CN111644775A - 一种800MPa高强钢焊条及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种800MPa高强钢焊条，包括焊芯和药皮，焊芯的成分及其在焊芯中所占的质量百分比含量如下：C：0.04～0.08％，Mn：1.9～2.0％，Si≤0.4％，S≤0.005％，P≤0.005％，Ni：2.5～3.0％，Mo：0.4～0.8％，铁≤93.5％，余量为不可避免杂质。该800MPa高强钢焊条具有良好的全位置焊接工艺性能，焊缝美观、力学性能优良、熔敷金属扩散氢含量达到超低氢水平。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种高强钢焊条及其应用。
背景技术
高强钢广泛用于工程机械、桥梁等工程，因此要求与其配套的焊材具有良好的力学性能，防止因焊缝性能不稳定给工程机械、桥梁带来安全隐患。然而，现有800MPa级高强钢配套的焊条存在工艺性能与力学性能不理想等问题。因此，需要设计一种能满足800MPa级高强钢焊接要求的焊条，全位置焊接工艺性能好、焊缝美观、力学性能优良、熔敷金属扩散氢含量达到超低氢水平。
发明内容
本发明的目的是克服现有800MPa级高强钢配套焊条工艺及力学性能不理想的问题。
本发明的技术方案是提供了一种高强钢焊条，包括焊芯和药皮，所述焊芯的成分及其在焊芯中所占的质量百分比含量如下：C：0.04～0.08％， Mn：1.9～2.0％，Si≤0.4％，S≤0.005％，P≤0.005％，Ni：2.5～3.0％，Mo： 0.4～0.8％，铁≤94.7％，余量为不可避免杂质。
作为一种实施方式，所述药皮的成分及其在药皮中所占的质量百分比含量如下：大理石40～50％，萤石25～30％，石英2～4％，锆英砂1～2％， 45#雾化硅铁4～6％，电解锰4～6％，镍粉2.3～2.8％，铬粉1.2～2.0％，CMC 微晶纤维素0.5～1％，稀土氧化镧0.5～1.0％，稀土氧化铈0.5～1.0％，余量为铁粉。
进一步的，所述焊芯的成分及其在焊芯中所占的质量百分比含量如下： C：0.04％，Mn：1.9％，Si：0.3％，S：0.005％，P：0.005％，Ni：2.5％，Mo：0.4％，铁94.7％，余量为不可避免杂质。
进一步的，所述药皮的成分及其在药皮中所占的质量百分比含量如下：大理石40％，萤石25％，石英2％，锆英砂1％，45#雾化硅铁4％，电解锰4％，镍粉2.3，铬粉1.2，CMC微晶纤维素0.5％，稀土氧化镧0.5％，余量为铁粉。
本发明的800MPa高强钢焊条中焊芯的组份设计原则如下：
C是固溶强化元素，能提高焊缝金属的强度，对焊缝金属的韧性影响较大，当C元素的含量较低时，能有效提高焊缝金属的韧性；当C元素较高时，焊缝金属裂纹倾向增加，本发明将焊芯中C含量控制在0.04～0.08％。
Mn是主要脱氧剂,降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，提高低温冲击韧性，调节铁水流动性，但随着Mn的升高，会因偏析引起组织中的硬相，因此，本发明将焊芯中Mn含量控制在1.9～2.0％。
Si是主要脱氧剂，与Mn联合脱氧效果更佳，降低焊缝金属的氧含量，提高低温冲击韧性，调节铁水的流动性，但是Si加入量过多时铁水变粘，焊缝强度过高，低温冲击韧性降低，因此，本发明将焊芯中Si含量限定在≤0.4％。
S、P是杂质元素，降低焊缝金属的低温冲击韧性，S与Fe等元素形成硫化物夹杂物；P的偏析作用很强，引起焊缝金属不均匀，尤其是冷脆性增加，因此，本发明尽量降低S、P含量，S含量限定在≤0.005％、P含量限定在≤0.005％。
