專利名稱：X100管線鋼埋弧焊用高焊速燒結焊劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于材料加工技術領域，本發(fā)明涉及一種焊劑材料，特別涉及一種XlOO管線鋼用高焊速埋弧焊焊劑，本發(fā)明還涉及該焊劑的制備方法。
背景技術：
管線建設的發(fā)展趨勢是向長距離、高壓力、大口徑發(fā)展，使其強度要求越來越高；另外，由于從油氣產(chǎn)地到消費地往往長達數(shù)千公里，沿途地質(zhì)條件復雜、氣候多變，對管線鋼韌性也提出越來越高的要求。目前X80級鋼板和配套焊絲已經(jīng)開始在“西氣東輸”二線工程中使用，并取得了良好的效果。而更高強度級別的管線鋼XlOO也已經(jīng)取得了階段性成果，2006年7月，鞍鋼成功研制開發(fā)XlOO管線鋼寬厚板；2007年8月，武鋼開發(fā)成功XlOO板卷；另外，南鋼、舞鋼等也在高鋼級管線鋼的研發(fā)方面取得了很大進展，并相繼研發(fā)成功XlOO管線鋼。XlOO管線鋼埋弧焊用焊絲的研究也已進入試驗階段，并已取得了初步成效， 但沒有與之相匹配的埋弧焊用焊劑材料，以保證焊縫具有高強度、高韌性及焊接所要求的工藝性，尤其是低溫沖擊韌性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種XlOO管線鋼埋弧焊用高焊速燒結焊劑，為高級別管線鋼提供焊接材料，提高焊縫低溫沖擊韌性。本發(fā)明所采用的技術方案是，一種XlOO管線鋼埋弧焊用高焊速燒結焊劑，按重量百分比該材料由以下組分組成19% 25%的CaF2, 25% 29%的MgO，5% 8%的CaO，21% 25%的Al2O3,4% 8%的MnO，1% 2. 5%的SiFe，O. 8% I. 2%的Re，余量為SiO2,以上各組份的質(zhì)量百分比總和為100%ο本發(fā)明的另一目的是提供一種焊劑的制備方法，按照以下步驟實施I)稱取如下礦物粉料螢石、電熔鎂、硅灰石、鋁礬土、錳礦、SiFe及輕稀土氧化物；2)將稱取的各物質(zhì)置于同一容器中，進行混合，使得按照質(zhì)量百分比各物質(zhì)含量為19% 25% 的 CaF2, 25% 29% 的 MgO, 5% 8% 的 CaO, 21% 25% 的 Al2O3,4% 8% 的 MnO, 1% 2. 5%的，O. 89Γ1. 2%的Re，余量為SiO2,以上各組份的質(zhì)量百分比總和為100% ；3)混合均勻后，按全部組分質(zhì)量的229Γ25%加入粘結劑，進行濕攪拌均勻，使之成為半固態(tài)，然后在容器盆中來回搓動成粒，并通過8目的篩子，之后在室溫通風條件下放置4飛小時，然后進行烘干，烘干溫度為250°C，烘干后，再放入燒結爐中在750°C、00°C的溫度下進行燒結，燒結時間不小于2小時，燒結好后通過8 40目的篩子過篩，便得到焊劑。其中SiO2是通過礦物粉攜帶加入，且焊劑成品中SiO2含量應不大于20%。其中粘結劑為鉀鈉水玻璃，且鉀鈉比為2. 6 :1。本發(fā)明的有益效果是，與H03MnNiMo焊絲匹配,在I. 75m/min的高焊速、雙絲焊接條件下，焊后工藝性能和焊縫性能均能滿足高級別管線鋼的使用要求，達到了提高焊縫低溫沖擊韌性和焊接速度的目的。


圖I是使用本發(fā)明實施例I制備出的焊劑進行焊接的焊縫的金相組織照片；圖2是使用本發(fā)明實施例2制備出的焊劑進行焊接的焊縫的金相組織照片；圖3是使用本發(fā)明實施例3制備出的焊劑進行焊接的焊縫的金相組織照片。
