【CN109530881A】焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂焊丝及制备方法【专利】

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CN 109530881 A
说 明 书
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焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂、焊丝及制备方法
技术领域 [0001] 本发明涉及一种焊接领域，特别涉及一种用于焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊 剂、焊丝及制备方法。
背景技术 [0002] 由于镍基材料成本、资源等问题，希望有一种材料能替代镍基材料且各项性能与 镍基材料相当。为此 ，经过研究 ，采 用高锰钢来替代镍基材料 ，由于高锰钢特殊的成分 ，除了 具有良 好的耐磨性外 ，还具有良 好的 力学性能 ，常常被 用于采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢 铁行业等。如今常用的高锰钢的锰含量较低 ,这种钢机械加工困难，基本上都是以铸铁形式 使 用，在使 用中受冷变形后 ，表层即产生显著硬化 ，用于耐磨性的 条件下。但该类锰含量较 低的高锰钢中的Mn含量偏低 ，普遍在13％以下 ，为了得到良 好的机械性能 ，特别是良 好的 低 温冲击韧性(-196℃) ，近几年，在相关设计单位及钢厂的努力下，Mn含量在13以上的超低温 高锰钢也已陆续完成开发并逐步推广应用，最近，Mn含量在20％以上的超低温高锰钢也初 步完成产成品 ，正在试 用阶段。开发的 超低温高锰钢其成分、性能都到达一个良 好的水平 ， 由于此高锰钢正在试用阶段，对配套的焊接材料也是一个考验。 [0003] 众所周知，锰含量越高，对焊接材料的工艺、力学性能是一个较大的难度，母材及 焊接材料的 Mn含量越高 ，其焊接过程中 冶金反应的程度将更加明显 ，对焊接工艺性能要求 较高 ，经过近年的发展 ，为了提高 钢的蠕变强度、持久强度和组织的稳定性 ，在钢中 加入了 少量的 铬、镍、钼、铜等元素 ，但如何保障 在焊接后 ，焊接接头在超低温 、高压等各 种腐蚀介 质条件下具有与母材同 样地性能 ，是对焊接材料的考验 ，在现有的焊接材料中 ，虽然公开了 一些埋弧焊剂，如CN107206549A(埋弧焊用焊剂) ，但其公开的焊剂用于焊接本发明的高猛 钢(如锰碳比 20) ，焊接后焊缝内部有气孔、夹渣和裂纹 ，焊缝金属低温冲击韧性 (-196℃) 低 于90J，不能适用于窄间隙的焊接，接接头抗拉强度低，焊缝不规整。
本发明公开了一种焊接超低温高锰钢用的 埋弧焊焊剂 ，由以 下成分 制成 ：SiO23-6重量份 、 MgO 30-50重量份、Al2O330-40重量份、CaF210-20 重量份、TiO23-10重量份、0<Fe2O3≤3 .0重量份、0 <S≤0 .020重量份和0<P≤0 .015重量份。与现有 的相比 ，本发明具有良好的焊接工艺性，脱渣优 良、成形美观，机械性能更加优良 ，本发明焊丝焊 剂焊接一种锰含量在13％以上的超低温高锰钢 时可取代镍基母材及焊材并能满足-196℃超低 温要求。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910013942 .6
(22)申请日 2019 .01 .08
(71)申请人 四川大西洋焊接材料股份有限公司 地址 643000 四川省自贡市自流井区丹阳 街1号
(72)发明人 毛兴贵 杨飞 蒋勇 张晓柏 明廷泽 范银东 彭祺珉 贾兴旺 廖芬
(74)专利代理机构 北京康盛知识产权代理有限 公司 11331
代理人 杜志兰
(51)Int .Cl . B23K 9/18(2006 .01) B23K 35/30(2006 .01) B23K 35/36(2006 .01)
( 54 )发明 名称 焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂、焊丝及
制备方法 ( 57 )摘要
(10)申请公布号 CN 109530881 A (43)申请公布日 2019.03.29 B23K 35/40(2006 .01)
权利要求书1页 说明书5页Biblioteka CN 109530881 A
CN 109530881 A
