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超低温高韧性奥氏体焊条

阅读：3发布：2021-06-14

专利汇可以提供超低温高韧性奥氏体焊条专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且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。，下面是超低温高韧性奥氏体焊条专利的具体信息内容。

权利要求

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%。

说明书全文

超低温高韧性奥氏体焊条

技术领域

[0001] 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

[0002] 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

[0003] 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。

[0004] 本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0005] 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：

[0006] C：0.006～0.015％；

[0007] Si：0.08～0.20％；

[0008] Mn：1.8～2.25％；

[0009] Cr：18.5～21.0％；

[0010] Ni：9.0～10.0％；

[0011] P：0.008～0.015％；

[0012] S：0.008～0.015％；

[0013] Fe：余量。

[0014] 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：

[0015] 金红石：25～40％；

[0016] 钛白粉：1～4％；

[0017] 钾长石：3～12％；

[0018] 云母：5～15％；

[0019] 碳酸钙：5～15％；

[0020] 碳酸钡：3～8％；

[0021] 氟化钙：2～8％；

[0022] 氟化钠：3～8％；

[0023] 电解锰：2～6％；

[0024] 金属铬：5～12％；

[0025] 金属镍：1～4％；

[0026] 钼铁：1～4％；

[0027] 氧化镧：0.01～1.5％。

[0028] 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：

[0029] 金红石：28～35％；

[0030] 钛白粉：1～4％；

[0031] 钾长石：3～9％；

[0032] 云母：5～13％；

[0033] 碳酸钙：5～10％；

[0034] 碳酸钡：3～8％；

[0035] 氟化钙：4～8％；

[0036] 氟化钠：3～8％；

[0037] 电解锰：2～6％；

[0038] 金属铬：5～12％；

[0039] 金属镍：1～4％；

[0040] 钼铁：1～4％；

[0041] 氧化镧：0.01-1.15％。

[0042] 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：

[0043] 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；

[0044] 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；

[0045] 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；

[0046] 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；

[0047] 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；

[0048] 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；

[0049] 电解锰的主要作用是脱氧和向焊缝中渗入合金元素；

[0050] 金属铬和金属镍的主要作用是向焊缝中渗入合金元素；

[0051] 钼铁的主要作用是向焊缝中渗入合金元素；

[0052] 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。

[0053] 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。

[0054] 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。

[0055] 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

[0056] 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)：

[0057]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

[0058] 其药皮采用TiO2-SiO2-CaO渣系，其组分如下表(重量百分比)：

[0059]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

[0060] 更好的药皮组分优选如下表(重量百分比)：

[0061]

[0062] 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：

[0063] 实施例1：

[0064] 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：

[0065] 表1-1焊芯配方(单位：重量百分比)

[0066]C Si Mn Cr Ni P S Fe
0.008 0.20 2.0 19.0 9.5 0.010 0.010 余量

[0067] 表1-2药皮配方(单位：重量百分比)

[0068]

[0069] 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。

[0070] 表1-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

[0071]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[0072] 表1-4熔敷金属的力学性能

[0073]

[0074] 表1-5熔敷金属的铁素体数

[0075]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

[0076] 实施例2：

[0077] 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：

[0078] 表2-1焊芯配方(单位：重量百分比)

[0079]C Si Mn Cr Ni P S Fe
0.012 0.15 2.1 20.0 9.9 0.012 0.007 余量

[0080] 表2-2药皮配方(单位：重量百分比)

[0081]

[0082] 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：

[0083] 表2-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

[0084]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[0085] 表2-4熔敷金属的力学性能

[0086]

[0087] 表2-5熔敷金属的铁素体数

[0088]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

[0089] 实施例3：

[0090] 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：

[0091] 表3-1焊芯配方(单位：重量百分比)

[0092]C Si Mn Cr Ni P S Fe
0.006 0.12 1.8 20.5 9.0 0.011 0.011 余量

[0093] 表3-2药皮配方(单位：重量百分比)

[0094]

[0095] 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：

[0096] 表3-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

[0097]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[0098] 表3-4熔敷金属的力学性能

[0099]

[0100] 表3-5熔敷金属的铁素体数

[0101]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

[0102] 实施例4：

[0103] 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：

[0104] 表4-1焊芯配方(单位：重量百分比)

[0105]C Si Mn Cr Ni P S Fe
0.015 0.08 2.0 18.5 10.0 0.015 0.010 余量

[0106] 表4-2药皮配方(单位：重量百分比)

[0107]

[0108] 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：

[0109] 表4-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

[0110]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[0111] 表4-4熔敷金属的力学性能

[0112]

[0113] 表4-5熔敷金属的铁素体数

[0114]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

[0115] 实施例5：

[0116] 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：

[0117] 表5-1焊芯配方(单位：重量百分比)

[0118]C Si Mn Cr Ni P S Fe
0.008 0.15 2.25 19.5 9.3 0.008 0.01 余量

[0119] 表5-2药皮配方(单位：重量百分比)

[0120]

[0121] 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：

[0122] 表5-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

[0123]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[0124] 表5-4熔敷金属的力学性能

[0125]

[0126] 表5-5熔敷金属的铁素体数

[0127]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

[0128] 实施例6：

[0129] 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：

[0130] 表6-1焊芯配方(单位：重量百分比)

[0131]C Si Mn Cr Ni P S Fe
0.012 0.1 2.2 21 9.2 0.009 0.008 余量

[0132] 表6-2药皮配方(单位：重量百分比)

[0133]

[0134] 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：

[0135] 表6-3熔敷金属的化学成分(单位：焊条重量的百分比)

[0136]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[0137] 表6-4熔敷金属的力学性能

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