具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明提供一種XlOO管線鋼埋弧焊用高焊速燒結焊劑，按重量百分比該材料由以下組分組成19% 25%的CaF2, 25% 29%的Mg0，5% 8%的Ca0，21% 25%的Al2O3,4% 8%的MnO, 19Γ2. 5%的SiFe，0. 8% 1. 2%的Re，余量為SiO2,以上各組份的質(zhì)量百分比總和為100%。本發(fā)明還提供上述焊劑的制備方法，按照以下步驟實施I)稱取如下礦物粉料螢石、電熔鎂、硅灰石、鋁礬土、錳礦、SiFe及輕稀土氧化物；2)將稱取的各物質(zhì)置于同一容器中，進行混合，使得按照質(zhì)量百分比各物質(zhì)含量為19% 25% 的 CaF2, 25% 29% 的 MgO, 5% 8% 的 CaO, 21% 25% 的 Al2O3,4% 8% 的 MnO, 1% 2. 5%的，O. 89Γ1. 2%的Re，余量為SiO2,以上各組份的質(zhì)量百分比總和為100% ；其中SiO2是通過礦物粉攜帶加入，且焊劑成品中SiO2含量應不大于20%。3)混合均勻后，按全部組分質(zhì)量的229Γ25%加入粘結劑，進行濕攪拌均勻，使之成為半固態(tài)，然后在容器盆中來回搓動成粒，并通過8目的篩子，之后在室溫通風條件下放置4飛小時，然后進行烘干，烘干溫度為250°C，烘干后，再放入燒結爐中在750°C、00°C的溫度下進行燒結，燒結時間不小于2小時，燒結好后通過8 40目的篩子過篩，便得到焊劑。在本發(fā)明焊劑的組分中CaF2的熔點較低，具有稀釋熔渣的作用，會降低熔渣的熔點，從而提高熔渣的導電性和流動性，CaF2在焊接中發(fā)生分解反應，生成的[F]捕捉熔渣中還原反應而產(chǎn)生的
，抑制[O]向熔敷金屬中過渡，從而降低熔敷金屬中的[O]氧含量，并且降低了電弧氣氛中的[H]分壓，改善焊縫的塑性和韌性以及焊接工藝性能，在本發(fā)明中CaF2的含量應控制在19% 25%之間。MgO是堿性氧化物，作為調(diào)整熔渣的堿度而加入的，具有提高熔敷金屬沖擊韌性、降低擴散氫含量的作用。MgO的熔點較高，提高熔渣的粘度，抑制了熔渣的流動性，但當加入量超過30%時，會使焊縫成型能力變差。MgO也是穩(wěn)定的氧化物，不易分解，具有增大熔渣表面張力的作用，本發(fā)明中MgO含量控制在25°/Γ29%。Al2O3是一種穩(wěn)定的中性氧化物，是焊劑成分常用的玻璃體造渣材料，其熔點為2050°C，具有提高電弧集中性的作用，對Mn和Si的氧化作用很小，可以有效抑制CO氣孔。隨著Al2O3的增加，脫渣越來越好，但焊縫表面呈藍色，渣上氣孔也越來越多，焊縫表面易出現(xiàn)麻點。同時Al2O3是熔渣粘度的調(diào)整劑，能調(diào)整熔渣的流動性，Al2O3具有增大熔渣表面張力的作用，所以加入量過多時，不利于改善脫渣，所以，將其含量控制在219Γ25%之間。CaO是高堿度燒結焊劑的主要造渣劑，對S、P的結合能力較強，可以排除焊縫金屬中S、p的含量。在本發(fā)明中CaO以硅灰石的形式加入，代替加入CaCO3焊接時分解析出CO2帶來的弊病，其加入量控制在5°/Γ8%之間較好。MnO是以調(diào)整熔敷金屬中的含Mn量為目的而添加的，其降低熔渣熔點，改善熔渣的流動性，有利于焊縫成形，降低表面張力，對于脫渣和熔敷金屬的韌性有著重要的影響，但MnO常以以錳礦、富錳渣、以及硅酸錳的形式加入，這些原料一般含有較高S、P含量，因此，本發(fā)明中其加入量控制在4°/Γ8%。