一种海洋工程高强钢焊接用无缝药芯焊丝制造技术

本发明专利技术公开了一种海洋工程高强钢焊接用无缝药芯焊丝，无缝药芯焊丝包括低碳钢带外皮和药芯粉，所述低碳钢带外皮质量占无缝药芯焊丝总质量的80%~90%，所述药芯粉质量占无缝药芯焊丝总质量的10%~20%；其中，药芯粉包括如下按质量百分比计的组分：金红石43%~48%、石英1%~2%、氟化钠1.2%~2%、钛酸钾3.5%~5.5%、氧化铋0.05%~0.1%、高碳锰铁8%~11%、镍粉5.5%~8.5%、稀土硅铁3%~4.8%、镁粉1.5%~3.5%，余量为铁粉。该无缝药芯焊丝为海洋工程高强钢用无缝药芯焊丝，利用该无缝药芯焊丝焊接形成的焊缝热处理后性能优异，具有良好的屈强比，在低温下具有较高的冲击韧性，‑60℃环境下熔敷金属冲击功不低于90J，可应用于海洋工程用高强度钢厚板的焊接。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋工程高强钢焊接用无缝药芯焊丝
本专利技术涉及焊接材料领域，具体的说是一种海洋工程高强钢焊接用无缝药芯焊丝。
技术介绍
随着海洋油气的不断开发，我国投资建设了许多油气平台，由于海洋工程装备工作环境恶劣，对海洋工程装备用钢及其配套材料的要求较高，因此，海洋工程装备更新换代的需求已经十分强烈。在焊材方面，高强度钢配套焊材主要依赖进口，自主高强钢焊接材料的缺失制约我国海洋工程装备行业发展，因此，迫切需要开展海洋工程用高强钢焊接材料的研制开发。在焊接材料中，药芯焊丝具有成本低，焊接效率高，抗锈能力强，空间适应性好等优点，在施工建造中有着广泛的应用。而无缝药芯焊丝除具有普通有缝药芯焊丝的优点外，还具有超低扩散氢、抗吸潮能力强、适应自动化焊接等优点，在进行海洋工程用高强钢的焊接时，具有非常大的技术优势。在海洋平台的建造中，部分设备采用的是厚钢板，需采用多层多道焊接。由于药芯焊丝在焊接过程中热量集中，焊缝区温度梯度较大，焊接过程中会产生较大焊接残余应力，如果处理不当将会产生裂纹，严重的引起焊缝开裂，从而产生极大的质量安全隐患。采用焊后热处理工艺，可以释放焊接残余应力，降低扩散氢的影响，降低焊接结构的开裂倾向。现有药芯焊丝焊缝金属经过热处理后，组织粗化，且在晶界处有大量的碳化物、杂质元素析出，导致其低温冲击功大幅度下降，不能满足-60℃KV2≥80J的建造要求，例如公开号为CN104526188A的中国专利公开了一种可焊后消应力处理的无缝药芯焊丝，该焊丝合金含量偏低(Ni含量小于0.5％)，冲击韧性较差，不能满足-60℃KV2≥80J的要求；公开号为CN106624449A的中国专利公开了一种海洋工程大厚板热处理用药芯焊丝及其制备方法和应用，该专利技术的药芯焊丝内部填充材料的造渣剂比例较低，小于焊丝总重的4.6％，造渣剂较少不利于实现良好的焊接工艺性，且焊丝焊缝金属的冲击韧性差(-40℃KV2最低为47J)，不能满足-60℃KV2≥80J的要求；公开号为CN109623193A的中国专利公开了具有低氢高韧性的低温钢用无缝药芯焊丝及其制备方法，该专利技术的药芯焊丝用于低温储罐的焊接，焊缝为焊态，不能满足热处理后对焊缝组织及力学性能的要求，且药芯粉中采用的原料种类有较大差别。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种海洋工程高强钢焊接用无缝药芯焊丝，该无缝药芯焊丝能够用于海洋工程高强钢的全位置焊接，且焊缝热处理后的冲击韧性好，满足-60℃KV2≥80J的建造要求。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种海洋工程高强钢焊接用无缝药芯焊丝，无缝药芯焊丝包括低碳钢带外皮和药芯粉，所述低碳钢带外皮质量占无缝药芯焊丝总质量的80％～90％，所述药芯粉质量占无缝药芯焊丝总质量的10％～20％；其中，药芯粉包括如下按质量百分比计的组分：金红石43％～48％、石英1％～2％、氟化钠1.2％～2％、钛酸钾3.5％～5.5％、氧化铋0.05％～0.1％、高碳锰铁8％～11％、镍粉5.5％～8.5％、稀土硅铁3％～4.8％、镁粉1.5％～3.5％，余量为铁粉。进一步地，所述金红石的成分为：TiO2≥95％、Nb<0.2％、S≤0.010％、P≤0.010％；所述石英的成分为：SiO2≥97.0％、S≤0.040％、P≤0.040％；所述钛酸钾的成分为：K2O≥30％、余量为TiO2和SiO2；所述高碳锰铁的成分为：Mn70.0％～77.0％、C6～8％、S≤0.030％、P≤0.030％；所述稀土硅铁的成分为：RE30％～35％、Si40％～45％。进一步地，金红石、石英、氟化钠、钛酸钾和氧化铋的总重量占无缝药芯焊丝总质量的7％。进一步地，所述无缝药芯焊丝的熔敷金属的化学成分为：C0.048％～0.055％、Si0.213％～0.256％、Mn1.21％～1.35％、Ni0.095％～1.01％、Ti0.046％～0.057％、S≤0.0065％、P≤0.01％。