CN104203491A - 用于由奥氏体的和铁素体的钢构成的混合连接的电弧焊接和激光束焊接的焊接添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由奥氏体的和含高锰的和铁素体的钢构成的混合连接的电弧焊接和激光束焊接的焊接添加剂，其中，含高锰的钢具有至少7-30%重量百分数的锰含量。在此，焊接添加剂由以下合金元素以重量百分数构成：C0.04-1.0;Mn7-30;Si≤6;Al≤4;Mo≤2;Ti≤0.5;Zr0.01-0.1;B0.001-0.01;P<0.005;S<0.002;N<0.008;其余为铁和不可避免的钢伴随元素。

Description

用于由奥氏体的和铁素体的钢构成的混合连接的电弧焊接和激光束焊接的焊接添加剂
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于由奥氏体的和铁素体的钢构成的混合连接(Mischverbindung)的电弧焊接和激光束焊接的焊接添加剂(Schweisszusatz)。
背景技术
下面将焊接添加剂被用于建立焊接连接的所有方法概括成概念电弧焊接，例如金属-保护气体焊接(MSG)、钨惰性气体和等离子焊接以及混合焊接方法、由金属-保护气体焊接和激光束焊接构成的组合。
奥氏体钢在下面尤其被理解成带有直至30%重量百分数的锰的高锰钢，如其例如由文件DE 102 59 230 A1、DE 199 00 199 A1或DE 10 2004 061 284 A1已知。
除了作为主要元素的铁和锰之外，这些钢具有碳和另外的元素(例如Al和Si)。由这些钢所产生的扁平产品具有高强度和较高的均匀延展(Gleichmaßdehnung)。
带有较高的锰含量的钢由于其有利的特性适合用于运输车辆制造、尤其用于汽车制造且此处尤其用于车身件或底盘件。然而也可考虑其它的应用领域、例如在机械制造或建筑领域中。
常常须借助于电弧焊接和/或激光束焊接来建立在含高锰的奥氏体钢与铁素体钢之间的焊接连接用于所谓的裁剪焊接板(tailored welded blank)，利用其可制造碰撞和重量优化的构件。
相同类型的高锰钢的电弧焊接例如由文件DE 10 2009 007 470 A1已知且是现有技术，而对于在混合连接处的电弧焊接或激光焊接直到现在仅已知传统的“黑/白混合连接”中的在CrNi基础上的添加材料、即由奥氏体的Cr-Ni钢和铁素体的钢构成的连接部。
在此不利的是，在焊接区域中的铬导致碳化铬，使得在高锰钢中碳不再以足够的量作为用于奥氏体形成的合金元素供使用。镍元素原则上导致，焊接件虽然具有较高的韧性、但是不具有充足的强度。
因为带有已知的在CrNi基础上的添加材料的焊接连接的特性不满足参与的基础材料的特性，根据本发明的焊接添加剂应不再具有这两个元素。
此外，在上述混合连接的焊接中在焊接区域内产生部分较粗的并排的奥氏体和马氏体的组织相(Gefuegephase)，其在这样的构象中具有不充分的机械特征值。为了改善金属特性，另一目的是将焊接添加剂的合金成分调整成使得在此总是存在的这两个相细粒地且精细分布地并排存在。
发明内容
因此本发明目的在于说明一种用于由奥氏体的含高锰的钢和铁素体的钢构成的混合连接的电弧焊接和/或激光焊的焊接添加剂，其在每有元素铬和镍的情况下在焊接时获得带有满足要求的机械特性和细粒地分布的组织相的焊接件。
根据本发明的教导，该目的通过一种带有以重量百分数的以下合金成分的焊接添加剂来实现：
C 0.04-1.0
Mn 7-30
Si≤6
Al≤4
Mo≤2
Ti≤0.5
Zr 0.01-0.1
B 0.002-0.01
P<0.005
S<0.002
N<0.008，
其余为铁和不可避免的钢伴随元素。
根据本发明的焊接添加剂相对于已知的基于CrNi的填充焊条(Zusatzdraht)具有较大的优点，即其由于取消铬和镍一方面明显成本更加有利且以此建立的焊接连接的特性最佳地匹配于对由含高锰的奥氏体的和铁素体的钢构成的混合连接的要求。
尤其通过添加锆石和硼来实现关于焊接件的机械特性最佳的组织相分布和细粒度(Feinkörnigkeit)。
在这样的连接的焊接件中，借助于根据本发明的焊接添加剂实现一方面在奥氏体侧在铁素体的与马氏体的组织范围之间从铁素体侧朝向奥氏体的组织范围的均匀的过渡和另一方面细粒度，其相结合引起焊接件的机械特性的明显改善。
使添加材料的具体的合金成分、尤其在C和Mn的添加方面大致匹配于奥氏体的结合对(Fuegepartner)的成分，其中，还相应于在权利要求2和3中在成本和焊接件特性方面所提及的有利的合金成分添加Zr和B是重要的，以便实现焊接连接的所要求的机械特性。
元素Al、Si、Mo和Ti不强制性地在添加材料中必需，但是作为伴随元素常常不可避免且为了不不利地影响制造成本和焊接件特性应被保持在规定的界限中。此外，在规定的界限中添加Ti和Mo可正面地作用于焊接件的组织特性，因为在添加较少Zr和B的情况下此外实现在焊接件中的组织相的所追求的细粒度。
所介绍的在焊条形式的焊接添加剂特别适合用于所有可能的电弧焊接方法(例如金属保护气体焊接(MSG)、钨极惰性气体及等离子焊接)以及用于激光束焊接和激光-金属保护气体混合焊接，在其中以填充焊条来产生焊接连接。
