[发明专利]超高强度超低氢焊条及焊缝金属

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料领域，特别是涉及一种抗拉强度≥830MPa,扩散氢含量≤2ml/100g的超低氢手工焊用电焊条及焊缝金属。

背景技术

高强钢的采用一方面增加工程结构的承重力，同时也能够降低自重、节约材料，因而在工程机械、桥梁、建筑和海洋工程等领域中得到广泛应用。近来屈服强度690MPa、抗拉强度830MPa的高强钢在工程机械、海洋工程等领域得到了广泛应用，工程建设中自然离不开焊接材料的装配加工。

该类钢材的焊接材料，一方面需要同等强度甚至更高级别的焊接材料，以满足焊接接头的强度和韧性要求；同时还对焊接接头的焊缝金属的扩散氢含量提出了严格要求，以防止焊接冷裂纹的生成。焊缝金属冷裂纹敏感性随强度增加而增加，当其抗拉强度超过800MPa时，其形成冷裂纹的临界扩散氢含量将由600-700MPa时的8-15ml/100g降低到4-6ml/100g。显而易见，为防止焊接冷裂纹，确保焊接接头质量，应选择扩散氢含量小于临界含量的焊材。

因此，对于屈服强度690MPa级钢材，正确的焊条应该同时满足强度和超低氢含量两个技术要求。

现有技术中涉及屈服强度≥690MPa的焊条及熔敷金属报道不多。专利技术CN200610066049.2提供了一种抗拉强度1000MPa的手工电焊条熔敷金属，但7.1-12%含量Ni的添加，大幅增加了成本。专利技术201210547498.4提供了一种管线X100专用电焊条，虽然强度在690MPa以上，但是能否应用于海洋平台还是个未知数。而且，上述技术不能满足熔敷金属超低氢的要求。现有超低氢焊条仅限于抗拉强度650MPa以下，比如专利技术201010608238.4和200510017422.0。截至目前，屈服强度690MPa以上的焊条及熔敷金属未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供超低氢的手工电焊条，使用该焊条制得的焊缝金属的屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥830MPa，-40℃≥80J，扩散氢含量≤2ml/100g。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

高强度超低氢电焊条及焊缝金属，焊条由焊芯和外表包覆药皮组成，所述焊芯为低合金钢，以重量百分比计，包括：C0.02-0.08，Si0.05-0.20，Mn0.50-1.50，P≤0.020，S≤0.020，Ni1.2-2.5，Nb0.01-0.08，Cu0.65-1.35；

所述药皮包括：15-40%大理石，8-12%萤石，5-9%锆铁，3-7%长石，1-5%氟铝酸钾，1.0-3.0%锰铁，1.0-3.0%镍铁，1.0-2.5%钼铁，1.0-5.0%钇萤石，26-45%铁粉，余下为粘结剂；

采用该焊条用于结构钢焊接，得到焊接接头，其焊缝金属含有：C0.02-0.06，Si0.10-0.40，Mn1.10-1.55，P≤0.020，S≤0.010，Ni1.2-2.5，Mo0.25-0.65，Nb0.01-0.08，Cu0.65-1.35，Zr0.01-0.10，Y0.01-0.10，O0.025-0.040，余量为铁及不可避免的杂质，且Y/O0.8-3.6。

焊条中大理石的作用是造渣和造气，电离后的CaO可以稳弧，也能脱硫。含量过低会造成渣量少，对焊缝的保护不够，影响焊接过程；反之，含量过高会造成药皮和渣量过大、电弧稳定性下降，不利于成型。本发明中优选含量在25-40%。

萤石和氟铝酸钾是本发明中焊条药皮的重要成分组合之一。两者在电弧作用下，会分离出氟离子，与焊缝金属中的氢离子结合形成氟化氢，从而被熔池中的冶金反应排出焊缝金属；同时上述过程也不会对电弧稳定性产生影响。

钇萤石和锆铁粉是本发明中焊条药皮的另一个成分组合。镐是强氧化物形成元素，在理化性能上与钛接近，但得益于其比重大的特点，镐元素在焊接冶金熔池中的脱氧反应中形成的氧化物粒子更容易均匀分布。钇元素作为稀土元素中的一种，理化性能与常用的澜、铈相近，也容易在焊接熔池中与氧反应生成致密分布的氧化物粒子。

研究表明，镐和钇的氧化物粒子均可以在焊缝金属冷却相转变过程中，充当异质形核质点，可有效促进晶内针状铁素体的生成。氧化物粒子的尺寸、分布和体积含量均对相转变有影响，呈致密分布的小尺寸氧化物粒子对针状铁素体的形核促进效果最佳。试验数据表明：当焊缝金属中的Zr0.01-0.10，Y0.01-0.10，O0.025-0.040，且Y/O0.8-3.6之间时，焊缝金属可得到15-30%的针状铁素体。