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申请/专利权人：武汉铁锚焊接材料股份有限公司

摘要：本发明提供了一种含镍量少于1％的低温钢药芯焊丝，包括钢皮和药芯，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石33～44％，重质氧化镁2～6％，中碳锰铁20～26％，氟化钡5～9％，铝矾土4～12％，铝镁合金3～7％，硅铁4～11％，钛铁3.5～7％，氟硼酸钠0.7～1.5％，镍粉3～5％，余量为铁粉；该药芯焊丝中药芯的填充率为13～18％。该含镍量少于1％的低温钢药芯焊丝熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥470MPa；抗拉强度≥550MPa；伸长率≥22％；‑60℃条件下，Akv≥50J；能满足低温‑60℃条件下冲击韧性的要求，而且其焊缝熔敷金属Ni含量低于1.0％，节约了珍贵的镍资源。

主权项：1.一种含镍量少于1％的低温钢药芯焊丝，包括钢皮和药芯，其特征在于：所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石33～44％，重质氧化镁2～6％，中碳锰铁20～26％，氟化钡5～9％，铝矾土4～12％，铝镁合金3～7％，硅铁4～11％，钛铁3.5～7％，氟硼酸钠0.7～1.5％，镍粉3～5％，余量为铁粉；该药芯焊丝中药芯的填充率为13～18％。