进一步地，所述无缝药芯焊丝中药芯粉的填充率为13～17％。药芯粉中各组分的主要作用如下：金红石：金红石的主要成分为TiO2，用TiO2造渣能提高熔渣凝固温度，改善熔渣的流动性，避免形成夹渣，同时保护焊缝金属不被氧化、改善焊缝成型。TiO2加入量过少，导致焊渣覆盖不全，且不利于全位置焊接工艺性；加入量过多导致焊缝氧含量增加，不易获得韧性较好的焊缝金属。部分TiO2以微小氧化物形式分布于焊缝中，可以促进焊缝金属晶粒细化，金红石中TiO2的含量不小于95％；另外，金红石中存在微量的Nb，Nb在热处理后会以析出相的形式存在，过多含量的Nb增加焊缝强度，降低韧性，金红石中Nb含量小于0.2％。氟化钠：水在酸性渣中的溶解度小，导致酸性药芯焊丝扩散氢较高。氟化钠中的F-与药粉中的H2O反应，生成HF等气体，减少焊缝中的扩散氢。一定量的氟化钠可以明显降低焊缝金属中的扩散氢含量，但其含量过高会降低电弧稳定性。氟化钠的最佳加入量1.2％-2％。钛酸钾：本专利技术优选K2O含量大于30％的钛酸钾，钛酸钾中的K+可以稳定电弧，减小飞溅，优化焊接工艺性。药芯粉中加入钛酸钾含量较少时，电稳定性较差，飞溅较大；钛酸钾极易吸潮，药芯粉中加入较多的钛酸钾容易导致气孔倾向增大，钛酸钾的加入量3.5％-5.5％。氧化铋：氧化铋主要改善焊渣的脱渣性。氧化铋为低熔点物质，加入量过大导致热裂纹敏感性增加，氧化铋的最佳加入量0.05％-0.1％。高碳锰铁：高碳锰铁的有益成分包括C元素及Mn元素。C作为强化元素，可以提高焊缝强度。在热处理过程中，C以碳化物形式析出，分布在晶界，适量的碳化物可以阻碍热处理过程中晶粒严重长大，细化晶粒，提高低温韧性。C含量过多会加剧焊缝韧性的降低。且C在焊接过程中形成CO及CO2等气体，C含量过高导致焊接飞溅增大。Mn可作为一种脱氧剂，减少焊缝氧含量，净化焊缝，同时固溶在焊缝中提高焊缝的强度。Mn含量过高，在热处理过程中形成脆性物质，使热处理后焊缝韧性降低。高碳锰铁中存在微量的P元素，较多P元素会导致热处理后焊缝低温韧性恶化。本专利技术中高碳锰铁的含量优选8-11％，且高碳锰铁中C的含量为6％～8％、Mn的含量为70.0～77.0％、S≤0.030％、P≤0.030％。镍粉：镍粉能够提高焊缝的冲击韧性，同时少量的镍可作为固溶强化元素，提高焊缝的屈服与抗拉强度，本专利技术中镍粉的最佳加入量为5.5％-8.5％。稀土硅铁：稀土硅铁中含有部分稀土元素，可以降低焊缝金属扩散氢，同时细化晶粒度提高热处理金属低温韧性；少量的Si在焊缝中作为强化合金元素，可以提高焊缝的强度，其最佳加入量为3％-4.8％。镁粉：镁粉为强脱氧剂，可以降低焊缝金属氧含量，脱氧产物MgO作为一种碱性氧化物，可以与酸性氧化物结合，净化焊缝金属。本专利技术焊丝保护气体为混合气(80％Ar+20％CO2)，电弧气氛的氧化性较低，且药芯粉中含有大量的金红石，镁粉加入量过多，会增加Ti元素向焊缝的过渡，Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋工程高强钢焊接用无缝药芯焊丝，其特征在于：无缝药芯焊丝包括低碳钢带外皮和药芯粉，所述低碳钢带外皮质量占无缝药芯焊丝总质量的80%~90%，所述药芯粉质量占无缝药芯焊丝总质量的10%~20%；/n其中，药芯粉包括如下按质量百分比计的组分：金红石 43%~48%、石英 1%~2%、氟化钠1.2%~2%、钛酸钾 3.5%~5.5%、氧化铋 0.05%~0.1%、高碳锰铁 8%~11%、镍粉 5.5%~8.5%、稀土硅铁 3%~4.8%、镁粉 1.5%~3.5%，余量为铁粉。/n

【技术特征摘要】
1.一种海洋工程高强钢焊接用无缝药芯焊丝，其特征在于：无缝药芯焊丝包括低碳钢带外皮和药芯粉，所述低碳钢带外皮质量占无缝药芯焊丝总质量的80%~90%，所述药芯粉质量占无缝药芯焊丝总质量的10%~20%；
其中，药芯粉包括如下按质量百分比计的组分：金红石43%~48%、石英1%~2%、氟化钠1.2%~2%、钛酸钾3.5%~5.5%、氧化铋0.05%~0.1%、高碳锰铁8%~11%、镍粉5.5%~8.5%、稀土硅铁3%~4.8%、镁粉1.5%~3.5%，余量为铁粉。


2.根据权利要求1所述的一种海洋工程高强钢焊接用无缝药芯焊丝，其特征在于，所述金红石的成分为：TiO2≥95%、Nb<0.2%、S≤0.010%、P≤0.010%；
所述石英的成分为：SiO2≥97.0%、S≤0.040%、P≤0.040%；
所述钛酸钾的成分为：K2O≥30%、余量为TiO2和SiO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚彬，张文军，亢天佑，付红亮，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41