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CN106392374A - Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝 - Google Patents

Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝 Download PDF

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CN106392374A
CN106392374A CN201611163810.4A CN201611163810A CN106392374A CN 106392374 A CN106392374 A CN 106392374A CN 201611163810 A CN201611163810 A CN 201611163810A CN 106392374 A CN106392374 A CN 106392374A
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steel band
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metal powder
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蔡鸿祥
庄石城
叶桂林
周峙宏
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KUNSHAN GINTUNE WELDING CO Ltd
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KUNSHAN GINTUNE WELDING CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，本发明药芯焊丝采用金属粉型的焊药及80％Ar+20％CO2作保护气体，因此可连续焊接且全位置作业性佳，焊缝金属不但具有优异的抗裂性，而且具有极高的强度与优异的低温冲击韧性的结合，尤其是‑60℃冲击值可达50J以上。

Description

Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝。
背景技术
近些年来，石油和天然气的开采已经从陆地转移到海洋。海洋资源的开采确保了稳定的能量供应，不断满足生产及生活的需要。石油和天然气的地下钻井已经普遍采用了海洋结构，例如升降式钻油平台、导管架、直塔和半潜式钻油平台等等。目前，在海上移动式钻油平台中，升降式钻油平台仍占绝大多数。升降式钻油平台是一种用来钻井的可移动装置，它的桁架，包括凿条和齿轮，在运行中可以使平台自由上升和下降以及定格在某一海水高度。由于凿条和齿轮要支撑整个平台，因此它们都必须由高强度钢制成，例如Q690钢。针对其所处的低温海洋环境及波浪的冲击，配套的焊接材料必须具有足够的强度及优异的低温冲击韧性。采用手工电弧焊可获得良好的强度与低温冲击韧性的结合，但其焊接效率不如药芯焊丝气保焊；采用传统的药芯焊丝气保焊虽然焊接效率得到提高，但其熔敷金属的低温冲击韧性却不理想。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，其采用金属粉型的焊药及80％Ar+20％CO2作为保护气体的这种焊接方式，不但大大提高了焊接效率，而且可获得具有优异机械性能的焊缝金属，尤其是低温冲击韧性优异。
本发明的技术方案是：一种Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，由焊药和钢带构成，焊药包裹于钢带内；所述钢带是低P、S钢带；所述焊药占焊丝总重量的10～20％；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.010～0.055％；
Si：0.01～0.03％；
Mn：0.10～0.30％；
Al：0.005～0.060％；
P：0.005～0.010％；
S：0.005～0.010％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
氟化物：0.1～3.0％；
C：0.1～0.5％；
Mn：5～20％；
Si：1～10％；
Cr：1～8％；
Ni：10～20％；
Mo：1～10％；
Fe：余量。
优选的，以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分优选如下：
氟化物：0.1～3.0％；
C：0.1～0.5％；
Mn：7～13％；
Si：1～5％；
Cr：1～5％；
Ni：12～20％；
Mo：1～5％；
Fe：余量。
优选的，所述Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.028～0.036％；
Si：0.014～0.022％；
Mn：0.15～0.23％；
Al：0.036～0.048％；
P：0.007～0.009％；
S：0.005～0.007％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
氟化物：0.76～1.54％；
C：0.25～0.33％；
Mn：8.2～11.2％；
Si：2.8～3.5％；
Cr：2.8～3.0％；
Ni：16.6～17.4％；
Mo：3.4～3.9％；
Fe：余量。
所述氟化物至少包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF中的一种或多种。
以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的组分包括：C：0.055～0.066％；Si：0.23～0.30％；Mn：1.54～1.83％；P：0.006～0.007％；S：0.005～0.007％；Cr：0.016～0.017％；Ni：2.40～2.49％；Mo：0.496～0.553％。
以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的O、N含量为：O≤600ppm，N≤30ppm。
优选的，以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的O、N含量为：O：530ppm～590ppm；N：26ppm～30ppm。
