本發明涉及焊接材料領域，具體涉及一種-50℃低溫球罐用高強度鋼焊條。
背景技術：
：-50℃低溫球罐是乙烯/丙烯裝置關鍵的存儲設備，由于設計壓力高、溫度低、易燃易爆，技術指標要求高，低溫乙烯/丙烯球罐的建造水平基本上代表了一個國家或地區球罐建造的最高水平。21世紀初，隨著我國鋼鐵水平的提升，2008年在天津石化大乙烯工程中，-50℃低溫乙烯/丙烯球罐采用國產07MnNiMoDR鋼板取代了進口日本JFE-HITEN610U2L鋼板。但07MnNiMoDR鋼制球罐配套用焊條由于受到國內焊接材料廠水平限制，到目前為止仍然依賴進口日本神鋼的LB-65L焊條，且在國內由大連一代理機構獨家壟斷，進口價格高、周期長，造成了球罐造價高，工期也完全受制于人。因此盡早開發具有自主知識產權的07MnNiMoDR鋼制-50℃低溫球罐用焊條勢在必行。在與國產07MnNiMoDR鋼板研究的同時，國內一些著名的焊接材料廠家也進行了配套焊條的研發，但是無法用較大的熱輸入量焊接，在長時間熱處理后低溫沖擊韌性均不理想，尤其在立焊位置下焊縫金屬不能滿足-50℃KV2≥47J的技術要求。技術實現要素：針對以上問題，本發明提供了一種-50℃低溫球罐用焊條，可耐長時間熱處理，可大熱輸入量焊接，采用CaO-TiO2-CaF2渣系配方，熔敷金屬2.5％Ni基礎上，又添加了微量合金元素，焊條焊接工藝性能良好，在30-35KJ/cm的熱輸入量下焊接、580℃*4h的熱處理條件下熔敷金屬抗拉強度Rm≥630MPa，-60℃KV2≥60J，其焊接接頭抗拉強度Rm≥610MPa，-50℃KV2≥70J，滿足技術要求。為達到上述目的，本發明的技術方案是：一種-50℃低溫球罐用高強度鋼焊條，包括焊芯和藥皮，藥皮涂敷于焊芯外壁，所述藥皮占焊條總重量的50％～60％；以焊芯總重量為基準，按重量百分比計，所述焊芯的組分如下：CMnSiPSFe≤0.100.35-0.60≤0.03≤0.015≤0.015余量以藥皮總重量為基準，按重量百分比計，所述藥皮的組分包括：所述一種-50℃低溫球罐用高強度鋼焊條形成的熔敷金屬化學成分的重量百分比為：焊條中碳酸鈣的主要作用為造渣和造氣。當碳酸鈣含量較低時，藥皮的造氣和造渣能力下降，對焊縫的保護作用降低，造成焊縫力學性能下降；如果碳酸鈣的含量過高，藥皮造氣量過大，電弧穩定性下降，飛濺增大，焊渣熔點升高，焊縫成型粗糙。本發明中碳酸鈣的總量控制在28～40％。氟化鈣可以降低液態金屬的表面張力，提高其流動性，使得焊縫成型美觀，降低焊縫形成氣孔的缺陷。氟化鈣含量低，使得焊縫成型不好，焊縫中易出氣孔，氟化鈣含量過高，容易破壞電弧穩定性，使焊條工藝性變差。本發明焊條中氟化物的含量為12～20％。金紅石的加入可以使焊接電弧穩定，熔池平靜，使過渡熔滴細化，焊縫成形美觀，熔渣覆蓋好，但過量使用容易使機械性能嚴重下降，故其含量控制在4～8％。二氧化硅作為造渣劑，可增加渣的活潑性，但過量使用會增加飛濺，其含量控制在5～8％。熔敷金屬中各元素含量的選取理由如下：硅鐵是一種脫氧劑，為保證脫氧效果，熔敷金屬中Si含量應不小于0.1％。同時Si具有固溶強化作用，能提高熔敷金屬的強度，但是會使沖擊韌性下降，特別是當Si大于0.4％時，沖擊韌性下降。本發明為實現更好的技術效果，熔敷金屬中Si含量設置為0.15-0.30％。