CN100460134C

CN100460134C - 一种高强度高韧性焊条

Info

Publication number: CN100460134C
Application number: CNB2006100178476A
Authority: CN
Inventors: 张京海; 张宝伟; 丁永忠; 薛钢
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2026-05-29
Also published as: CN1857849A

Abstract

本发明属于焊接材料技术。提出的一种高强度高韧性焊条，其焊条的熔敷金属化学成分的重量百分比为：C≤0.10，Si 0.2～0.5，Ni 2.6～4.0，Mo 0.6～1.2，Ti 0.010～0.050，其余为Fe；熔敷金属化学成分中Cr的重量百分比≤0.4，Mn的重量百分比为1.56～2.2。使用本发明焊条焊接高强度钢，其焊缝强度、韧性及抗裂性能均处于优良水平。其焊缝R_P0.2≥950MPa，Rm≥1000MPa，-50℃冲击功A_kv≥27(均值在40J以上)，同时可适应低后热或无后热焊接。

Description

一种高强度高韧性焊条

技术领域

本发明属于焊接材料技术，主要提出一种高强度高韧性焊条。

背景技术

经查阅相关资料，国内的高强度高韧性焊条种类很少。HQ100钢专用配套焊条是高强度焊条，其熔敷金属力学性能为R_P0.2≥859MPa，Rm≥1000MPa，-40℃冲击功A_kv≥37J，该焊条熔敷金属的屈服强度偏低。专利文件CN1528555A所发明的高强度焊条，其熔敷金属R_P0.2≥950MPa，Rm≥1000MPa，-50℃冲击功A_kv≥27J，该焊条的韧性偏低，不能充分满足一些重要钢结构焊接时的高韧性和高强度要求。

发明内容

本发明提出一种高强度高韧性焊条的目的是通过对焊条熔敷金属化学成分的优化，使其强度、韧性及抗裂性能的综合方面优于现有技术，使焊条熔敷金属具有良好的综合力学性能。

本发明所提出的焊条是在焊态下使用具有高强度韧性焊条，可用于焊接R_P0.2≥950Mpa级的高强度结构钢，本发明焊条的熔敷金属化学成分的重量百分比为：C≤0.10，Si0.2～0.5，Ni2.6～4.0，Mo0.6～1.2，Ti0.010～0.050，其余为Fe；熔敷金属化学成分中Cr的重量百分比≤0.4，Mn的重量百分比为1.56～2.2。

本发明焊条的熔敷金属化学成分中，对各元素的限定理由分别叙述如下：在本发明焊条的熔敷金属中，碳对提高熔敷金属强度效果明显，但其含量过高对焊接性明显不利，为了获得高强度的焊缝金属，并具有一定韧性和抗裂性，将碳含量限定在C≤0.10％。硅是焊接过程中有效的脱氧元素，当熔敷金属的硅含量小于0.2％时，不可能充分的脱氧，使焊缝中可能产生气孔、夹渣等焊接缺陷；当硅含量超过0.5％时，则对焊缝金属的低温韧性有损害。此外，适量的硅元素和其它元素配合有利于焊缝金属获得一定量的针状铁素体、贝氏体、稳定的残余奥氏体组织，有利于保持高强度焊缝金属的韧性。锰是良好的脱氧和脱硫元素，能有效的提高熔敷金属的强度，当Mn<1.2％时，熔敷金属的强度达不到要求，同时也不利于防止焊接热裂纹的产生；当Mn>2.2％时，熔敷金属韧性偏低。本发明焊条中加入的镍可以通过降低位错低温滑移阻力、细化α相晶粒来提高熔敷金属的韧性，降低其脆性转变温度；当Ni<2.6％时，低温冲击功将明显下降，当Ni>4.0％时，焊接热裂纹控制难度加大；Ni是重要的核心元素，利于在焊缝中形成极稳定的残余奥氏体而达到韧化和改善抗裂性的目的，2.6～4％的Ni和适量的Mn含量配合辅以其它合金元素，可获得韧性良好的高强度组织为B+M+A_R(少最)熔敷金属，其R_P0.2≥950MPa，-50℃冲击功均值达到60J。铬是碳化物形成元素，有提高熔敷金属强度的作用，但其在多道焊焊接热作用下复杂的析出行为对低温韧性和抗裂性有不利的影响，为了得到良好的低温韧性和抗裂性，应将Cr元素控制在Cr≤0.5％。Mo元素在提高强度的同时对低温韧性、抗裂性也有一定的不良影响，为了达到要求的强度，应控制Mo元素在0.6～1.2％的范围内。钛是强烈的脱氧元素，它与氮、氧有很强的亲和力，所形成的TiN、TiO质点可以作为晶核，细化晶粒、促进贝氏铁素体的生成，具有提高韧性的作用。为了改善本发明焊条的韧性，钛元素的含量控制在0.010～0.050％的范围内。硫、磷元素都对熔敷金属的韧性有很大的危害作用，所以应尽量降低其含量。

使用本发明焊条焊接高强度钢，其焊缝强度、韧性及抗裂性能均处于优良水平。其焊缝R_P0.2≥950MPa，Rm≥1000MPa，-50℃冲击功A_kv≥27(均值在40J以上)，同时可适应低后热或无后热焊接。

