CN102873465A

CN102873465A - 重型机械用700MPa低合金高强度焊丝及其使用方法

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Publication number: CN102873465A
Application number: CN2012102215085A
Authority: CN
Inventors: 关常勇; 曲传送; 孙洪刚
Original assignee: SHANDONG SOLDER WELDING MATERIAL CO Ltd
Current assignee: SHANDONG SOLDER WELDING MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2012-06-30
Filing date: 2012-06-30
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-30
Also published as: CN102873465B

Abstract

本发明提供了一种适合于重型机械用低合金高强度焊丝，熔敷金属强度达到700MPa以上，延伸率大于16%，冲击功在-20℃达到47J以上，在使用过程中电弧稳定、飞溅较小、焊缝成型美观。该熔化极气体保护焊焊丝的化学成分（质量百分比，%）为：C0.06~0.09,Si0.40~0.60,Mn1.40~1.70,Ni0.4~0.6,Mo0.30~0.50,Cr0.15~0.25,V0.02~0.04,Ti0.05~0.15,B0.002~0.005,S≤0.015,P≤0.015,O≤0.0025,N≤0.0070,余量为Fe及不可避免的杂质。该焊丝采用Ar+20%CO₂富氩气体保护进行焊接，熔敷金属在焊态和焊后热理条件下，具有高的低温韧性。

Description

重型机械用700MPa低合金高强度焊丝及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种气保焊丝，具体为一种重型机械用700MPa低合金高强度焊丝。

背景技术

高强度焊丝，是近几年随着我国工业的快速的发展而产生的，是《中国钢铁工业科学与技术发展指南》中2011-2020年的发展目标。关于高强度焊丝的发展更具有政策可行性，焊丝作为焊条的替代产品，是国家鼓励研制与开发的，符合国家新的产业结构指导目录（2011年本）中第一类第八钢铁中第5项《高性能、高质量以及升级换代产品技术开发与应用》,属于国家鼓励类项目。

随着塔式起重机、静力压桩机、施工电梯、潜水钻孔机、高压旋转喷桩机，混凝土搅拌机等重型机械的飞速发展，700MPa高强板的应用日益普遍，机械制造行业自动化焊接水平逐步提高，高强焊丝因焊接效率高便于实现自动化将逐步取代电焊条成为重型机械生产的主要焊接材料。

目前700MPa级高强度焊材，包括国内外的焊丝与焊条，多半是镍钼钢类型，如原GB/T8110-1995中ER69-3镍钼钢焊丝，镍含量约0.9%，钼含量约为0.3%，其它焊材如E7018-M、E7518-M也均为镍钼钢焊材，镍含量约1.25-2.50%，钼含量约为0.3-0.5%，因镍钼元素稀缺，价格十分昂贵，性价比较差，ER69-3焊丝采用二氧化碳做为保护气体，焊接过程飞溅大、成型不好。新GB/T8110-2008中因其应用情况不好，已对ER69-3焊丝从国标中删除。本发明是提供一种成本较低且性能与其相当的气保焊丝。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于重型机械用低合金高强度焊丝，熔敷金属强度达到700Mpa以上，延伸率大于16%，冲击功在-20℃达到47J以上，在使用过程中电弧稳定、飞溅较小、焊缝成型美观。焊丝严格控制了C、Mn、Si、S、P含量，精确添加Mo、Cr、V作为强化元素，精确添加Ni提高低温韧性，添加微量的Ti、B元素细化晶粒降低飞溅。并采用富氩气体保护焊接，使得熔敷金属具有良好的低温韧性和抗低温脆化的能力。

为达到上述目的，本发明的采用以下技术手段：

一种重型机械用低合金高强度焊丝，

质量百分比%，所列化学成份中余量为Fe及不可避免的杂质

Figure 2012102215085100002DEST_PATH_IMAGE002

上述的焊丝，其化学成分的质量百分比（％）为：C：0.07, Si：0.05, Mn：1.53, Ni：0.50, Mo：0.25, Cr：0.25, V：0.032,Ti：0.065, S：0.007, P：0.008, O：0.0018, N： 0.0048, 余量为Fe及不可避免的杂质。

