CN102528320B - 超低温高韧性奥氏体焊条 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低温高韧性奥氏体焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，按重量百分比计，焊芯采用Cr-Ni-Mo-Mn型合金系，其组分为：0.006～0.015％的C、0.08～0.20％的Si、1.80～2.25％的Mn、18.5～21.0％的Cr、9.0～10.0％的Ni、0.008～0.015％的P、0.008～0.015的S和余量的Fe；药皮采用TiO₂-SiO₂-CaO渣系，其组分为：25～40％的金红石、1～4％的钛白粉、3～12％的钾长石、5～15％的云母、5～15％的碳酸钙、3～8％的碳酸钡、2～8％的氟化钙、3～8％的氟化钠、2～6％的电解锰、5～12％的金属铬、1～4％的金属镍、1～4％的钼铁和0.01～1.5％的氧化镧。本发明具有优异的焊接工艺性能，且熔敷金属的机械性能稳定，尤其是超低温的冲击韧性尤其出色。

Description

超低温高韧性奥氏体焊条

技术领域

本发明涉及焊接材料领域，特别是涉及一种超低温高韧性的奥氏体焊条。

背景技术

近些年来，随着工业的高速发展，能源问题已经成为全球关注的焦点。陆地上的能源已经大量开采，如果缺乏能源，将会严重制约工业的发展和人民生活质量的提高，因此世界各国将目标锁定在海洋里的石油和天然气的开采，不断地为我们提供稳定的能量资源；要开发海洋资源必须建造相配套的海洋结构，这不仅需要采用优良的钢种，也需要相配套的焊接材料进行连接；能源大多在深海海域，因此特别要求材料不但要具有优异的耐低温性，而且能够应对海洋中各种酸的腐蚀；同样，国内生产的一些低温设备，如低温储罐，也需要具有优异的耐低温性和耐蚀性；因此迫切需要一种超低温韧性优良、耐蚀性良好的焊接材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超低温高韧性奥氏体焊条，具有优异的超低温冲击韧性和优良的耐腐蚀性能。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超低温高韧性奥氏体焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯由如下组分组成：

C：0.006～0.015％；

Si：0.08～0.20％；

Mn：1.8～2.25％；

Cr：18.5～21.0％；

Ni：9.0～10.0％；

P：0.008～0.015％；

S：0.008～0.015％；

Fe：余量。

以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮由如下组分组成：

金红石：25～40％；

钛白粉：1～4％；

钾长石：3～12％；

云母：5～15％；

碳酸钙：5～15％；

碳酸钡：3～8％；

氟化钙：2～8％；

氟化钠：3～8％；

电解锰：2～6％；

金属铬：5～12％；

金属镍：1～4％；

钼铁：1～4％；

氧化镧：0.01～1.5％。

作为本发明的进一步改进，以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮的组分优选如下：

金红石：28～35％；

钛白粉：1～4％；

钾长石：3～9％；

云母：5～13％；

碳酸钙：5～10％；

碳酸钡：3～8％；

氟化钙：4～8％；

氟化钠：3～8％；

电解锰：2～6％；

金属铬：5～12％；

金属镍：1～4％；

钼铁：1～4％；

氧化镧：0.01-1.15％。

具体分析本发明中药皮各组分在焊条中各自发挥的性能如下：

金红石的氧化性比较弱，热脱渣性好，电弧稳定，熔池平静，使金属以细雾状过渡，方向焊接性好，可使焊缝成型美观，熔渣覆盖好，抗气孔性好；

钛白粉的主要作用是稳弧，使熔池平静，少飞溅，有导电性，使操作方便，可形成短渣，对于立、仰焊有显著效果，能产生活泼的熔渣，均匀覆盖在焊缝上保护焊缝，脱渣容易，结晶速度快，可使焊波细致；

钾长石的主要作用是稳弧、造渣，适量有利于脱渣，但过多会减慢焊速、增加渣的粘度，因此将钾长石的用量定在药皮重量的3～9％最佳；

云母的主要作用是稳弧、造渣，富有弹性，有利于焊条生产，可增加药皮透气性，故对药皮易开裂和发红有防止作用，但过多过粗的云母可使药皮疏松，焊条易破头及擦伤，同时会使药皮过于干粗，表面质量差，因此将云母的用量定在药皮重量的5～13％最佳；

碳酸钙和碳酸钡同属碳酸盐，其主要作用是造渣、造气；造渣的主要目的是保护焊接熔池及改善焊缝成型；造气的主要目的是在电弧高温作用下，能进行分解，放出气体，以保护电弧及熔池，防止周围空气中的氧和氮的侵入；