权 利 要 求 书
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1 .一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂，由以下成分制成： SiO2 3-6重量份、MgO 30-50重量份、Al2O3 30-40重量份、CaF2 10-20重量份、TiO2 3-10 重量份、0<Fe2O3≤3 .0重量份、0<S≤0 .020重量份和0<P≤0 .015重量份。 2 .根据权利要求1所述的焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂，其特征在于：所述SiO2 36重量份、MgO 30-40重量份、Al2O3 30-40重量份、CaF2 15-18重量份、TiO2 3-6重量份、Fe2O3 2-3重量份、S 0 .014-0 .015重量份、P 0 .010-0 .015重量份。 3 .根据权利要求2所述的焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂，其特征在于：所述SiO2 6 重量份，MgO 30重量份，Al2O3 40重量份，CaF2 15重量份，TiO2 3重量份，Fe2O3 3重量份，S 0 .015重量份，P 0 .010重量份。 4 .一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝，由以下成分制成 ：碳0 .1-0 .6％、硅0 .10 .5％、锰13-30％、铬3-6％、镍5-15％、钼1-5％、铜0 .1-1 .0％、氮0 .1-0 .3％、铝≤0 .20％、 硫0 .005-0 .01％、磷0 .005-0 .01％，和余量为铁及必不可少的杂质。 5 .根据权利要求4所述的焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝 ，其特征在于 ：所述碳 0 .30％、硅0 .4％、锰25％、铬3％、镍9％、钼4％、铜0 .5％、氮0 .15％、铝0 .10％、硫0 .005％、 磷0 .007％，和余量为铁及必不可少的杂质。 6 .一种焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂的制备方法，包括以下步骤： 步骤一、将权利要求1-3任一所述的焊剂各组分按先SiO2--Al2O3--CaF2--MgO--TiO2 顺序置于混合器内，搅拌混合均匀后，加入粘结剂在混合器内进行第一次粗造粒； 步骤二 、转移到 调粉设备中 进行 第二次 细造粒 ，后经1 00 ℃预 烘干 、200 ℃低温 烘培 和 800℃高温烧结，筛分。 7 .根据权利要求6所述的焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂的制备方法，其特征在于： 所述粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或 钾钠水玻璃 ，高温烧结采 用气加热 ，在温度达到805℃ 时气加热停止，在温度降到795℃时自动加热，高温烧结产生的预热将用于预烘培及低温烘 培，节约能源。 8 .一种权利要求4-5任一所述的焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝的制备方法，包括 以下步骤： 装料 ，进行真空感应炉冶炼 ，精锻锻造开坯并轧 制成材 ，再退火处理并进行粗拉 和精拉 工序，拉拔到所需要求后进行镀铜工序，合格后进行卷绕并包装。 9 .根据权利要求9所述的的焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊丝的制备方法，其特征在 于：所述原料为低S、P精钢材、金属Cr、金属Mn合金料，优选精炼期温度控制1600～1650℃， 真空度≤1Pa ,保持时间大于40分钟(包括搅拌时间)。优选开锻温度≥1000℃，优选终锻温 度≥900℃。优选轧制高线出口温度按1000-1050℃控制，吐丝温度按≥950℃控制，随时监 控退火温度(700-800℃)，拉拔采用钠系伸线粉，其线径偏差±0 .05mm，椭圆度≤0 .03mm；焊 丝铜膜厚度控制在0 .2-0 .6μm。 10 .一种超低温高锰钢的焊接方法，该方法采用权利要求1-3任一所述的焊剂和权利要 求4-5任一所述的 焊丝 ，所述高锰 钢锰含量大于13 ，该焊接方法进行-1 96℃超 低温 冲击韧 性。