的金属锰粉，脱氧不足及焊缝熔敷金属强度不够，不能得到最佳的力学性能；优选4份金属镁粉，3份金属锰粉。
氟化钙粉在高温下与药皮中的结晶水反应生成氧化钙和氟化氢，可降低焊缝金属的扩散氢含量，提高焊缝抗裂性能，控制氟化钙粉的份数为6-10份原因是氟化钙粉在高温下与药皮中的结晶水反应生成氧化钙和氟化氢，可降低焊缝金属的扩散氢含量，提高焊缝抗裂性能，氟化钙粉加入过多或过少，对降低焊缝金属扩散氢效果不能达到最佳效果，影响焊缝抗裂性嫩；优选8份氟化钙粉。
作为一种可选的实施方式，以质量分数计，所述碳酸钡粉的化学成分包括：BaCO3≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％；
所述金属镁粉中，Mg≥99.9％；
所述氟化钙粉的化学成分包括：CaF2≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％；
所述金属锰粉中，Mn≥99.9％。
作为一种可选的实施方式，碳酸钡粉的颗粒度要求为：-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；
所述金属镁粉的颗粒度要求为：-60目100％；
所述氟化钙粉的颗粒度要求为：-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；
所述金属锰粉的颗粒度要求为：-60目100％。
以上对于颗粒度的控制均是根据经验和标准规定该颗粒度要求最适用于焊条的生产。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种如上提供的焊条的制备方法，所述方法包括：
将药皮的成分混合，后加入粘结剂，获得混合料；
将所述混合料裹覆于焊芯，后进行烘焙，获得焊条。具体而言，焊芯可以采用12Cr2Mo1VR成分的钢盘条加工成直径5.0mm，长400mm的焊芯。
作为一种可选的实施方式，以质量分数计，所述粘接剂占所述药皮成分总量的20％-30％。
作为一种可选的实施方式，烘焙包括低温烘焙和高位烘焙；所述低温烘焙的温度为80℃-100℃，所述低温烘焙的时间为2h-3h；所述高温烘焙的温度为380℃-400℃，所述高温烘焙的时间为1.5h-2h。
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种如上提供的焊条的应用，所述应用包括将所述焊条应用于焊接钒改进型2.25Cr1MoV钢。
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种如上提供的焊条的应用，所述应用包括将所述焊条应用于焊接制备热壁加氢反应器。
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种熔敷金属，以质量分数计，所述熔敷金属的化学成分包括：C：0.07％-0.09％，Mn：0.50％-1.00％，Si：0.10％-0.50％，Cr：2.00％-2.60％，Mo：0.80％-1.20％，V：0.10％-0.40％，Nb：0.01％-0.05％，Ba：0.0001％-0.0005％，Mg：0.0002％-0.0006％，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为一种可选的实施方式，熔敷金属的含氧量为200ppm-350ppm。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的焊条及其制备方法和应用和一种熔敷金属进行详细说明。
实施例1
本实施例涉及的焊条药皮是在基础药皮为100重量比的配方中添加：碳酸钡粉10重量比、金属镁粉4重量比、氟化钙粉8重量比、金属锰粉3重量比。其特征在于：所述碳酸钡粉中，BaCO3≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％，颗粒度要求为-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；金属镁粉中，Mg≥99.9％，颗粒度要求-60目100％；氟化钙粉中，CaF2≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％，颗粒度要求为，-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；金属锰粉中，Mn≥99.9％，颗粒度要求-60目100％。
焊条直径为5.0毫米，将药皮粉料拌混合均匀。加入药皮总量的25％的粘结剂搅拌混合均匀，送入条压机内将其裹覆于焊芯上；经低温100℃烘焙3小时，然后高温380℃烘焙1.5小时得焊条。
实施例2
本实施例涉及的焊条药皮是在基础药皮为100重量比的配方中添加：碳酸钡粉10重量比、金属镁粉4重量比、氟化钙粉8重量比、金属锰粉3重量比。其特征在于：所述碳酸钡粉中，BaCO3≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％，颗粒度要求为-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；金属镁粉中，Mg≥99.9％，颗粒度要求-60目100％；氟化钙粉中，CaF2≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％，颗粒度要求为，-30目100％，-40目≥97％，-170目≤70％；金属锰粉中，Mn≥99.9％，颗粒度要求-60目100％。
焊条直径为5.0毫米，将药皮粉料拌混合均匀。加入药皮总量的25％的粘结剂搅拌混合均匀，送入条压机内将其裹覆于焊芯上；经低温100℃烘焙3小时，然后高温400℃烘焙2小时得焊条。
对比例1
在实施例1的药粉中不添加金属镁粉。
对比例2
在实施例1的药粉中不添加金属猛粉。
相关实验：
将实施例1-2、对比例1-N和现有技术提供的焊条进行焊接材料检验，熔敷金属成分结果如下表所示：