Si是作為脫氧元素加入焊縫金屬的，它縮小Y相區(qū)，是穩(wěn)定α鐵素體的元素，對Ms點幾乎沒有影響。尤其當Mn、Si同時存在時，對焊縫金屬組織和性能都有重大的影響；隨著Mn-Si含量的增加，可使連續(xù)冷卻的相變溫度逐漸降低、組織細化。但Si顯著提高珠光體相變溫度，是奧氏體轉變移向較高的溫度，促使了先共析鐵素體的析出對韌性不利，但硅含量的降低，減少了馬氏體和奧氏體的數(shù)量，有效地提高了焊縫的韌性，因此焊縫中應控制Si的含量。參閱相關資料及試驗得出其含量應控制在廣2. 5%，并以SiFe的形式加入。Re在焊縫金屬中起到凈化雜質(zhì)、變質(zhì)夾雜和微合金化作用，更多的是有利于改善 韌塑性，可綜合發(fā)揮Mo、Ti、B的強化效果和Re改善韌塑性的作用。輕稀土元素加入焊縫之后，會富集在硅酸鹽夾雜物中，使夾雜物球化，并以彌散狀態(tài)分布，從而有利于AF的形核，抑制了 PF，使焊縫組織得到細化。稀土是很強的脫氧劑，在焊接中除使用稀土脫氧外，還使稀土起脫氮、吸氫、合金化及孕育劑等作用，降低熔敷金屬的擴散氫含量，從而提高了焊縫金屬的抗裂性能，提高熔敷金屬低溫沖擊韌性。但當焊縫中稀土元素加入量過多時，會污染焊縫晶界，使之失去抑制晶界先共析鐵素體的作用，從而降低了焊縫金屬的低溫沖擊韌性。因此，稀土的加入量應控制在O. 8^1. 2%之間。本發(fā)明焊劑與H03MnNi3MoTiB焊絲匹配使用，進行平板對接Y型坡口雙絲雙面焊接，前絲Φ4.0，后絲Φ3.2，焊速為1.75m/min，焊接工藝性能優(yōu)異，且所得熔敷金屬強度高，低溫韌性好，焊縫強度和韌性完全能與高強度管線鋼的母材匹配。本發(fā)明具有以下特點I)本發(fā)明的原料大都易于獲得，原料來源渠道多，所需原料都是國內(nèi)儲備較豐富的原料；2)本發(fā)明與H03MnNi3MoTiB焊絲匹配，用于國產(chǎn)XlOO級管線鋼焊接得到的焊縫性能如下a.焊縫的抗拉強度720Mpa，沖擊韌性(-10°C)平均值彡185J，剪切面積(-10°C)平均值彡88% ；b.焊縫的組織為塊狀鐵素體(QF)復合粒狀貝氏和彌散分布的黑色點狀析出物，其中大量為鐵素體；3)本發(fā)明與H03MnNi3MoTiB焊絲匹配，具有良好的工藝性能。在XlOO高鋼級，15mm以上大壁厚鋼管焊接中，焊速可達I. 6^1. 8m/min，內(nèi)、外焊道亮度較好，鋪展、脫渣均較好；4)采用本發(fā)明焊劑施焊能適應高級別管線鋼雙絲、雙面及大線能量下焊接的工藝特點。實施例I按照質(zhì)量百分比用天平分別稱取25%的CaF2, 29%的MgO，5%的CaO，25%的Al2O3,8%的MnO, 2. 5%的SiFe7O. 8%的Re，余量為SiO2,以上各組份的質(zhì)量百分比總和為100%。
按配方用天平分別稱出所需原材料置于同一容器中，各粉劑混合均勻后，加入25%的粘結劑(K-Na混合型水玻璃)，進行濕攪拌均勻成為半固態(tài)，將攪拌均勻的濕料在容器盆中來回搓動成粒，并通過8目的篩子，將造好粒的焊劑，在室溫通風條件下放置5小時，進行晾干。然后放入烘干爐中進行烘干，溫度控制在250°C，烘干后，將焊劑放入燒結爐中加熱到900°C，燒結時間不小于2小時，燒結好的焊劑通過30目的篩子過篩便得到成品焊劑。該實施例制成的焊劑材料與H03MnNi3MoTiB焊絲匹配，焊接15. 3mm的XlOO級管線鋼，采用美國林肯焊機，雙絲、雙面焊接，正面焊完后反面清理焊接，Y型坡口，內(nèi)坡口60±3° ;外坡口 90±3°，其中前絲Φ4. 0，后絲Φ3. 2，焊速為1.75m/min，所得焊縫組織參見圖I。具體焊接工藝參數(shù)如下表所示