具体实施方式

本发明的高强度高韧性焊条通过焊芯合金化结合药皮过渡部分金属合金化，得到了综合力学性能良好的熔敷金属。按设定的成分要求，共冶炼了2炉钢，然后经浇铸、锻造和轧制成Φ8mm的盘条，最后拉拔成直径为Φ4mm的合金焊芯。焊芯的具体化学成分均列于表1，试验焊条的药皮配方见表2(通过药皮过渡对焊缝金属进行进一步的合金化)。焊条的制备是在通常的油压型焊条压涂机上压制的，然后经低温烘干和高温烘干。焊接前再将焊条经450℃×3h烘焙后供焊接试板用，焊接用试板为低合金钢板，厚度为20mm，钢板的化学成分见表3；焊接坡口尺寸、取样位置及试验方法等均按国家标准GB/T5118的规定进行实施。本发明实施过程中的焊接条件如下：直流电源反接极性，焊接线能量为17～20KJ/cm；道间温度为130～150℃。

以下所列出的各表分别为：表1为本发明焊条焊芯具体化学成分(重量％)；表2为本发明焊条的药皮成分配比(重量％)；表3为实施中使用的低合金钢板化学成分(重量％)；表4为本发明焊条的熔敷金属化学成分(重量％)；表5为本发明焊条的熔敷金属力学性能。

表1 实施例焊条的焊芯具体化学成分(重量％)

	C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	Ti	Fe
	C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	Ti	Fe	1	0.071	0.40	1.61	3.36	0.020	0.50	0.040	余
2	0.042	0.42	1.46	2.68	0.030	025	0.080	余	1	0.071	0.40	1.61	3.36	0.020	0.50	0.040	余

表2 实施例焊条所用的焊芯及与之配合的药皮成分(重量％)

表3 实施例中使用的低合金钢板化学成分(重量％)

C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	V	Fe
C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	V	Fe	0.11	0.25	0.58	4.78	0.56	0.43	0.06	余

表4 实施例焊条的熔敷金属化学成分(重量％)

	C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	Ti	Fe
	C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	Ti	Fe	1	0.086	0.26	1.56	3.6	0.40	0.84	0.040	余
2	0.071	0.25	1.80	3.3	0.21	0.97	0.030	余	1	0.086	0.26	1.56	3.6	0.40	0.84	0.040	余
2	0.071	0.25	1.80	3.3	0.21	0.97	0.030	余	3	0.065	0.30	2.04	2.65	0.36	0.75	0.010	余
4	0.060	0.41	2.04	3.08	0.22	0.72	0.019	余	3	0.065	0.30	2.04	2.65	0.36	0.75	0.010	余
4	0.060	0.41	2.04	3.08	0.22	0.72	0.019	余	5	0.100	0.29	1.75	2.93	0.23	0.74	0.036	余
6	0.065	0.42	1.51	3.86	0.20	0.80	0.031	余	5	0.100	0.29	1.75	2.93	0.23	0.74	0.036	余
6	0.065	0.42	1.51	3.86	0.20	0.80	0.031	余	7	0.076	0.33	1.72	3.24	0.25	1.10	0.049	余
8	0.071	0.28	2.20	2.95	0.37	0.70	0.028	余	7	0.076	0.33	1.72	3.24	0.25	1.10	0.049	余
8	0.071	0.28	2.20	2.95	0.37	0.70	0.028	余	9	0.065	0.48	1.25	4.0	0.36	0.80	0.015	余

注：熔敷金属化学成分由施焊过程中，焊芯、药皮中合金粉熔化及其和药皮间的氧化还原反应的最终结果决定。

表5 实施例焊条的熔敷金属力学性能

	R<sub>P0.2</sub>(MPa)	Rm(MPa)	A(％)	Z(％)	A<sub>KV</sub>-50℃(J)
	R<sub>P0.2</sub>(MPa)	Rm(MPa)	A(％)	Z(％)	A<sub>KV</sub>-50℃(J)	1	990，995	1030，1040	18，18	67，66	58，61，56/58
2	950，955	1010，1020	17，18	65，66	55，69，59/61	1	990，995	1030，1040	18，18	67，66	58，61，56/58
2	950，955	1010，1020	17，18	65，66	55，69，59/61	3	945，965	1000，990	18，17	64，63	40，42，45/42
4	950，960	1000，1010	16.5，18	61，59	56，53，52/54	3	945，965	1000，990	18，17	64，63	40，42，45/42
4	950，960	1000，1010	16.5，18	61，59	56，53，52/54	5	980，990	1040，1050	18，18	60，63	48，53，55/52
6	955，965	1013，1020	18.5，19	61，61	62，59，65/62	5	980，990	1040，1050	18，18	60，63	48，53，55/52
6	955，965	1013，1020	18.5，19	61，61	62，59，65/62	7	998，1010	1060，1090	17.5，18	57，60	51，58，58/56
8	975，990	1060，1100	18，18	58，60	45，50，49/48	7	998，1010	1060，1090	17.5，18	57，60	51，58，58/56
8	975，990	1060，1100	18，18	58，60	45，50，49/48	9	965，975	1005，1020	18.5，18	59.5，62	60，58，66/61

Claims

1.一种高强度高韧性焊条，其焊条的熔敷金属化学成分的重量百分比为：C≤0.10，Si 0.2～0.5，Ni 2.6～4.0，Mo 0.6～1.2，Ti 0.010～0.050，其余为Fe；其特征是：熔敷金属化学成分中Cr的重量百分比≤0.4，Mn的重量百分比为1.56～2.2。