氟化钙和氟化钠同属氟化物，其主要作用是造渣，脱氢，调节粘度，改善熔渣覆盖性；但氟化物加多会使焊接烟尘量明显增多；

电解锰的主要作用是脱氧和向焊缝中渗入合金元素；

金属铬和金属镍的主要作用是向焊缝中渗入合金元素；

钼铁的主要作用是向焊缝中渗入合金元素；

氧化镧的主要作用是细化晶粒，改变夹杂物的形状、数量及分布，从而减少其对韧性和抗裂性的有害作用；同时也具有一定的脱氢能力。

上述组分的超低温高韧性的奥氏体焊条，具有优异的超低温高韧性，特别是在-196℃的超低温环境下，其冲击值可达到33J以上。

本发明中：药皮采用TiO₂-SiO₂-CaO渣系，因而具有十分优异的焊接工艺性能；熔敷金属具有良好的机械性能，尤其具有优良的耐低温型；熔敷金属的铁素体数范围严格控制在3-5，这样既可以减少由于铁素体带来的脆性，也可以通过铁素体吸收杂质元素，从而提高其抗热裂性能；在药皮中添加少量的氧化镧，不但可以通过细化晶粒来提高强度和韧性，还可以通过改变夹杂物的形状、数量及分布来减少其对韧性和抗裂性的有害作用，同时稀土元素La一方面可以提高MnS的熔点，另一方面与S形成高熔点的化合物，这两方面都有利于提高抗热裂性。

本发明的有益效果是：综上所述，本发明的电焊条焊接电弧稳定、焊缝成型美观、波纹细腻、飞溅极少、脱渣容易，可采用交直流电源，适合于全位置焊接；其熔敷金属具有较好的机械性能，尤其具有优异的超低温冲击韧性，在-196℃可获得33J以上的冲击值；将熔敷金属的铁素体数严格控制在3-5，这样不但可以保证具有良好的抗热裂性能，而且可以减少由于铁素体带来的脆性。

具体实施方式

本发明由焊芯和药皮相结合，其焊芯采用Cr-Ni-Mn型合金系，其组分如下表(重量百分比)：

C	Si	Mn	Cr
				0.006-0.015	0.08-0.20	1.80-2.25	18.5-21.0
Ni	P	S	Fe
				9.0-10.0	0.008-0.015	0.008-0.015	余量

其药皮采用TiO2-SiO2-CaO渣系，其组分如下表(重量百分比)：

金红石	钛白粉	钾长石	云母	碳酸钙	碳酸钡	氟化钙
							25-40	1-4	3-12	5-15	5-15	3-8	2-8
氟化钠	电解锰	金属铬	金属镍	钼铁	氧化镧
							3-8	2-6	5-12	1-4	1-4	0.01-1.5

更好的药皮组分优选如下表(重量百分比)：

为了更好地理解本发明，下面通过实施例1-6来进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例：

实施例1：

采用焊条生产行业内通用的制造工艺，按表1-1的焊芯配方制作焊芯，按照表1-2的药皮配方进行配制并通过干混湿混制备出焊条涂料，把焊条涂料涂敷到焊芯上，使之成型：

表1-1焊芯配方(单位：重量百分比)

C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S	Fe
								0.008	0.20	2.0	19.0	9.5	0.010	0.010	余量

表1-2药皮配方(单位：重量百分比)

其熔敷金属的化学成分见表1-3，力学性能和铁素体数见表1-4和表1-5，其中铁素体的测试采用磁性法，测焊缝的十个点(除起弧和收弧处)，然后对其取平均值。

表1-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	V
										0.024	1.52	0.69	0.027	0.002	10.5	18.6	0.25	0.02	0.057

表1-4熔敷金属的力学性能

表1-5熔敷金属的铁素体数

单个值	平均值
		3.4/3.5/4.6/4.2/3.5/4.1/3.2/3.8/3.9/4.3	3.85

实施例2：

采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表2-1的焊芯配方及表2-2的药皮配方进行配制：

表2-1焊芯配方(单位：重量百分比)

C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S	Fe
								0.012	0.15	2.1	20.0	9.9	0.012	0.007	余量

表2-2药皮配方(单位：重量百分比)

其熔敷金属的化学成分见表2-3，力学性能和铁素体数见表2-4和表2-5，铁素体数的实验方法同实施例1：

表2-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	V
										0.023	1.55	0.69	0.024	0.003	10.2	18.2	0.30	0.01	0.054

表2-4熔敷金属的力学性能

表2-5熔敷金属的铁素体数

单个值	平均值
		4.0/3.6/4.2/3.4/3.7/3.1/4.4/4.6/4.3/4.8	4.01

实施例3：

采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表3-1的焊芯配方及表3-2的药皮配方进行配制：

表3-1焊芯配方(单位：重量百分比)

C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S	Fe
								0.006	0.12	1.8	20.5	9.0	0.011	0.011	余量

