CN102294554A

CN102294554A - -40℃具有良好冲击性能的80Kg级气体保护焊丝及盘条

Info

Publication number: CN102294554A
Application number: CN2010102074891A
Authority: CN
Inventors: 屈朝霞; 许磊; 王海涛
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2011-12-28

Abstract

-40℃具有良好冲击性能的80kg级气体保护焊丝及盘条，其化学成分重量百分比为：C 0.05～0.12％，Si 0.50～1.0％，Mn 1.5～2.0％，S≤0.015％，P≤0.020，Ni 1.1～1.6％，Cr 0.12～0.38％，Mo 0.2～0.48％，Ti 0.08～0.2％，Al≤0.02％，Cu≤0.2％，O≤0.008％，N≤0.008％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明解决了抗拉强度800MPa及以上的低合金结构钢的配套气体保护焊丝问题，对于800MPa的钢种属于等强匹配。对于900MPa和1000MPa的钢种，属于低强匹配。同时也可用于700MPa的低合金结构钢的焊接，则属于高匹配。

Description

-40℃具有良好冲击性能的80Kg级气体保护焊丝及盘条

技术领域

本发明属于低合金焊接材料领域，特别涉及-40℃具有良好冲击性能的80kg级气体保护焊丝及盘条。

背景技术

目前，随着工程机械大型化、轻量化、高性能的发展要求，机械用钢的强度级别需求也不断提高，抗拉强度800MPa以上的高强度钢板已广泛应用于工程机械、矿山机械、港口码头机械等领域。工程机械等大型装备均是通过焊接加工制作而成。焊接材料成为其必不可少的生产原料，同时也成为影响这些设备的制作质量和安全可靠性的主要因素。

由于焊接材料熔敷金属的强度与低温韧性是一对矛盾，随着材料强度的提高，其低温韧性往往是越来越差，但抗拉强度800MPa以上高强钢的应用条件越来越苛刻，要求至少是-20℃下材料的CVN冲击性能有较高的水平，目前许多用户要求-40℃下焊接材料CVN冲击性能处于较高的水平。由于高强钢和高强焊接材料含有更高的合金元素，其焊接裂纹敏感性较高，因而不得不采用较高的预热温度，这使得焊接生产的工况环境变差，焊接质量不稳定。

已有高强气体保护焊丝如下：

1、中国专利申请号01133651.X公开了“低合金高强钢用高韧性气体保护焊丝”，其涉及一种低合金高强钢用高韧性气体保护焊丝，其化学成份(按重量％)含有：C 0.05～0.12、Mn 1.20～2.00、Ni 0.60～1.60、Si 0.30～1.20、Cu 0.10～0.50、Cr 0.10～0.60、Ti 0.10～0.20、B 0.002～0.010、S≤0.10、P≤0.20，余量为Fe及不可避免的杂质元素。该焊丝采用混合气体(80％Ar+20％CO#-[2])保护电弧焊时，焊缝金属抗拉强度为700～800MPa，-30℃冲击功A#-[kv]≥80J。适用于700MPa级低合金高强钢的气体保护电弧焊。焊丝具有良好的工艺性能，适应于全位置焊接。

2、“High-strength gas-defended welding wire material；High strengthand toughness gas shield welding wire material”，其成分为：C≤0.05％；Si 0.1-0.8％；Mn 0.5-2.0％；S≤0.01％；P≤0.015％；Ni 0.5-2.0％；Cr0.05-0.50％；Mo 0.1-0.5％；Cu≤0.3％；Ti 0.01-0.25％；Re 0.05-0.5％；B0.001-0.030％；余Fe。采用的保护气体为：100％CO₂。

3、中国专利号02158129.0公开了“超低碳高强度气体保护焊丝材料”，该焊丝的化学成分(重量％)为：C 0.01-0.05，Mn 1.00-3.00，Si 0.1-1.0，Ni2.0-6.0，Mo 0.2-2.5，Ti 0.01-0.08，B 0.0002-0.008，RE 0.01-0.5，S≤0.01，P≤0.01，余量为Fe及其它不可避免的杂质。采用的保护气体为：Ar+5％CO₂；焊缝金属的抗拉强度可以达到800MPa，-50℃冲击韧性Akv≥80J。

