專利名稱：含有氣體保護的耐熱鋼用焊劑的復合焊條的制作方法
技術領域：
本發明涉及耐熱鋼用鋼材焊接的含有氣體保護焊劑的復合焊條。更詳細地說，本發明涉及不僅得到低溫沖擊韌性良好的焊接金屬，而且涉及良好焊接作業性的、可多層焊接的用于耐熱鋼材焊接的含有氣體保護的耐熱鋼用焊劑的復合焊條。
背景技術：
以往的含有金紅石系焊劑的焊條，因含有Cr，Mo，Al，C，Si，S，P，B，Nb等金屬，引起硬化和焊接時夾渣形成造成的大量裂紋。具體來說，以往的金紅石系焊劑的焊條，為夾渣的形成，添加了大量的夾渣形成劑，該夾渣形成劑部分地轉移到焊接金屬中而導致焊接時裂紋。
因此，為去除夾渣形成劑，采用取消預熱和焊接加熱的施工方法，但沒有解決根本問題。
而且，以往的金紅石系焊劑的焊條，因為只用于高溫環境，不要求其低溫沖擊韌性，而現在，結構物的龐大和高溫高壓環境產生的回火脆化焊接金屬使其低溫韌性下降，這些問題嚴重限制了其使用。
因此，為改善金紅石系焊劑的焊條的缺點，即低溫沖擊韌性特性，提高焊接效率和最大生產能力，迫切需要開發含焊劑的復合焊條。
發明內容
為此，本發明為解決上述以往技術的問題而提出，即提供不僅防止焊接時裂紋的發生，而且得到焊接作業性和生產性良好，低溫沖擊韌性良好的焊接金屬， 由此提供用于耐熱鋼材焊接的含有氣體保護焊劑的復合焊條。
為達到上述目的，本發明提供耐熱鋼用含有氣體保護焊劑的復合焊條，其特征在于相對于焊條，各組分含量重量％為，由C0.01～0.15％，Mn0.5～1.5％，Si0.3～1.0％，Cr1.0～5.0％，Mo0.4～1.5％，Ti0.01～0.1％，Fe10～20％，N0.004～0.02％構成的金屬粉末；從K2O、Na2O、Li2CO3和TiO2中選擇兩種以上成分的電弧穩定劑，其合計含量為0.05～0.2％；F0.05～0.30％，以及其它不可避免的雜質等組成的焊劑被充填，并且相對于上述充填焊劑的總重量，控制上述金屬粉末的含量合計為95～98％。
首先，本發明的含有耐熱鋼用焊劑的復合焊條，其特征在于為抑制焊接時裂紋的發生并確保完整的金屬焊接，最好適當控制充填在金屬外皮內的焊劑成分中的金屬粉末，由此可防止焊接金屬的擴散性氫氣量的增加。
而且，本發明的特征在于，為在-20℃確保40J以上的沖擊韌性，控制形成氮化物的氮含量。
下面首先說明構成本發明焊條的焊劑組成成分，即金屬粉末。
C是焊接后熱處理時形成碳化物，提供強度和拉伸性的元素。但當其含量低于0.01％時，拉伸強度降低，高溫下很難維持機械性質，沖擊韌性劇減；而當其含量超過0.15％時，拉伸強度劇增，有發生裂紋的可能，拉伸率也下降。因此，本發明優選控制C含量為0.01～0.15％。
Mn在本發明中優選控制其含量為0.5～1.5％。當其含量低于0.5％時，因脫氧不足產生沖擊韌性的降低，或很難確保所需的強度，而當其含量超過1.5％時，可能有因熱處理的裂紋。
Si在本發明中優選控制其含量為0.3～1.0％。當其含量低于0.3％時，因脫氧不足產生缺陷且強度下降，很難確保高溫強度。另外，當其含量超過1.0％時，產生回火脆化，沖擊韌性降低，焊接時發生裂紋。
Cr是在高溫下穩定性良好，蠕變強度高，熱處理時與C結合，形成碳化物，提高強度，而且提高耐氧化性的有效元素，優選控制其含量為1.0～5.0％。當其含量低于1.0％時，得不到所期望的效果；當其含量超過5.0％時，發生焊接裂紋。
Mo是具有類似于上述Cr的特性，高溫穩定性良好，特別是少量可提高高溫蠕變強度，提高拉伸強度的有效元素。并且，熱處理時與C結合，形成碳化物，提高強度。本發明中優選控制其含量為0.4～1.5％。當其含量低于0.4％時，得不到所期望的效果；當其含量超過1.5％時，發生焊接裂紋和沖擊韌性降低。
Ti是作為脫氧劑使用，提高沖擊韌性和強度的有效元素。當其添加量低于0.01％時，得不到所期望效果；當其添加量超過0.1％時，不僅焊接電弧不穩定而增大濺射發生量，而且夾渣量劇增。為此，本發明中優選控制Ti含量為0.01～0.1％。
Fe是增加焊接效率和提高電弧穩定性的成分，本發明中優選控制其含量為10～20％。因為，當其含量低于10％時，不僅焊接效率降低，而且產生夾渣量增加和剝離性惡劣，從而影響焊道外觀，而當其含量超過20％時，Fe以外的金屬粉末和電弧穩定劑的量相對減少，引起電弧不穩定的不良焊接作業，發生焊接金屬的缺陷可能性增加，而且拉伸強度急劇減小。
另外，上述組成體系中，通過控制焊接金屬的氧含量在1000ppm以下，從而提高耐熱鋼焊接材料的沖擊韌性，確保-20℃的低溫韌性。
因此，本發明的特征在于，為在-20℃確保40J以上的沖擊韌性，以控制氮含量形成氮化物，之后，提高熱處理時焊接金屬的沖擊韌性。