電解錳主要用于提高熔敷金屬強度，同時也起到脫氧和脫硫的作用，熔敷金屬中Mn含量設計在0.80％-1.20％之間，從而與Ni的設計范圍2.00％-2.75％相匹配，保證了焊接接頭的韌性較好。鎳粉是提高熔敷金屬韌性的主要元素，隨著熔敷金屬中Ni含量的增加，熔敷金屬韌性逐漸上升，當Ni＞2.0％時，沖擊韌性明顯提高，但當Ni含量超過2.75％時，Ni不再具有改善韌性的作用，沖擊韌性反而明顯下降。鉬鐵是提高熔敷金屬強度的元素，其特點是當Mo含量較低時，隨著Mo含量的增加，沖擊韌性下降幅度不大，當Mo含量增加到一定程度時，沖擊韌性明顯下降，因此Mo含量的合適范圍應在0.10～0.30％之間。本發明的有益效果在于：(1)本發明焊條采用CaO-TiO2-CaF2渣系，工藝性能優良，電弧燃燒穩定，挺度和吹力較好，飛濺小，流動性良好，焊縫成型美觀，焊后脫渣容易；(2)焊條能適用于全位置焊接；(3)焊條藥皮含水率＜0.15％，熔敷金屬擴散氫含量＜5ml/100g(水銀法)，可有效降低冷裂紋的出現；(4)耐長時間熱處理，焊條熔敷金屬在580℃×4h的熱處理條件下抗拉強度Rm≥630MPa，-60℃KV2≥60J，其焊接接頭在580℃×4h的熱處理條件下抗拉強度Rm≥610MPa，-50℃KV2≥70J，符合技術規范要求；(5)本發明焊條尤能適應立焊位置的大熱輸入量焊接，在熱輸入量達到40kJ/cm的條件下，焊接接頭的力學性能還能得以保證且有富余，這一點是目前國內外同類產品所達不到的。本發明采用CaO-TiO2-CaF2渣系配方，熔敷金屬2.5％Ni基礎上，又添加了微量合金元素，焊條焊接工藝性能良好，工藝性能優良，電弧燃燒穩定，挺度和吹力較好，飛濺小，流動性良好，焊縫成型美觀，焊后脫渣容易。在30-40KJ/cm的熱輸入量下焊接、580℃×4h的熱處理條件下熔敷金屬抗拉強度Rm≥630MPa，-60℃KV2≥60J，其焊接接頭抗拉強度Rm≥610MPa，-50℃KV2≥70J，特別適用于-50℃低溫乙烯/丙烯球罐的焊接和建造。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。實施例1，采用焊條生產行業內通用的制造工藝，按焊芯成分要求來選擇焊芯，將藥皮原料按比例進行配制并通過干混濕混制備出焊條涂料，把焊條涂料涂敷到焊芯上，使之成型。焊芯成分見表1-1，藥皮成分見表1-2。表1-1焊芯成分(單位：重量百分比)CSiMnPSFe0.0620.0220.4770.0110.005余量表1-2藥皮配方(單位：重量百分比)將制成的焊條進行檢測，在焊接試驗前焊條先進行350-380℃烘焙1小時，焊接規范：采用直流反接，熔敷金屬力學采用平焊，其道溫為150-160℃，熱輸入量為15-20KJ/cm；焊接接頭力學采用立焊，其道溫為150-160℃，熱輸入量為30-35KJ/cm。化學性能采用火花原子發射光譜儀進行測試，力學性能采用拉伸試驗機、低溫槽、沖擊試驗機進行測試，擴散氫采用氣相色譜擴散氫分析儀進行測試。其熔敷金屬化學成分見表1-3，熔敷金屬力學性能見表1-4，焊接接頭力學性能見表1-5，擴散氫含量見表1-6，其中擴散氫的測定采用水銀法，測試三片取平均值：表1-3熔敷金屬的化學成分(單位：焊條重量的百分比)CMnSiPSNiMoFe0.0591.030.190.0100.0052.490.20余量表1-4熔敷金屬的力學性能表1-5焊接接頭的力學性能表1-6熔敷金屬擴散氫含量實施例2采用焊條生產行業內通用的制造工藝，按焊芯成分要求來選擇焊芯，將藥皮原料按比例進行配制并通過干混濕混制備出焊條涂料，把焊條涂料涂敷到焊芯上，使之成型。