本发明中焊药各组分在药芯焊丝中各自发挥的作用如下：
氟化物(包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF)的主要作用为造渣和脱氢，另外还可调节粘度，提高熔渣的覆盖性，氟化物过少时，脱氢作用不大，氟化物过多时，焊接烟尘量明显增大，电弧不稳，同时氟化物也具有一定的稀渣能力。
碳的主要作用是提供足够的强度。含碳量过低焊缝的强度不足，而含碳量过高则淬硬倾向增大且抗裂性变差。
锰的主要作用是脱氧、脱硫和向焊缝中过渡合金元素。
硅的主用作用是通过硅锰联合脱氧，这样脱氧效果更佳，同时过渡合金元素。
镍的主要作用是向焊缝中过渡合金元素，它不但可抑制先共析铁素体的形成，而且还可以细化晶粒，以此来提高焊缝的综合机械性能。
铬、钼的主要作用是向焊缝中过渡合金元素，以此来提高熔敷金属的强度。
本发明采用金属粉型的焊药，药粉内几乎不含造渣剂，因此可连续焊接两至三层不需清渣，提高了焊接效率，此外，全位置作业性佳，适用于海工各个位置的焊接；通过添加一定含量的C、Mn、Si、Cr、Mo等合金元素，可获得极高强度的焊缝金属；通过添加一定含量的Ni来细化晶粒，可获得低温冲击韧性优良(-60℃冲击值可达50J以上)的焊缝金属；采用80％Ar+20％CO2作保护气体且焊丝药粉内几乎不含氧化物，因而可大大降低焊缝金属中的O、N含量(O≤600ppm，N≤30ppm)，这可进一步提高低温冲击韧性；焊缝金属的扩散氢含量一般均在5ml/100g以下(水银法)，因此冷裂敏感性倾向较低，此外焊缝金属中的P、S含量均控制在0.010％以下，这大大提高了抗热裂性能。
本发明的有益效果是：本发明药芯焊丝采用金属粉型的焊药及80％Ar+20％CO2作保护气体，因此可连续焊接且全位置作业性佳，焊缝金属不但具有优异的抗裂性，而且具有极高的强度与优异的低温冲击韧性的结合，尤其是-60℃冲击值可达50J以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明由钢带和焊药组成，焊药包裹在钢带内。钢带为采用低P、S的钢带，其组分(重量百分比％)如下表：
C Si Mn Al
0.010-0.055 0.01-0.03 0.10-0.30 0.005～0.060
P S Fe
0.005-0.010 0.005-0.010 余量
焊药占焊丝全重量比例为10～20％，其焊药组分(重量百分比％)如下表：
氟化物 C Mn Si Cr Ni Mo Fe
0.1-3.0 0.1-0.5 5-20 1-10 1-8 10-20 1-10 余量
更佳的焊药组分(重量百分比％)优选如下表：
氟化物 C Mn Si Cr Ni Mo Fe
0.1-3.0 0.1-0.5 7-13 1-5 1-5 12-20 1-5 余量
更优选的，所述Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.028～0.036％；
Si：0.014～0.022％；
Mn：0.15～0.23％；
Al：0.036～0.048％；
P：0.007～0.009％；
S：0.005～0.007％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
氟化物：0.76～1.54％；
C：0.25～0.33％；
Mn：8.2～11.2％；
Si：2.8～3.5％；
Cr：2.8～3.0％；
Ni：16.6～17.4％；
Mo：3.4～3.9％；
Fe：余量。
为了更好地理解本发明，下面通过实施例1～5来进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例。
实施例1：
采用焊丝生产行业内通用的制造工艺，按表1-1的钢带组分制作钢带(外皮)，按照表1-2的焊药配方进行配制并将焊药包裹于钢带内(overlap)：
表1-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.028 0.014 0.15 0.048 0.007 0.005 余量
表1-2：焊药配方(％)
氟化物 C Mn Si Cr Ni Mo Fe
1.54 0.33 8.2 2.8 2.8 16.6 3.4 64.33
其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表1-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表1-4：
表1-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)
C Si Mn P S Cr Ni Mo O N
0.066 0.23 1.54 0.006 0.005 0.016 2.40 0.496 550 28
表1-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
实施例2：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表2-1的钢带组分及表2-2的焊药配方进行配制：
表2-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.030 0.016 0.17 0.045 0.007 0.005 余量
表2-2：焊药配方(％)
氟化物 C Mn Si Cr Ni Mo Fe
1.23 0.31 8.9 3.0 2.8 16.8 3.5 63.46
其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表2-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表2-4：
表2-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)
C Si Mn P S Cr Ni Mo O N
0.064 0.23 1.57 0.006 0.006 0.017 2.42 0.501 530 26
表2-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
实施例3：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表3-1的钢带组分及表3-2的焊药配方进行配制：
表3-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.032 0.018 0.19 0.042 0.008 0.006 余量