4、日本发明JP10211597A公开了“The welding wire has a composition，by weight”，其成分为：0.02-0.20％ C，0.20-1.50％ Si，0.50-2.0％ Mn，＜＝0.030％ P，＜＝0.030％ S，0.0030-0.050％ O，0.10-2.00％ Cr，0.10-5.50％ Ni，0.005-0.30％ Bi、Sb、Se中的一种或一种以上，余Fe。应用于管线钢环焊缝。

5、日本发明JP2000218391公开了“This gas shield arc welding wire fora line pipe comprises”，其成分包括：0.02-0.20wt.％C，0.20-1.50wt.％Si，0.50-2.0wt.％Mn，0.030wt.％or less P，0.015wt.％ o less S，0.003-0.050wt.％O，0.10-2.00wt.％Cr，0.10-5.50wt.％Ni，0.005-0.200wt.％La，Ce，Zr andTi中的一种或一种以上，余Fe。应用于管线钢环焊缝的高速焊，同时焊接接头具有一定耐腐蚀性能。焊缝金属的抗拉强度达到640MPa以上，-30℃冲击韧性Akv≥47J。

6、中国发明专利公开了一种气体保护焊丝盘条及焊丝，其组成元素(wt％)：C：0.03～0.12，Si：0.30～0.80，Mn：1.2～2.2，S：≤0.015，P：≤0.020，Ni：0.4～1.0，Cr：0.1～0.5，Mo：0.2～0.6，Ti：0.06～0.2，余量为Fe及不可避免的杂质元素。焊丝用及盘条熔敷金属的抗拉强度为700MPa，适用于抗拉强度600-800MPa的低合金结构钢的焊接，可应用于工程机械、重型汽车、水电、煤电等行业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种-40℃具有良好冲击性能的80kg级气体保护焊丝及盘条，解决抗拉强度800MPa及以上的低合金结构钢的配套气体保护焊丝问题，对于800MPa的钢种属于等强匹配。对于900MPa和1000MPa的钢种，属于低强匹配。同时也可用于700MPa的低合金结构钢的焊接，则属于高匹配。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

-40℃具有良好冲击性能的80kg级气体保护焊丝及盘条，其化学成分重量百分比为：C 0.05～0.12％，Si 0.50～1.0％，Mn 1.5～2.0％，S≤0.015％，P≤0.020％，Ni 1.1～1.6％，Cr 0.12～0.38％，Mo 0.2～0.48％，Ti 0.08～0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

进一步，还包含O≤0.008％，N≤0.008％，Al≤0.02％或/和Cu≤0.2％，重量百分比计。

本发明中的焊丝盘条生产工艺路线：

。焊丝的生产工艺流程为：盘条的入厂检验→粗拉拔工序→(中间热处理)→细拉拔工序→镀铜工序→分卷包装工序。这种工艺是气体保护焊丝盘条和气体保护焊丝的常规的生产工艺。镀铜工艺的主要目的是为了焊丝防锈和在焊接过程中焊丝具有良好的导电性。

在本发明的成分设计中：

C：通过固溶强化会使材料的强度升高，是最廉价的合金强化元素。但碳含量增加，会显著增加熔敷金属的焊接裂纹敏感性；同时碳含量增加，还会使熔敷金属的延伸率降低。本发明选择的范围是0.05-0.12％。

Si：为脱氧元素，也是固溶强化元素，但含量太高会影响金属的韧性，增加脆性，使焊接性变差。焊丝及盘条中的Si在焊接过程中，作为脱氧元素，参与化学冶金反应，将与活性气体保护气氛中的氧结合，其含量由于烧损将会减少很大，这在一定程度上可以减少Ti的烧损，从而提高Ti的有益作用。本发明硅的选择范围是0.50-1.0％。

