CN101722386B - 一种高强高韧性气体保护焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强高韧性气体保护焊焊丝，适应于800MPa级别高强钢的焊接。其化学成分(按重量％计)为：C 0.02-0.05；Si0.30-0.80；Mn 2.0-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.70-1.2；Mo 0.70-1.2；Ti 0.02-0.12；B 0.003-0.005；Ni 2.0-3.2；RE 0.05-0.1；Nb 0.01-0.06；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明焊丝具有成分设计简单、经济、工艺性好等特点，且焊缝金属具有很高的强韧性，适合于对低温韧性要求较高位置的焊接。经实验，利用该焊丝焊接焊缝金属Rm≥800MPa，ReL＞760MPa；焊缝金属-50℃冲击功AkV≥37J。

Description

一种高强高韧性气体保护焊丝
技术领域
本发明涉及一种高强高韧性气体保护焊丝，属于高强钢配套焊接材料领域，特别适用于800MPa级别高强钢的气体保护焊接。 
背景技术
随着我国工业的高速发展，钢铁材料的强度级别逐渐向高强度高韧性的方向发展。工程机械、水电水利、石油化工等行业目前已开始大量使用强度级别为800Mpa的钢种，然而国内针对这种超高强钢配套焊接材料的研发还比较滞后，现有焊丝多达不到等强匹配的要求，即使开发成功的少量焊丝不是成本较高，焊后需要热处理，就是焊缝金属的低温冲击韧性和工艺性达不到要求，另外目前研发的焊丝中Mo和Ni的含量均很高，而且焊接过程中还需预热，大大提高了焊丝的成本和焊接难度，因此开发高强高韧性且工艺性良好的气体保护焊丝非常迫切。 
发明内容
本发明目的是提供一种适用于800MPa级别的高强度、高韧性、低成本、工艺性好的气体保护焊丝。 
实现本发明目的所涉及的技术方案是：高强高韧性气体保护焊丝的化学成份(重量百分比)为C 0.02-0.05；Si 0.30-0.80；Mn 2.0-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.70-1.2；Mo 0.70-1.2；Ti 0.02-0.12；B0.003-0.005；Ni 2.0-3.2；RE 0.05-0.1；Nb 0.01-0.06；余量为Fe和不可避免的杂质。 
本发明焊丝强度级别很高，并且要求具有优良的低温韧性，因此在成分设计上，采用超低碳的设计思路，碳控制在0.05％以下，以达到降低焊缝金属的冷裂敏感性和提升低温韧性的要求。碳含量的减少导致的强度降低，主要通过添加Mn、Ni、Mo、Cr等元素来弥补。本焊丝的特点之一就是将Mn和Cr的含量提升到一个较高的水平，降低Ni和Mo元素的含量，以达到降低成本的目的，另外添加Ti、B、RE等微合金元素，限制S、P等元素的含量，来提高焊缝金属的强韧性和改善工艺性。 
碳是焊缝金属中最重要的合金元素之一，是提高熔敷金属强度的重要元素，也是影响焊接工艺性的重要元素。碳含量过高，会导焊缝中形成高碳马氏体组织，降低焊缝金属的抗裂性、韧性和应力腐蚀性能。所以本发明研制的焊丝碳含量确定在0.02％～0.08％之间。 
锰是奥氏体稳定化元素，能够降低奥氏体向铁素体的转变温度。焊缝金属中Mn充当固溶强化组元，增加Mn含量有助于细化晶粒，增加针状铁素体的含量，同时减少晶界先共析铁素体和侧板条铁素体的含量，从而改善焊缝金属的韧性。焊缝金属中Mn还可以起到脱氧的作用，而且有利于提高焊缝金属的抗热裂纹及层状撕裂的能力。因此本发明焊丝将Mn定在2.0-2.50％之间。 
硅为脱氧元素，焊缝中Si通过与O反应形成SiO2，起到脱氧的作用。在Mn与Si比例合适时，其脱氧效果极佳，有助于改善韧性。一般来讲，添加过量硅对韧性是有害的，有研究表明在超低碳焊缝金 属中为保持较高的低温韧性Si的含量不应高于0.5％。考虑到Si的烧损情况，因此本焊丝将Si定在0.30-0.80％之间。 
钼可降低相变温度，抑制先共析铁素体的生成，促进针状铁素体的转变，增加针状铁素体的比例，并能提高碳氮化物的沉淀强化效果，因而Mo可提高强度，细化晶粒，降低韧脆转变温度，提高Nb的碳氮化合物的沉淀强化效果。本焊丝将Mo定在0.7-1.2％之间。 