具體來講，因為氮在熱處理時引起回火脆化，適當控制其量非常重要。即，適當的氮量在焊接后熱處理時，與Cr，Ti等結合，形成氮化物，微細化組織，提高沖擊韌性。
本發明中優選控制氮含量為0.004～0.02％。因為，當其含量低于0.004％時，不形成適當量的氮化物，無法確保良好的沖擊韌性；而當其含量超過0.02％時，產生焊接金屬的裂紋，并且產生由氮引起的氣孔缺陷，產生拉伸強度的劇增和拉伸率的劇減。
另外，本發明中，要求相對于焊劑重量，控制上述金屬粉末總含量在95～98％。因為，當其總含量低于95％時，過度形成夾渣，焊道外觀粗糙；而當其總含量超過98％時，因濺射發生過度，不僅焊道外觀粗糙，而且產生缺陷的可能性非常大。
組成本發明焊條的焊劑也含有K2O、Na2O、Li2CO3、TiO2等電弧穩定劑。最好是從K2O、Na2O、Li2CO3、TiO2組成的電弧穩定劑中選擇兩種以上的成分，總量限制在0.05～0.2％范圍內。因為，當其總量低于0.05％時，電弧穩定性低，濺射發生量過度；而當其總量超過0.2％時，夾渣發生量過多，引起不良的剝離，焊道外觀粗糙。
本發明的焊條還含有F。
氟(F)是保護焊接金屬不受來自大氣的氮和氧的影響，提高焊接金屬的耐缺陷性的元素。但當其含量低于0.05％時，得不到上述效果；而當其含量超過0.03％時，電弧不穩定，夾渣發生量過多，引起不良剝離，焊道外觀粗糙。
另外，含有所有上述組分的本發明的焊劑，優選其含量相對焊條總重量為15～25％。因為當其量低于15％時，達不到本發明的目的；而當其量超過25％時，形成過多的夾渣，焊接焊道粗糙。
圖1是本發明的實施例中使用的焊接母材形狀的概略圖。
具體實施例方式
另外，用上述含焊劑的焊條，以同圖1形狀，在約150℃預熱的焊接母材(ASTM A387 Gr.11)上焊接，其具體焊接條件如下面表3。然后，得到的焊接金屬，以160℃/小時的速度加熱，在620℃保持約60分鐘后，以60℃/小時的冷卻速度，冷卻至300℃，之后實施空冷。
為評價由此得到的焊接金屬的機械性質，分別采取焊接金屬的試驗片，對其實施拉伸試驗和查拜式沖擊試驗，其結果如下面表4。
另外，對其焊接時電弧性、焊道外觀、濺射性和夾渣剝離性等焊接作業性，用肉眼比較，其結果分良好(◎)、優秀(○)、普通(△)和不良(×)，如下面表4。
從上述拉伸實驗得到的結果，觀察斷面，測定缺陷發生程度，其結果同樣分良好(◎)、優秀(○)、普通(△)和不良(×)，如下面表4。
*上述表中電弧穩定劑是從K2O、Na2O、Li2CO3、TiO2形成的組中選擇兩種以上成分的合計含量，M*是相對于焊劑的總重量的金屬粉末的重量％。
從上述表1和表4中可看出，按照本發明實施例(1～8)最適當地控制焊劑組成和焊劑中金屬粉末的總含量時，得到具有良好機械性質的焊接金屬，而且焊接作業性和耐缺陷性也良好。
與此相反，F含量不在本發明范圍的比較例(1～2)，其耐缺陷性和焊接作業性不好，而電弧穩定劑含量不在本發明范圍的比較例(3～4)，其焊接作業性不好。
另外，氮含量不在本發明范圍的比較例(5～6)，其所有沖擊強度不好，在40J以下，而焊劑中金屬粉末總含量不在本發明范圍的比較例(7～8)，其焊接作業性不好。
同上所述，本發明提供以最適當地控制其組成和金屬粉末含量的焊劑充填的含有耐熱鋼用焊劑的復合焊條，由此可防止焊接時裂紋發生和焊接缺陷，而且可提高焊接作業性，得到低溫沖擊韌性良好的焊接金屬。
權利要求
1.含有氣體保護耐熱鋼用焊劑的復合焊條，其特征在于相對于焊條，各組分的含量重量％為，由C0.01～0.15％，Mn0.5～1.5％，Si0.3～1.0％，Cr1.0～5.0％，Mo0.4～1.5％，Ti0.01～0.1％，Fe10～20％，N0.004～0.02％構成的金屬粉末；從K2O、Na2O、Li2CO3，和TiO2中選擇兩種以上成分的電弧穩定劑，其合計含量為0.05～0.2％；F0.05～0.30％，以及其它不可避免的雜質等組成的焊劑被充填，并且相對于上述充填焊劑的總重量，控制上述金屬粉末的含量合計為95～98％。
全文摘要
提供含有氣體保護的耐熱鋼用焊劑的復合焊條。本發明的耐熱鋼用含有氣體保護的焊劑的復合焊條,其特征在于相對于焊條,各組分的含量重量%為,由C:0.01～0.15%,Mn:0.5～1.5%,Si:0.3～1.0%,Cr:1.0～5.0%,Mo:0.4～1.5%,Ti:0.01～0.1%,Fe:10～20%,N:0.004～0.02%構成的金屬粉末;從K
文檔編號B23K35/24GK1336264SQ01123730
公開日2002年2月20日 申請日期2001年7月26日 優先權日2000年7月28日
發明者金周晳 申請人:現代綜合金屬株式會社