Ni具有提高焊缝金属低温冲击韧性能力，过多不利于韧性，综合考虑将焊芯中含量控制在2.5～3.0％。
Mo是提高热强性的最重要的合金元素之一，本发明中将焊芯中Mo含量控制在0.4～0.8％。
而本发明的800MPa高强钢焊条中药皮的组分设计原则如下：
稀土氧化镧，稀土氧化铈起到净化焊缝作用，稀土氧化铈与杂质元素S,P亲和度较高，适量的加入会降低焊缝中S,P含量，提高焊缝低温性能及耐腐蚀性能，其含量控制在0.5～1.0％。稀土氧化镧在焊缝中溶解可以有效的降低C含量，减小焊缝金属的淬透性，降低焊缝金属冷裂纹的产生，提高了焊接性，而由于稀土氧化镧较贵重，其含量控制在0.5～1.0％。
大理石主要成分CaCO3，高温分解为CaO、CO2，主要起造渣、造气的作用，含量过少起不到保护作用，含量过多会造成焊条飞溅增大，因此，本发明中将大理石含量控制在40～50％。
萤石主要成分CaF2，主要起造渣、造气、改善熔渣流动性的作用，含量过少起不到保护作用，含量过多会造成焊条熔渣流淌，成型变差，因此，本发明中将萤石含量控制在25～30％。
石英主要成分SiO2，起改善熔渣流动性、稳定电弧的作用，含量过多会造成脱渣困难，含量过少，熔渣流动性差，因此，本发明中将石英含量控制在2～4％。
锆英砂主要成分ZrO2，适量加入可改善低温冲击韧性，含量过多会造成冲击性能变差，脱渣不好，因此，本发明中将锆英砂含量控制在1～2％。
45#雾化硅铁起脱氧作用，含量过少，脱氧不足，造成冲击性能变差，含量过多，会造成强度偏高，性能变差，因此，本发明中将45#雾化硅铁含量控制在4～6％。
电解锰起脱氧作用，与45#雾化硅铁相同原理，本发明中将电解锰含量控制在4～6％。
CMC微晶纤维素起改善粉料流动性、塑性的作用，从而改变焊条压涂性能，其含量一般控制在0.5～1％。
镍粉起细化焊缝金属晶粒的作用，适量的加入可以有效的提高焊缝金属的低温冲击韧性，过多不利于韧性，其含量控制在2.3～2.8％。
铬粉起提高焊缝金属强度，增加焊缝金属抗氧化和耐腐蚀性，其含量控制在1.2～2.0％。
铁粉起填充作用，余量加入。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明提供的这种高强钢焊条其熔敷金属抗拉强度在≥800MPa、屈服强度≥700MPa、-40℃冲击值KV2均值≥47J，其扩散氢含量水银法检测≤ 4.0mL/100g，达到超低氢水平。
2.本发明提供的这种高强钢焊条可适应全位置焊接、焊缝美观，飞溅小，烟尘低，脱渣优良，电弧稳定，其表面光洁，偏心稳定。
具体实施方式
在本发明中，所述高强钢焊条焊芯的直径优选为4.0mm,长度优选为 400mm.
在本发明中，所述高强钢焊条药皮制备原料的粒度优选为40～60目，最优选为60～80目，焊条药皮的单层厚度优选为1.2～1.25mm。
本发明还提供了上述技术方案所述高强钢焊条的制备方案，具体包含以下步骤：
1.在本发明中将药皮包含的各制备粉料与粘结剂水玻璃利用本行业专业混粉机均匀混合，时间40～60min，得到药皮混合料。在本发明中,所述水玻璃品种优选为K:Na＝2:1，水玻璃的模数优选为3.0～3.2，水玻璃的用量优选为药皮制备粉料总电量的20～25％，更优选为22％。在本发明中，所使用水玻璃作为粘结剂，同时提高焊接时电弧稳定性。
2.得到药皮混合料后，本发明将所述药皮混合料利用常规的焊条制造工艺裹覆于焊芯表面，经过烘干后得到高强钢焊条.