由上表可知，采用本是提供的焊条获得的熔敷金属的含氧量为200ppm-350ppm，其化学成分为：碳元素0.07％-0.09％、锰元素0.50％-1.00％、硅元素0.10％-0.50％、铬元素2.00％-2.60％、钼元素0.80％-1.20％、钒元素0.10％-0.40％、铌元素0.01％-0.05％、钡元素0.0001％-0.0005％、镁元素0.0002％-0.0006％，剩余元素为铁元素。
熔敷金属性能结果如下表：
需要说明的是，以上测试的焊接条件为：焊接试板制备按照标准为GB/T25774.1-2010《焊接材料的检验第1部分：钢、镍及镍合金熔敷金属力学性能试样的制备及检验》，焊接试板厚度采用20mm，试板宽度采用150mm，试板长度采用400mm。焊接前试板预热温度为200℃，焊接电源采用直流反接，焊接电流为220A，焊接电压为28V，焊接速度为120mm/min，焊接过程中层间温度为300℃，试板焊接完成后将试板放置在温度为350℃的热处理炉中保温2小时，保温时间结束之后将试板取出空冷。以上测试涉及的焊接控制技术试板热处理要求为：热处理为室温入炉，升温速度为50℃/h，705℃保温32小时，降温速度为50℃/h，300℃以下可以出炉空冷。
由上表可知，采用本发明提供的焊条获得的熔敷金属的室温抗拉强度590MPa-760MPa、室温屈服强度420MPa-620MPa、室温断后伸长率≥18％，454℃高温抗拉强度≥460MPa、454℃高温屈服强度≥350MPa，-30℃冲击单值≥100J，符合2.25Cr1Mo0.25V钢配套焊接材料力学性能技术要求，该要求具体为：熔敷金属室温抗拉强度585-760MPa、室温屈服强度415-620MPa、室温断后伸长率≥18％，454℃高温抗拉强度≥485MPa、454℃高温屈服强度≥339MPa，-30℃冲击单值≥54J，通过对比例和实施例的数据对比可得，当药粉中不添加镁粉或锰粉时，-30℃冲击单值显著下降，-30℃冲击单值＜70J。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的焊条，通过熔敷金属控氧技术，加入碳酸钡粉、金属镁粉、氟化钙粉、金属锰粉，在焊接过程中进行氧化还原反应，起到保护熔池及对熔池进行脱氧脱氢作用，得到力学性能优良的焊缝金属；
(2)本发明实施例提供的焊条获得的熔敷金属的含氧量为：200ppm-350ppm，该熔敷金属的化学成分为：碳元素0.07％-0.09％、锰元素0.50％-1.00％、硅元素0.10％-0.50％、铬元素2.00％-2.60％、钼元素0.80％-1.20％、钒元素0.10％-0.40％、铌元素0.01％-0.05％、钡元素0.0001％-0.0005％、镁元素0.0002％-0.0006％，剩余元素为铁元素，该熔敷金属的室温抗拉强度590MPa-760MPa、室温屈服强度420MPa-620MPa、室温断后伸长率≥18％，454℃高温抗拉强度≥460MPa、454℃高温屈服强度≥350MPa，-30℃冲击单值≥100J；
(3)本发明实施例提供的焊条，适合钒改进型2.25Cr1MoV钢的焊接，实现配套的国产化焊接材料焊缝熔敷金属具有超低的含氧量以及优良的力学能力，满足加氢反应器的制造要求。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于钒改进型2.25Cr1MoV钢的焊条，其特征在于，所述焊条包括药皮，所述药皮的成分包括：基础药皮、碳酸钡粉、金属镁粉、氟化钙粉和金属锰粉，其中，以质量份分数计，每100份基础药皮混合8-12份碳酸钡粉、3-5份金属镁粉、6-10份氟化钙粉和2-4份金属锰粉，所述焊条获得的熔敷金属的化学成分包括：C：0.07%-0.09%，Mn：0.50%-1.00%，Si：0.10%-0.50%，Cr：2.00%-2.60%，Mo：0.80%-1.20%，V：0.10%-0.40%，Nb：0.01%-0.05%，Ba：0.0001%-0.0005%，Mg：0.0002%-0.0006%，其余为Fe和不可避免的杂质，含氧量为200ppm-350ppm。
2.根据权利要求1所述的用于钒改进型2.25Cr1MoV钢的焊条，其特征在于，以质量分数计，所述碳酸钡粉的化学成分包括：BaCO3≥99%，S≤0.03%，P≤0.03%；
所述金属镁粉中，Mg≥99.9%；
所述氟化钙粉的化学成分包括：CaF2≥99%，S≤0.03%，P≤0.03%；
所述金属锰粉中，Mn≥99.9%。
3.根据权利要求1所述的用于钒改进型2.25Cr1MoV钢的焊条，其特征在于，所述碳酸钡粉的颗粒度要求为：-30目100%，-40目≥97%，-170目≤70%；
所述金属镁粉的颗粒度要求为：-60目100%；
所述氟化钙粉的颗粒度要求为：-30目100%，-40目≥97%，-170目≤70%；
所述金属锰粉的颗粒度要求为：-60目100%。
4.一种如权利要求1至3中任意一项所述的用于钒改进型2.25Cr1MoV钢的焊条的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将药皮的成分混合，后加入粘结剂，获得混合料；
将所述混合料裹覆于焊芯，后进行烘焙，获得焊条。
5.根据权利要求4所述的焊条的制备方法，其特征在于，以质量分数计，所述粘结剂占所述药皮成分总量的20%-30%。
6.根据权利要求4所述的焊条的制备方法，其特征在于，所述烘焙包括低温烘焙和高温烘焙；所述低温烘焙的温度为80℃-100℃，所述低温烘焙的时间为2h-3h；所述高温烘焙的温度为380℃-400℃，所述高温烘焙的时间为1.5h-2h。
7.一种如权利要求1至3中任意一项所述的用于钒改进型2.25Cr1MoV钢的焊条的应用，其特征在于，所述应用包括将所述焊条应用于焊接钒改进型2.25Cr1MoV钢。
8.一种如权利要求1至3中任意一项所述的用于钒改进型2.25Cr1MoV钢的焊条的应用，其特征在于，所述应用包括将所述焊条应用于焊接制备热壁加氢反应器。
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