表3-2：焊药配方(％)
氟化物 C Mn Si Cr Ni Mo Fe
1.03 0.29 9.7 3.2 2.9 17.0 3.7 62.18
其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表3-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表3-4：
表3-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)
C Si Mn P S Cr Ni Mo O N
0.061 0.26 1.72 0.007 0.006 0.017 2.45 0.523 590 30
表3-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
实施例4：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表4-1的钢带组分及表4-2的焊药配方进行配制：
表4-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.034 0.02 0.21 0.039 0.008 0.006 余量
表4-2：焊药配方(％)
氟化物 C Mn Si Cr Ni Mo Fe
0.81 0.27 10.6 3.3 3.0 17.2 3.8 61.02
其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表4-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表4-4：
表4-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)
C Si Mn P S Cr Ni Mo O N
0.057 0.29 1.80 0.007 0.007 0.017 2.46 0.545 580 28
表4-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
实施例5：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表5-1的钢带组分及表5-2的焊药配方进行配制：
表5-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.036 0.022 0.23 0.036 0.009 0.007 余量
表5-2：焊药配方(％)
氟化物 C Mn Si Cr Ni Mo Fe
0.76 0.25 11.2 3.5 3.0 17.4 3.9 59.99
其熔敷金属的化学成分的重量百分比(O、N为ppm)见表5-3，熔敷金属的力学性能及扩散氢含量(水银法)见表5-4：
表5-3：熔敷金属的化学成分(％，O、N为ppm)
C Si Mn P S Cr Ni Mo O N
0.055 0.30 1.83 0.007 0.007 0.017 2.49 0.553 575 27
表5-4：熔敷金属的力学性能及扩散氢
上述实验可见，本发明药芯焊丝熔敷金属的P、S含量均控制在0.010％以下、扩散氢含量均在5ml/100g以下，因此具有优异的抗裂性，熔敷金属的O、N含量均控制在较低的水平(O≤600ppm，N≤30ppm)，因此具有极高的强度与优异的低温冲击韧性的结合，尤其是-60℃冲击值可达50J以上，特别适合于Q690低温高强度钢用。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，由焊药和钢带构成，焊药包裹于钢带内，其特征在于，所述钢带是低P、S钢带；所述焊药占焊丝总重量的10～20％；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.010～0.055％；
Si：0.01～0.03％；
Mn：0.10～0.30％；
Al：0.005～0.060％；
P：0.005～0.010％；
S：0.005～0.010％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
氟化物：0.1～3.0％；
C：0.1～0.5％；
Mn：5～20％；
Si：1～10％；
Cr：1～8％；
Ni：10～20％；
Mo：1～10％；
Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
氟化物：0.1～3.0％；
C：0.1～0.5％；
Mn：7～13％；
Si：1～5％；
Cr：1～5％；
Ni：12～20％；
Mo：1～5％；
Fe：余量。
3.根据权利要求1所述的Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.028～0.036％；
Si：0.014～0.022％；
Mn：0.15～0.23％；
Al：0.036～0.048％；
P：0.007～0.009％；
S：0.005～0.007％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
氟化物：0.76～1.54％；
C：0.25～0.33％；
Mn：8.2～11.2％；
Si：2.8～3.5％；
Cr：2.8～3.0％；
Ni：16.6～17.4％；
Mo：3.4～3.9％；
Fe：余量。
4.根据权利要求1～3任一所述的Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的组分包括：C：0.055～0.066％；Si：0.23～0.30％；Mn：1.54～1.83％；P：0.006～0.007％；S：0.005～0.007％；Cr：0.016～0.017％；Ni：2.40～2.49％；Mo：0.496～0.553％。
5.根据权利要求1～3任一所述的Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的O、N含量为：O≤600ppm，N≤30ppm。
6.根据权利要求1～3任一所述的Q690低温高强度钢用金属粉型药芯焊丝，其特征在于，以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的O、N含量为：O：530ppm～590ppm；N：26ppm～30ppm。
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