Mn：是提高强度和韧性的主要元素之一，通过固溶强化来提高强度，同时Mn也可提高其淬透性，增加熔敷金属的强度。但如果锰含量过高，会使延伸率降低，同时会使钢的韧性和焊接性变差。焊丝及盘条中的Mn在焊接过程中，作为脱氧元素，参与化学冶金反应，将与活性气体保护气氛中的氧结合，其含量由于烧损而降低，这在一定程度上可以减少Ti的烧损，从而提高Ti的有益作用。本发明锰的选择的范围是1.5-2.0％。

Ni：能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍是熔敷金属组织控制的关键元素，它可促进奥氏体向针状铁素体转变，同时降低奥氏体向铁素体转变的相变温度，抑制共析铁素体的形成。随着焊缝金属中Ni含量的提高，焊缝金属的低温韧性也趋于稳定；但由于Ni是一种比较昂贵的合金元素，充分考虑材料的经济性与高性能的双重要求，应尽可能采用较少的Ni含量，本发明镍的选择的范围是1.1～1.6％。

Cr：是重要的强化元素之一，可使C曲线右移，铬和锰配合，能有效提高钢的淬硬性，且其偏析倾向较锰要小，同时一定量的Cr含量，可以细化晶粒，增加金属的强度。但如果铬含量过高，增加焊接裂纹敏感性，降低熔敷金属的韧性和塑性。本发明Cr的选择的范围是0.12-0.38％。

Mo：能有效增加熔敷金属的强度和韧性，避免多层多道焊时的焊缝金属的回火脆性，但由于钼是一种昂贵的合金元素，为降低钢的合金成本，本发明钼的选择的范围是0.20-0.48％。

Cr+Mo：由于Cr和Mo均为铁素体化元素，二者的含量之和不能超过0.9％，否则将严重影响材料的塑韧性。

Ti：强碳氮化合物形成元素，它们的细小析出相可细化组织，提高钢的强度和韧性。钛在焊缝金属中主要起到脱氧、脱氮作用。但较多的Ti会降低钢板的延伸率，本发明钛的选择的范围0.08-0.2％。

Al：在焊丝及焊丝盘条中，不作为脱氧元素，而是作为杂质元素来控制，尽量减小其含量，这是该焊丝能够获得良好低温韧性的一个控制的关键元素。一方面当铝含量高时，有可能形成夹杂物，影响熔敷金属的低温冲击性能和塑性，另一方面当铝含量过高时，会使钢水浇注困难。本发明铝的选择的范围是≤0.02％。

P、S：杂质元素含量越低，钢质就越纯净，性能也就越好。本发的磷和硫选择的范围分别是P≤0.020％，S≤0.015％。

Cu：在焊丝加工过程中，存在着一个镀铜工艺，所以熔敷金属中必然会存在一定量的Cu，由于各个焊丝生产厂家镀铜的厚度不同，含量大约在0.05-0.12％范围内波动。一定量的铜可以提高强度和韧性，同时还可有效捕捉氢，但如果铜含量过高，则会影响其焊接性能和低温韧性，因此作为可选型，可以添加一定量的铜，但不能超过≤0.20％。本发明铜的选择的范围是≤0.20％。

本发明的80kg级高强焊丝钢的成分设计简单合理，在满足熔敷金属强度的前提下，尽可能采用较少的碳含量和合金元素含量，降低焊接裂纹敏感系数，最终达到提高其抗裂性，同时少的合金元素含量即意味着良好的经济性；其设计思路为：在合理利用C、Si、Mn元素强化作用的基础上，充分挖掘Ti对焊丝钢熔敷金属强度和韧性综合性能贡献最大化的前提下，采用Ni-Cr-Mo主合金体系，通过控制组织种类及细化原始组织和二次组织来达到提高强度的同时提高其低温冲击韧性的目的。

本发明与现有焊丝相比：

从成份上看，本发明含有合理的C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、Ti含量，不含有B、Re、Bi，Sb，Se、La，Ce，Zr等微合金元素。