全文数据：一种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝技术领域[0001]本发明属于焊接材料制造技术领域，具体涉及一种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝。背景技术[0002]药芯焊丝具有良好的焊接工艺性能及焊接效率，在造船、海洋工程等行业得到越来越多应用，在海洋石油钻井平台建造中需要使用低温钢焊接材料，尤其需要具有良好低温冲击韧性的药芯焊丝。然而，当前大部分药芯焊丝只能满足-40°C以上温度的冲击试验要求，熔敷金属屈服强度级别不高于400MPa，不能满足有-60°C冲击韧性要求的超高强度钢焊接;而部分能满足-60°C冲击韧性要求的药芯焊丝其熔敷金属镍含量都很高，一般镍含量大于1%，通常镍含量大约在1.50%左右。[0003]如中国专利CNlO1450426B公布了“低温钢药芯焊丝”，药芯包括金红石、硅灰石、硅锰合金、铁粉、镍粉、冰晶石、长石、钛铁、硼铁、中碳锰铁、镁砂、石英和萤石;其熔敷金属-40°C低温冲击功采用常规的检测技术平均值为78J焦耳）。又如中国专利CN103692110A中公开了“海洋工程用气保护药芯焊丝”，药芯包括:金红石、氟化物，其它造渣剂，强脱氧剂，弱脱氧剂和合金剂;该药芯焊丝屈服强度等级为375Mpa，熔敷金属低温冲击试验温度为-40°C。这些药芯焊丝都只能满足-40°C以上温度的冲击。[0004]另外，中国专利CN101804533A公布了“低温高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝”，虽然该专利公开的药芯焊丝熔敷金属能满足-60°C冲击韧性要求，但是其熔敷金属化学成分Ni含量1.38%〜1.48%，镍含量高，消耗了大量的珍贵镍资源，成本高。发明内容[0005]本发明的目的是提供了一种屈服强度等级470MPa，冲击韧性可满足_60°C要求的低温钢药芯焊丝，且其熔敷金属中镍含量低于1.〇%。[0006]本发明的技术方案是提供了一种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，包括钢皮和药芯，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为:金红石33〜44%，重质氧化镁2〜6%，中碳锰铁20〜26%，氟化钡5〜9%，铝矾土4〜12%，铝镁合金3〜7%，硅铁4〜11%，钛铁3.5〜7%，氟硼酸钠0.7〜1.5%，镍粉3〜5%，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为13〜18%。[0007]进一步的，上述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石38〜44%，重质氧化镁2〜4%，中碳锰铁23〜26%，氟化钡5〜6%，铝矾土6〜8%，铝镁合金3〜5%，硅铁4〜6%，钛铁3.5〜4%，氟硼酸钠0.7〜0.9%，镍粉3〜4%，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为13〜18%。[0008]优选的，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比质量百分含量为：金红石38%，重质氧化镁2%，中碳锰铁26%，氟化钡5%，铝矾土8%，铝镁合金5%，硅铁4%，钛铁4%，氟硼酸钠0.9%，镍粉4%，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为16%。[0009]进一步的，所述重质氧化镁经过电熔重熔处理，将重质氧化镁在电弧炉中熔融，经过二次熔化精制制得。[0010]进一步的，所述重质氧化镁、氟硼酸钠、铝矾土、氟化钡、钛铁混合均匀后经过380°c烘焙处理。[0011]进一步的，所述烘焙处理时间为60分钟，且烘焙后的重质氧化镁、氟硼酸钠、铝矾土、氟化钡、钛铁混合物过80目筛。[0012]进一步的，所述中碳锰铁中碳的质量百分比：1.0%彡CS2.5%。[0013]进一步的，所述钢皮为SPCC钢带。[0014]本发明药芯焊丝采用常规药芯焊丝制造工艺制得。[0015]本发明技术方案的设计原理:在保证具有良好的焊接工艺性前提下，采取多种脱氧剂联合脱氧方式，其分别来源于铝镁合金、钛铁等，其原理是脱氧剂优先与氧发生氧化反应，减少铁的氧化，降低焊缝氧含量。同时部分硅、锰作为合金成分过渡到焊缝中，从而确保焊缝金属力学性能达到要求。[0016]具体的，金红石主要成分是Ti02，起造渣作用；金红石质量百分含量少于33%时，立焊难操作，成型不好，金红石质量百分含量多于44%时，熔渣熔点升高，焊缝成形变差。[0017]重质氧化镁主要为氧化镁，用于调节熔渣碱度，提高焊缝金属冲击韧性;重质氧化镁质量百分含量少于2%时，发挥不了提高韧性的作用，其质量百分含量多于6%时，熔渣熔点变高，渣聚集成团，焊缝成形变差，焊接时飞溅变多变大。另外，重质氧化镁经过电熔重熔处理后，其水分含量低，S、P杂质含量低，耐潮性优于普通重质氧化镁，利于焊缝金属扩散氢达到超低氢等级。[0018]中碳锰铁含有大量的Mn及适量的C1.0%彡X2.5%，可确保焊缝中Mn、C含量。当焊缝C含量满足:0.043%C0.062%时，可以降低奥氏体向铁素体转变温度，并可在焊缝中形成较多的TiC、TiC，N颗粒，从而能阻止先共析铁素体生成及阻止铁素体长大，使焊缝金属更容易在低温阶段形成针状铁素体，从而即便降低了镍含量仍能提高焊缝金属低温冲击韧性;此外，中碳锰铁可以参与脱氧，具有渗合金作用。[0019]氟化钡即BaF2,焊接中可以脱氢，降低焊缝氢含量，减少产生冷裂纹的机率。氟化钡质量百分含量少于5%时，脱氢作用不明显，其质量百分含量多于9%时，焊接过程中熔滴变大，飞溅增多，焊接工艺变差。[0020]铝矾土主要含Al2O3造渣剂，用于调节熔渣熔点，改善立焊工艺性能;铝矾土质量百分含量少于4%时，没有作用，其质量百分含量多于12%，熔渣熔点过高，立焊成形变差，同时易广生夹杂。[0021]铝镁合金作为脱氧剂，使焊缝氧含量保持低位，以利于焊缝保持较低的N含量。[0022]硅铁、钛铁作为脱氧剂，同时具有渗合金作用，确保熔敷金属屈服强度等级满足470MPa;其质量百分含量过多时，屈服强度过高，焊缝冲击韧性下降，含量太少则焊缝强度达不到要求。[0023]镍粉含有大量Ni，作为渗合金剂使用；焊缝含有适量的Ni，可降低脆性转变温度，使低温冲击韧性满足要求。[0024]氟硼酸钠中含有硼B，在电弧气氛中，分解可获得适量硼B，能细化焊缝组织，提高焊缝低温冲击韧性。而且氟硼酸钠熔点约为384°C，重质氧化镁、氟硼酸钠、铝矾土、氟化钡、钛铁混合均匀后经过380°CX60min烘焙处理，可形成以半熔化氟硼酸钠为粘结剂的团状或块状混合粉，经破碎过80目筛，这样处理有以下四个优点：1、减少生产过程产生粉尘;重质氧化镁、铝矾土、氟化钡是非常细的粉状原材料，生产过程中易产生扬尘，而经380°CX60min烘焙处理，半熔化的氟硼酸钠将重质氧化镁、铝矾土、氟化钡均匀粘结在钛铁颗粒表面，形成较大很重的颗粒，可减少扬尘。2.可提高粉料流动性，有利于药芯焊丝生产下粉填充，重质氧化镁、铝矾土、氟化钡、氟硅酸钠很细，粉料流动性差，不利于药芯焊丝生产下粉填充，通过烘焙烧结处理，使这些粉料均匀粘结在钛铁粉料各个颗粒表面，从而改善流动性，使下粉填充更容易。3、氟硼酸钠熔点低，相对其它高熔点粘结剂，可降低烘焙处理工序成本。4、上述很细的原材料经烘焙烧结处理，可减少很多缝隙及表面积，有利于提高耐潮性，降低焊缝金属扩散氢含量。[0025]本发明的有益效果：[0026]1本发明提供的这种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝具有优良的焊接工艺性能，其熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度彡470MPa;抗拉强度彡550MPa;伸长率彡22%;-60°C条件下，Akv多50J;能满足低温-60°C条件下冲击韧性的要求。[0027]2本发明提供的这种含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝焊缝熔敷金属Ni含量低于1.0%，节约了珍贵的镍资源。具体实施方式[0028]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。[0029]实施例含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝配方见表1，钢皮为SPCC钢带，采用常规药芯焊丝制造工艺制得。表2所示为对应实施例药芯焊丝熔敷金属的化学成分与力学性能。[0030]表1:药芯焊丝配方质量百分比）[0032]表2:熔敷金属的化学成分与力学性能[0033][0034]由表1和表2可以看出，本发明提供的这种含镍量少于I%的低温钢药芯焊丝熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度彡470MPa;抗拉强度彡550MPa;伸长率彡22%;-60°C条件下，Akv多50J;能满足低温-60°C条件下冲击韧性的要求，而且其焊缝熔敷金属Ni含量低于1.0%，节约了珍贵的镍资源。[0035]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之内。