權利要求
1.一種XlOO管線鋼埋弧焊用高焊速燒結焊劑，其特征在于，按重量百分比該材料由以下組分組成19% 25% 的 CaF2, 25% 29% 的 MgO，5% 8% 的 CaO，21% 25% 的 Al2O3,4% 8% 的 MnO，1% 2. 5%的SiFe7O. 8% I. 2%的Re，余量為SiO2,以上各組份的質(zhì)量百分比總和為100%。
2.—種權利要求I所述焊劑的制備方法，其特征在于，按照以下步驟實施 1)稱取如下礦物粉料螢石、電熔鎂、硅灰石、鋁礬土、錳礦、SiFe及輕稀土氧化物； 2)將稱取的各物質(zhì)置于同一容器中，進行混合，使得按照質(zhì)量百分比各物質(zhì)含量為19% 25% 的 CaF2, 25% 29% 的 MgO，5% 8% 的 CaO，21% 25% 的 Al2O3,4% 8% 的 MnO，1% 2. 5% 的，0.8% I. 2%的Re，余量為SiO2,以上各組份的質(zhì)量百分比總和為100% ； 3)混合均勻后，按全部組分質(zhì)量的229Γ25%加入粘結劑，進行濕攪拌均勻，使之成為半固態(tài)，然后在容器盆中來回搓動成粒，并通過8目的篩子，之后在室溫通風條件下放置4飛小時，然后進行烘干，烘干溫度為250°C，烘干后，再放入燒結爐中在750°C、00°C的溫度下進行燒結，燒結時間不小于2小時，燒結好后通過8 40目的篩子過篩，便得到焊劑。
3.權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述SiO2是通過礦物粉攜帶加入，且焊劑成品中SiO2含量應不大于20%。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述粘結劑為鉀鈉水玻璃。
5.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述鉀鈉水玻璃中鉀鈉的摩爾比為,2. 6 I ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種X100管線鋼埋弧焊用高焊速燒結焊劑，由以下組分組成19%~25%的CaF2，25%~29%的MgO，5%~8%的CaO，21%~25%的Al2O3，4%~8%的MnO，1%~2.5%的SiFe，1.5%~3%的ZrO2，余量為SiO2，以上各組份的質(zhì)量百分比總和為100%。由各礦石粉攜帶加入的SiO2，采用燒結法制得焊劑材料與相匹配的焊絲在大線能量和高焊速(1.8m/min)下使用時，焊接工藝性優(yōu)良，焊接接頭具有高的低溫沖擊韌性，較好的焊縫強度及較好的脫S、P能力及過渡合金的作用等性能，焊縫強度及韌性完全能與高等級管線鋼的基材匹配，適用于ReL≥610MPa及以上強度級別管線鋼的焊接。
文檔編號B23K35/362GK102909492SQ201210393920
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權日2012年10月17日
發(fā)明者張敏, 陳飛綢, 李繼紅 申請人:西安理工大學