表3-2药皮配方(单位：重量百分比)

其熔敷金属的化学成分见表3-3，力学性能和铁素体数见表3-4和表3-5，铁素体数的实验方法同实施例1：

表3-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	V
										0.026	1.58	0.63	0.021	0.005	10.0	18.0	0.35	0.02	0.049

表3-4熔敷金属的力学性能

表3-5熔敷金属的铁素体数

单个值	平均值
		4.2/4.6/3.1/3.5/4.5/4.2/3.8/3.2/4.7/4.2	4.00

实施例4：

采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表4-1的焊芯配方及表4-2的药皮配方进行配制：

表4-1焊芯配方(单位：重量百分比)

C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S	Fe
								0.015	0.08	2.0	18.5	10.0	0.015	0.010	余量

表4-2药皮配方(单位：重量百分比)

其熔敷金属的化学成分见表4-3，力学性能和铁素体数见表4-4和表4-5，铁素体数的实验方法同实施例1：

表4-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	V
										0.025	1.53	0.62	0.02	0.015	10.2	18.5	0.3	0.02	0.049

表4-4熔敷金属的力学性能

表4-5熔敷金属的铁素体数

单个值	平均值
		4.2/4.5/3.0/3.5/4.5/4.2/3.7/3.2/4.6/4.2	3.96

实施例5：

采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表5-1的焊芯配方及表5-2的药皮配方进行配制：

表5-1焊芯配方(单位：重量百分比)

C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S	Fe
								0.008	0.15	2.25	19.5	9.3	0.008	0.01	余量

表5-2药皮配方(单位：重量百分比)

其熔敷金属的化学成分见表5-3，力学性能和铁素体数见表5-4和表5-5，铁素体数的实验方法同实施例1：

表5-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	V
										0.022	1.60	0.65	0.023	0.006	9.8	18.2	0.36	0.02	0.049

表5-4熔敷金属的力学性能

表5-5熔敷金属的铁素体数

单个值	平均值
		4.2/4.5/3.1/3.4/4.6/4.3/3.6/3.2/5/4.3	4.02

实施例6：

采用与实施例1相同的焊条制造方法，按表6-1的焊芯配方及表6-2的药皮配方进行配制：

表6-1焊芯配方(单位：重量百分比)

C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S	Fe
								0.012	0.1	2.2	21	9.2	0.009	0.008	余量

表6-2药皮配方(单位：重量百分比)

其熔敷金属的化学成分见表6-3，力学性能和铁素体数见表6-4和表6-5，铁素体数的实验方法同实施例1：

表6-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	V
										0.026	1.58	0.61	0.021	0.006	10.3	18.1	0.35	0.02	0.048

表6-4熔敷金属的力学性能

表6-5熔敷金属的铁素体数

单个值	平均值
		4.2/4.6/3/3.3/4.5/4.2/3.8/3.2/4.6/4.2	3.96

上述实验可见，本发明的电焊条焊接电弧稳定、焊缝成型美观、波纹细腻、飞溅极少、脱渣容易，可采用交直流电源，适合于全位置焊接；其熔敷金属具有较好的机械性能，尤其具有优异的超低温冲击韧性，在-196℃可获得33J以上的冲击值；将熔敷金属的铁素体数严格控制在3-5，这样不但可以保证具有良好的抗热裂性能，而且可以减少由于铁素体带来的脆性。

Claims (2)

1.一种超低温高韧性奥氏体焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的重量系数为0.4～0.5，其特征在于：以焊芯总重量为基准，按重量百分比计，所述焊芯由如下组分组成：

C：0.006～0.015%；

Si：0.08～0.20%；

Mn：1.8～2.25%；

Cr：18.5～21.0%；

Ni：9.0～10.0%；

P：0.008～0.015%；

S：0.008～0.015%；

Fe：余量；

以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮由如下组分组成：

金红石：25～40%；

钛白粉：1～4%；

钾长石：3～12%；

云母：5～15%；

碳酸钙：5～15%；

碳酸钡：3～8%；

氟化钙：2～8%；

氟化钠：3～8%；

电解锰：2～6%；

金属铬：5～12%；

金属镍：1～4%；

钼铁：1～4%；

氧化镧：0.01～1.5%。

2.根据权利要求1所述的超低温高韧性奥氏体焊条，其特征在于：以药皮总重量为基准，按重量百分比计，所述药皮由如下组分组成：

金红石：28～35%；

钛白粉：1～4%；

钾长石：3～9%；

云母：5～13%；

碳酸钙：5～10%；

碳酸钡：3～8%；

氟化钙：4～8%；

氟化钠：3～8%；

电解锰：2～6%；

金属铬：5～12%；

金属镍：1～4%；

钼铁：1～4%；

氧化镧：0.01-1.15%。