加入适量的铬，可抑制先共析铁素体的生成，增加焊缝金属中针状铁素体的含量，从而提高焊缝金属的强韧性。 
Ti和B作为微合金元素同时加入，加入微量的Ti与N形成TiN颗粒，能有效阻止焊缝金属的晶粒长大，细化晶粒，Ti还能减少先共析铁素体形成，增加针状铁素体含量，但含B量低时效果不明显。B能偏析在晶界与N形成化合物，起固氮作用，同时加入B可使CCT曲线右移，抑制先共析铁素体析出，得到更多的针状铁素体，从而提高焊缝韧性，但B的加入需在添加Ti的前提下，保证B不被氧化。 
稀土元素能够改善焊缝金属中夹杂物的大小和形态，达到净化焊缝金属的目的。适当的稀土元素还可以改善焊缝的低温韧性和工艺性能。本发明焊丝成分中稀土元素定在0.05-0.1％。 
S、P元素降低焊缝金属的低温冲击韧性，应严格限制他们在焊丝中的含量，以保证焊缝金属中S、P控制在较低的水平。 
本焊丝通过成分的优化设计，在保持高强度的同时，还具有优良的低温韧性，可实现800MPa级别钢种的不预热焊接。 
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步说明： 
实施案例1 
本焊丝的制备完全按照试验要求来进行配料，采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量，采用转炉炼钢，选用S、P含量低的原材料，采用顶底复合吹炼工艺，严格控制炼钢终点成分、出钢温度等参数，将方坯热轧成Φ5.5mm的盘条，经表面除氧化皮、拔丝处理，制成Φ1.2mm的镀铜或不镀铜焊丝，焊丝的化学成分为：C 0.04；Si 0.46；Mn 2.05；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.92；Mo 0.94；Ti 0.09；B 0.003；Ni 2.81；RE 0.07；Nb 0.03。 
采用混合保护气体(95％Ar+5％CO2)保护下的熔覆金属焊接试验来完成，具体规范为：电流270-300A，焊接电压28-30V，焊接速度24-30cm/min。焊接试板厚度为25mm，带15mm垫板，根部间隙15mm，坡口角度45℃。焊后测得熔覆金属的性能为：Rm＝885MPa，ReL＝810MPa，-50℃冲击功AKV＝145J。 
实施案例2 
采用与案例1相同的工艺来冶炼和拉拔焊丝，所得焊丝成分为：C 0.032；Si 0.61；Mn 2.15；P＜0.010；S＜0.010；Cr 1.08；Mo 0.88；Ti 0.11；B 0.004；Ni 3.10；RE 0.09；Nb 0.04。采用混合保护气体(95％Ar+5％CO2)保护下熔覆金属焊接试验来完成，具体规范为：电流260-300A，焊接电压27-30V，焊接速度25-30cm/min。焊接试板厚度为25mm，带15mm垫板，根部间隙15mm，坡口角度45℃。焊 后测得熔覆金属的性能为：Rm＝875MPa，ReL＝815MPa，-50℃冲击功AKV＝162J。 
实施案例3 
采用与案例1相同的工艺来冶炼和拉拔焊丝，所得焊丝成分为：C 0.048；Si 0.56；Mn 2.10；P＜0.010；S＜0.010；Cr 1.15；Mo 0.74；Ti 0.04；B 0.005；Ni 2.25；RE 0.06；Nb 0.01采用混合保护气体(95％Ar+5％CO2)保护下熔覆金属焊接试验来完成，具体规范为：电流290-350A，焊接电压28-30V，焊接速度26-31cm/min。焊接试板厚度为25mm，带15mm垫板，根部间隙15mm，坡口角度45℃。焊后测得熔覆金属的性能为：Rm＝845MPa，ReL＝790MPa，-50℃冲击功AKV＝87J。 

Claims (1)

1.一种高强高韧性气体保护焊丝，其化学成分按重量％为：C0.02-0.05；Si 0.30-0.80；Mn 2.0-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.70-1.2；Mo 0.70-1.2；Ti 0.02-0.12；B 0.003-0.005；Ni 2.0-3.2；RE 0.05-0.1；Nb 0.01-0.06；余量为Fe和不可避免的杂质。
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