焊芯成分見表2-1，藥皮成分見表2-2。表2-1焊芯成分(單位：重量百分比)CSiMnPSFe0.0580.0250.4840.0100.004余量表2-2藥皮配方(單位：重量百分比)將制成的焊條進行檢測，在焊接試驗前焊條先進行350-380℃烘焙1小時，焊接規范：采用直流反接，熔敷金屬力學采用平焊，其道溫為150-160℃，熱輸入量為15-20KJ/cm；焊接接頭力學采用立焊，其道溫為150-160℃，熱輸入量為30-35KJ/cm。化學性能采用火花原子發射光譜儀進行測試，力學性能采用拉伸試驗機、低溫槽、沖擊試驗機進行測試，擴散氫采用氣相色譜擴散氫分析儀進行測試。本實施例的熔敷金屬化學成分見表2-3，熔敷金屬力學性能見表2-4，焊接接頭力學性能見表2-5，擴散氫含量見表2-6，其中擴散氫的測定采用水銀法，測試三片取平均值：表2-3熔敷金屬的化學成分(單位：焊條重量的百分比)CMnSiPSNiMoFe0.0630.980.210.0090.0062.530.21余量表2-4熔敷金屬的力學性能表2-5焊接接頭的力學性能表2-6熔敷金屬擴散氫含量試件焊條焊前烘干條件擴散氫含量(ml/100g)實施例2380℃*1h2.23(2.05/2.53/2.11)實施例3：采用焊條生產行業內通用的制造工藝，按焊芯成分要求來選擇焊芯，將藥皮原料按比例進行配制并通過干混濕混制備出焊條涂料，把焊條涂料涂敷到焊芯上，使之成型。焊芯成分見表3-1，藥皮成分見表3-2。表3-1焊芯成分(單位：重量百分比)CSiMnPSFe0.0590.0230.4870.0110.003余量表3-2藥皮配方(單位：重量百分比)將制成的焊條進行檢測，在焊接試驗前焊條先進行350-380℃烘焙1小時，焊接規范：采用直流反接，熔敷金屬力學采用平焊，其道溫為150-160℃，熱輸入量為15-20KJ/cm；焊接接頭力學采用立焊，其道溫為150-160℃，熱輸入量為30-35KJ/cm。化學性能采用火花原子發射光譜儀進行測試，力學性能采用拉伸試驗機、低溫槽、沖擊試驗機進行測試，擴散氫采用氣相色譜擴散氫分析儀進行測試。其熔敷金屬化學成分見表3-3，熔敷金屬力學性能見表3-4，焊接接頭力學性能見表3-5，擴散氫含量見表3-6，其中擴散氫的測定采用水銀法，測試三片取平均值：表3-3熔敷金屬的化學成分(單位：焊條重量的百分比)CMnSiPSNiMoFe0.0611.050.250.0120.0072.580.22余量表3-4熔敷金屬的力學性能表3-5焊接接頭的力學性能表3-6熔敷金屬擴散氫含量本發明的-50℃低溫球罐高強度用焊條，采用CaO-TiO2-CaF2渣系配方，熔敷金屬在2.5％Ni基礎上，又添加了微量合金元素，焊條焊接工藝性能良好，在30-40KJ/cm的熱輸入量下焊接、580℃×4h的熱處理條件下熔敷金屬抗拉強度Rm≥630MPa，-60℃KV2≥60J，其焊接接頭抗拉強度Rm≥610MPa，-50℃KV2≥70J，特別適用于-50℃低溫乙烯/丙烯球罐的焊接和建造。以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。當前第1頁1 2 3