上述焊丝的使用方法，该焊丝焊接时采用体积比为80%Ar + 20%CO₂混合气体保护，熔敷金属抗拉强度达到700MPa以上。

1、本发明在充分考虑单一元素在合金钢中的作用的同时注重各合金元素的综合作用。

2、将C元素控制在0.06 ~ 0.09控制焊材碳当量在0.4以下，保证焊材的焊接性能防止焊丝在低温焊接时出现裂纹。

3、以Mn、Si作为脱氧元素，同时Mn还有脱S的作用；但考虑到如果Mn、Si添加过多对焊丝的后期生产不利，所以在保证脱氧效果的前提下要严格控制添加量，因此Mn含量为1.40 ~ 1.70， Si含量为0.40 ~ 0.60。

4、铬是合金结构钢主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能，当达到一定含量时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性，铬还能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低权衡钢的塑性和韧性，所以在盘条中加入0.15~ 0.25的Cr元素。

5、钼是很好的强化元素，加入少量的Mo既可以提高焊丝的熔敷金属强度同时不会降低焊材的塑性和韧性，也可以改善焊缝金属的回火脆性。本发明中Mo是最重要的强化元素，Mo的含量为0.30 ~ 0.50。

6、元素钒（V）能细化钢的组织和晶粒，降低钢的过热敏感性，提高钢的强度和韧性。当在高温溶入固溶体时，增加淬透性；反之，如以碳化物形态存在，降低淬透性，V在普通低合金钢中能细化晶粒，提高正火后的强度和屈服比及低温韧性，改善钢的焊接性能。据统计分析，在一定范围内V含量增加1.5倍，强度提高约50兆帕；钒能在普通低合金钢中能细化晶粒，提高正火后的强度和屈服比及低温韧性，改善钢的焊接性能。综合考虑V的含量控制在为0.02 ~ 0.04。

7、非金属元素硼（B）元素能提高钢的淬透性，或者提高淬火后钢材截面内组织和性能的均匀性，对于热轧的话，微量的硼可改善钢的致密性和热轧性能，提高钢的强度。因硼元素资源富有，价格便宜，所以钢中添加硼，能显著节省镍、铬、钼等昂贵的合金元素，有可观的经济效益，B虽然可以大幅度提高淬透性，但太高会降低钢的塑性，一般应少量的添加，B的添加量为0.002-0.005。

8、加入微量的Ti元素可以进一步细化焊缝组织，提高焊缝金属的低温韧性。Ti 与O形成的TiO，促进了焊缝针状铁素体组织的形成。而且加入微量的Ti元素可以明显降低焊接飞溅，Ti在炼钢时受温度影响较大很难做到准确添加，因此Ti的添加量Ti：0.05~0.15。

9、镍能提高耐腐蚀性和低温冲击韧性，镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力，但镍元素的价格较高。本发明中考虑到焊材的生产成本及重型机械焊材的实际使用要求，（冲击功要在-20℃达到47J以上），将Ni元素的范围为控制在Ni0.5~0.6。为了进一步提高低温韧性采取了严格控制C含量，降低S、P的含量，添加Ti、B等细化晶粒的元素等综合措施完全可弥补Ni元素降低带来的影响。

10、非金属杂质硫S、P在通常情况下是有害元素，能使钢产生热脆性和冷脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。因此必须严格控制其含量:S ≤0.015, P ≤0.015。焊材中的O、N也应严格控制一般O ≤0.0025, N ≤0.0070。

综上所述，为了达到所需的性能，本焊丝就是在对所有合金元素进行重新匹配：以Mo、Cr、V作为强化元素，添加Ni提高低温韧性，适当添加Ti、B等元素细化晶粒，以提高焊丝的韧性与强度，最终保证焊丝的使用性能。

采用上述配方后，熔敷金属抗拉强度达到了700MPa以上，屈服强度达到了620MPa以上，且是焊缝应具有很好的冲击韧性，延伸率要大于16%，冲击功要在-20℃达到47J以上，使用过程中要达到电弧稳定、飞溅较小、焊缝成型美观等专业要求，一切都要满足重型机械的焊接需求，其它技术参数，如焊丝的松弛直径与翘距等应符合GB/T8110-2008气保焊丝的国家标准要求。