权利要求：1.一种含镍量少于I%的低温钢药芯焊丝，包括钢皮和药芯，其特征在于:所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为:金红石33〜44%，重质氧化镁2〜6%，中碳锰铁20〜26%，氟化钡5〜9%，铝矾土4〜12%，铝镁合金3〜7%，硅铁4〜11%，钛铁3.5〜7%，氟硼酸钠0.7〜1.5%，镍粉3〜5%，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为13〜18%。2.如权利要求1所述的含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为:金红石38〜44%，重质氧化镁2〜4%，中碳锰铁23〜26%，氟化钡5〜6%，铝矾土6〜8%，铝镁合金3〜5%，硅铁4〜6%，钛铁3.5〜4%，氟硼酸钠0.7〜0.9%，镍粉3〜4%，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为13〜18%。3.如权利要求2所述的含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比质量百分含量为：金红石38%，重质氧化镁2%，中碳锰铁26%，氟化钡5%，铝矾土8%，铝镁合金5%，硅铁4%，钛铁4%，氟硼酸钠0.9%，镍粉4%，余量为铁粉;该药芯焊丝中药芯的填充率为16%。4.如权利要求1或2或3所述的含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，其特征在于：所述重质氧化镁经过电熔重熔处理。5.如权利要求4所述的含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述重质氧化镁、氟硼酸钠、铝矾土、氟化钡、钛铁混合均匀后经过380°C烘焙处理。6.如权利要求5所述的含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，其特征在于：所述烘焙处理时间为60分钟，且烘焙后的重质氧化镁、氟硼酸钠、铝矾土、氟化钡、钛铁混合物过80目筛。7.如权利要求1或2或3所述的含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述中碳锰铁中碳的质量百分比：1.0%彡C彡2.5%。8.如权利要求1或2或3所述的含镍量少于1%的低温钢药芯焊丝，其特征在于:所述钢皮为SPCC钢带。

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