3.在本发明中所述焊芯的组份对应上述技术方案所述高强钢焊条中焊芯的成分组成,这里不再赘述。本发明对所述焊芯的制备方式没有特殊要求，采用本领域常规的焊芯制备方式即可。
4.在本发明中,所述烘干工艺，优选进行先低温烘干再高温的烘干工艺，具体实施如下表1所示.在本发明所述低温烘干能够去除高强钢焊条中的吸附水,高温烘干可以去除高强钢焊条中的结晶水。
表1焊条烘干工艺
本发明对所述焊接的条件没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的焊接条件即可。本发明对所述桥梁钢的种类无特殊要求，使用本领域技术人员熟知的800MPa级低合金桥梁钢焊接即可。
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
本发明提供了一种高强钢焊条，包括焊芯和药皮，下面提供了三个实施例，其中，焊芯的成分如表2所示，药皮的成分如表3所示，实施例1～ 3中制得Ф4.0mm焊条外径为6.3～6.5mm。
表2焊芯的化学成分(wt％)
表3药皮的成分(wt％)
将上述三个实施例制得的Ф4.0mm焊条形成的熔敷金属化学成分进行检测，其测试结果如表4所示；该焊条的熔敷金属力学性能测试结果如表5 所示。另外，采用水银法对上述三个实施例所制备的焊条的扩散氢含量进行测试，其测试条件及结果如表6所示。
表4焊条熔敷金属化学成分(wt％)
| C | Mn | Si | S | P | Ni | Mo | |
| 实施例1 | 0.05 | 1.78 | 0.35 | 0.004 | 0.005 | 2.42 | 0.35 |
| 实施例2 | 0.06 | 1.82 | 0.28 | 0.006 | 0.005 | 2.75 | 0.52 |
| 实施例3 | 0.06 | 1.90 | 0.30 | 0.005 | 0.004 | 2.90 | 0.71 |
表5焊条熔敷金属力学性能
| Rel/MPa | Rm/MPa | A/％ | KV<sub>2</sub>(-40℃)/J | |
| 实施例1 | 760 | 851 | 24 | 116、128、124 |
| 实施例2 | 782 | 864 | 25 | 122、123、120 |
| 实施例3 | 798 | 877 | 24 | 111、114、115 |
表6Ф4.0mm焊条扩散氢含量测试
综上所述，本发明提供的这种高强钢焊条具有良好的全位置焊接工艺性能、焊缝美观、力学性能优良、熔敷金属扩散氢含量达到超低氢水平。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种800MPa高强钢焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述焊芯的成分及其在焊芯中所占的质量百分比含量包括：C：0.04～0.08％，Mn：1.9～2.0％，Si≤0.4％，S≤0.005％，P≤0.005％，Ni：2.5～3.0％，Mo：0.4～0.8％，铁≤93.7％，余量为不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的800MPa高强钢焊条，其特征在于，所述药皮的成分及其在药皮中所占的质量百分比含量包括：大理石40～50％，萤石25～30％，石英2～4％，锆英砂1～2％，45#雾化硅铁4～6％，电解锰4～6％，镍粉2.3～2.8％，铬粉1.2～2％，CMC微晶纤维素0.5～1％，稀土氧化镧0.5～1.0％，余量为铁粉。
3.如权利要求1所述的800MPa高强钢焊条，其特征在于，所述焊芯的成分及其在焊芯中所占的质量百分比含量包括：C：0.04％，Mn：1.9％，Si：0.3％，S：0.005％，P：0.005％，Ni：2.5％，Mo：0.4％，铁94.7％，余量为不可避免杂质。
4.如权利要求2所述的800MPa高强钢焊条，其特征在于，所述所述药皮的成分及其在药皮中所占的质量百分比含量包括：大理石40％，萤石25％，石英2％，锆英砂1％，45#雾化硅铁4％，电解锰4％，镍粉2.3，铬粉1.2，CMC微晶纤维素0.5％，稀土氧化镧0.5％，余量为铁粉。
5.如权利要求1或2所述的800MPa高强钢焊条，其特征在于，所述800MPa高强钢焊条的制备方法包括以下步骤：将药皮包含的各制备粉料与粘结剂水玻璃利用本行业专业混粉机均匀混合，时间40～60min，得到药皮混合料；得到药皮混合料后，将所述药皮混合料利用常规的焊条制造工艺裹覆于焊芯表面，经过先低温烘干再高温烘干后得到高强钢焊条。
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