本发明的技术特点表现在：

1、本发明的焊丝以Mo、Cr、V作为强化元素，为保证焊丝的性能稳定充分利用现在炼钢技术的快速发展的优势，采用电脑控制精确添加。防止因元素添加过少而造成焊丝性能下降，或添加过多带来的成本上升和生产过程拉拔困难。

2、加入Ni元素，固溶于铁素体中，可显著改善焊缝的低温韧性； Ni元素价格贵，在此也要精确控制。

3、加入微量的Ti、B元素可以进一步细化焊缝组织，提高焊缝金属的低温韧性。

4、降低C含量并严格控制S、P、等杂质元素的含量，有利于降低焊缝金属的韧脆转变温度，提高焊缝的低温韧性；

5、加入适量的Mn、Si元素，可以有很好的脱氧作用，对改善韧性有利，同时Mn还有脱S的作用；但考虑到如果Mn、Si添加过多对焊丝的后期生产不利，所以在保证脱氧效果的前提下要严格控制添加量。

具体实施方式

下述未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

根据本发明焊丝的化学成分范围和以下实施例所用的质量百分比，采用真空感应炉冶炼了多炉焊丝钢，经锻造、轧制、拔丝、镀铜和缠轴等工序，加工成了直径1.2mm的成品焊丝，各炉焊丝的化学成分如表1所示。

各炉焊丝均采用体积80%Ar + 20%CO₂富氩气体保护，对同样部件进行同一人同样焊接，焊接完成后相同时间使用相同设备在相同条件下对其进行相同机械性能测试，所得焊丝性能及熔敷金属的机械性能如表2所示。

表1 实施例以及各例中焊丝的化学成分

（质量百分比%，所列化学成份中余量为Fe及不可避免的杂质）

方式	C	Mn	Si	P	S	Ni	Mo	Cr	V	Ti	B	O	N
														1	0.06	1.45	0.60	0.008	0.007	0.48	0.35	0.23	0.02	0.06	0.002	0.0019	0.OO60
2	0.09	1.65	0.55	0.015	0.009	0.40	0.30	0.20	0.04	0.09	0.004	0.0020	0.0070
														3	0.08	1.40	0.40	0.012	0.011	0.55	0.45	0.25	0.02	0.12	0.003	0.0010	0.0052
4	0.07	1.70	0.43	0.009	0.013	0.60	0.50	0.15	0.03	0.05	0.005	0.0025	0.0034
														5	0.07	1.55	0.56	0.011	0.015	0.49	0.42	0.19	0.03	0.15	0.003	0.0018	0.0028

表2 各实施例焊丝性能及熔敷金属的机械性能

对上述几种实施方式进行试验，试验数据如下：

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种重型机械用低合金高强度焊丝，其特征在于：

质量百分比%，所列化学成份中余量为Fe及不可避免的杂质

。

2.根据权利要求要求1所述的重型机械用低合金高强度焊丝，其特征在于：其化学成分的质量百分比（％）为：C：0.07, Si：0.05, Mn：1.53, Ni：0.50, Mo：0.25, Cr：0.25, V：0.032,Ti：0.065, S：0.007, P：0.008, O：0.0018, N： 0.0048, 余量为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种低温钢焊接用高韧性气体保护焊丝，其特征在于，焊丝中严格控制C含量为0.06 ~ 0.09，Mn含量为1.40 ~ 1.70，精确添加Mo、Cr、V作为强化元素，元素的范围为Mo：0.30~0.50, Cr：0.10~0.25, V：0.02~0.04，精确添加Ni提高焊缝的低温韧性，元素的范围为Ni0.5~0.6,添加微量的Ti、B元素细化晶粒降低飞溅Ti：0.05~0.15, B：0.002~0.005，且S ≤0.015, P ≤0.015, O ≤0.0025, N ≤0.0070。

4.权利1要求所述焊丝的使用方法，其特征在于，该焊丝焊接时采用体积比为80%Ar + 20%CO₂混合气体保护，熔敷金属抗拉强度达到700MPa以上。