对比文献1、2、3均含有B元素，而本发明则不含B。含B焊丝虽然可以在一定程度上提高其熔敷金属的综合力学性能，但是冶炼难度大，收得率低，同时在焊丝盘条的冶炼过程中，由于加入方式及加入时机的不同易造成材料性能的不均匀性。

对比文献4和5均不含有Mo元素，而含(Bi，Sb，Se)或(La，Ce，Zr，Ti)元素之一或多个成分；而本发明则含有Mo元素。Mo元素可以在一定程度上细化熔敷金属的组织，有效增加熔敷金属的强度和韧性，避免多层多道焊时的焊缝金属的回火脆性，是本发明主合金体系Ni-Cr-Mo的元素之一。

对比文献6的Ni含量与本发明没有交集，性能上有较大差距，对比文献6属于抗拉强度700MPa的气体保护焊丝钢，而本发明属于抗拉强度800MPa的气体保护焊丝钢。本发明为了获得高强度、高韧性，采用以与对比文献6不同的技术点有：(1)为了提高抗裂性和低温冲击韧性，Cu元素作为选择性加入，但其含量应不超过0.2％；(2)为了提高低温冲击韧性，控制Al≤0.02％，O≤0.008％，N≤0.008％的含量；(3)为了提高经济性和高性能的特点，本发明中的C、Mn、Ti、Cr、Mo的含量范围更为精确。

从性能上看，只有文献3为抗拉强度800MPa的气体保护焊丝钢，但其采用的保护气体为Ar+5％CO₂，从焊接方法分类来讲，为MIG焊，焊缝金属的抗拉强度可以达到800MPa，-50℃冲击韧性Akv≥80J；而本发明采用的保护气体为Ar+20％CO₂，从焊接方法分类来讲，为MAG焊，焊缝金属的抗拉强度可以达到800MPa，在-40℃冲击韧性Akv大于80J。从化学成分上来看，两者差距就更大了，文献3采用了B、Re微合金化，Ni含量较高为2.0％-6.0％。而本发明含有一定量的Cr，不含B、Re，同时其Ni含量较低为1.1％-1.6％，二者没有交集；而且，充分体现经济性和良好的抗裂性。

本发明的有益效果

本发明盘条、焊丝与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明盘条、焊丝所得熔敷金属具有良好的低温冲击性能，良好的抗裂性及优良的力学性能。

2.本发明盘条、焊丝所得熔敷金属的综合性能为：屈服强度：≥700MPa；抗拉强度：≥800MPa；伸长率：≥16％；-20℃、-40℃条件下Akv分别大于120J和80J。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

从表2可以看出，实施例中的气体保护焊丝及盘条的熔敷金属的强度和韧性均达到较高的水准，即抗拉强度：≥800MPa；-40℃条件下Akv大于80J，并且还有一定的富裕量，体现出了优良的综合力学性能。

本发明的高强度气体保护焊丝及盘条，适于抗拉强度700MPa、800MPa、900MPa和1000MPa的低合金结构钢的焊接，对于抗拉强度700MPa的低合金钢这种焊接材料属于高强匹配；对于抗拉强度800MPa的低合金钢这种焊接材料属于等强匹配；对于抗拉强度900MPa和1000MPa的低合金钢这种焊接材料属于低强匹配。其主要应用领域有：工程机械、重型汽车、水电、煤电等行业。

Claims

1.-40℃具有良好冲击性能的80kg级气体保护焊丝及盘条，其化学成分重量百分比为：C 0.05～0.12％，Si 0.50～1.0％，Mn 1.5～2.0％，S≤0.015％，P≤0.020％，Ni 1.1～1.6％，Cr 0.12～0.38％，Mo 0.2～0.48％，Ti 0.08～0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的-40℃具有良好冲击性能的80kg级气体保护焊丝及盘条，其特征是，还包含Al≤0.02％或/和Cu≤0.2％，重量百分比计。

3.如权利要求1所述的-40℃具有良好冲击性能的80kg级气体保护焊丝及盘条，其特征是，还包含O≤0.008％和N≤0.008％，重量百分比计。