根据本发明的焊接添加剂有利地也适合用于在未涂覆的或金属覆层的材料处建立焊接连接。金属覆层可在锌和/或铝和/或硅和/或锰的基础上来制造。
利用根据本发明的填充焊条可以以较高的、也就是说以符合要求的质量来制造例如用于带连接焊接以及用于制造裁剪板的在对焊接头(Stumpfstoss)中的焊缝形式。此外，构件焊接可作为在搭焊接头(Ueberlappstoss)处的I焊缝以及角焊缝无问题地实现。
从由文件DE 10 2004 061 284已知的含高锰的基础材料出发，首先来开发和试验带有不同合金成分的填充焊条。
在试验中显示出，为了通过奥氏体和铁素体的并排布置的组织相的精细分布实现符合要求的机械特性添加锆和硼是必不可少的。
本发明的主要目的是将由含高锰的奥氏体钢与传统的铁素体钢构成的混合连接建立成使得连接特性符合参与的基础材料的特性。
对此，在试验中追求在这样的连接的焊接件中建立在铁素体的与还有马氏体的组织范围之间从铁素体侧朝向奥氏体侧的奥氏体的组织范围的均匀的过渡，其中，组织应是尽可能细粒的。
在t=1.50mm的板厚的未镀锌的HSD®-钢处且在同样t=1.50mm的板厚的品质H340LAD的热镀锌的微合金化的细粒结构钢处来执行试验。
基础材料具有以下化学成分以重量百分数：
对于试验使用金属保护气体焊接，其中，在预试验中以下过程参数证实为有利的：
焊接电流：76-115 A
电压：17.5-19 V
焊接速度：0.7-1 m/min
焊条供给速度：0.7-1.2 m/min
气体：Corgon 10 (15 l/min)
焊嘴角度ß：60°
侧向角度a：13°
自由的焊条长度：10 mm
基于所测定的焊接参数，在焊接试验中使用在表格1中所列举的不同的焊接添加剂。所检测的填充焊条1-4的合金成分与填充焊条5相比不添加硼和锆石。在能力测试的范围中，制造用于金相分析、准静态拉伸试验以及用于在疲劳强度范围中的动态振动测试的试样。
具体实施方式
在图1中示出了用于试验的带有其组织的材料。在图1中左下的组织照片显示了带有直至Rm=1000MPa的抗拉强度的品质HSD®带的高强度、含高锰的奥氏体钢的基础组织。由于较高的碳和锰含量显示出奥氏体的基础组织(颗粒尺寸指数(Korngroessenkennzahl)10)。
作为铁素体的结合对，带有直至550Mpa的抗拉强度的品质H340LA的微合金化的细粒结构钢被用于在图1中在右上示出的基础结构。此处存在细粒的铁素体组织(颗粒尺寸指数10-11)。可清楚地识别出的是提升强度的微合金元素Ti和Nb的碳化物和氮化物精细地分布。
在该情况中，材料HC340LAD以镀锌层Z100来热镀锌。在与HSD®的连接的焊接中锌的存在被有意地选择成以便与填充焊条的开发配合地检测带镀锌材料的焊接。奥氏体基础材料HSD®带被用在未镀锌的状态中。
在图2中示出了带有根据本发明的填充焊条5的角焊缝焊接的横截面。在HSD®侧的热影响区域中存在带有与基础材料相比仅不显著地***的晶粒的奥氏体组织。
在HC340LAD中，在热影响区域中存在纯贝氏体组织。在焊接件中，此处与带有之前的合金方案的连接相比也是非常细粒的，且均匀分布地并排存在富含奥氏体的和富含马氏体的组织相。
硬度从300 HV0.5的HSD®的基础硬度出发在热影响区域中在HSD®方面根据期望略微下降。而在焊接件中达到与在HSD®钢的基础材料中类似的硬度值。
在热影响区域中在HC340LAD方面，硬度那么持续下降直至基础材料硬度。该硬度曲线也具有从HSD®的基础材料硬度出发经由焊接连接直至HC340LAD的基础材料硬度的相对持续的硬度下降。
在图3中示出了准静态剪拉试验中所达到的最大力。在以填充焊条1所制造的试样中达到大于Fmax .=25kN的最大力。在此在HC340LAD方面沿着在顶板处的焊缝的熔化线出现断裂。在以填充焊条2所建立的连接中，与以HSD焊条所建立的连接相比测定略微较小的最大力，其中，在此各个试样在HC340LAD的未受影响的基础材料中也失效。在以填充焊条3来建立的连接中，又来测量大于Fmax .=25kN的最大力。此处，在所有试样中在HC340LAD的未受影响的基础材料中要注意断裂位置。相比于此，在利用填充焊条4和5的连接中达到较高的最大力(填充焊条4，Fmax .=27kN；填充焊条5，Fmax .=30kN)，其中，断裂位置在大多数试样中沿着在HC340LAD的顶板处的焊缝的熔化线存在。
用于认证的检测主要包含对于在标准化的H试样形式处的动态振动负荷下的承载特性(Tragverhalten)的检测。金属保护气体焊接的混合连接的在此所测定的韦勒线(力控制)处在高水平上。在40kN的负荷水平下实现所谓的在所承受的2百万负荷变换的负荷循环时间(Lastspielzeit)的情况下的经过(Durchlauf)。韦勒线的斜率以在k=5附近的k值示出一值，其反映在动态振动的负荷下较高的承载特性。
检测结果说明，利用根据本发明的焊接添加剂的合金成分能够可靠地实现焊接连接的所要求的特性。

Claims (6)

1. 一种用于由奥氏体的、含高锰的和铁素体的钢构成的混合连接的电弧焊接和激光束焊接的焊接添加剂，其中，含高锰的钢具有至少7-30%重量百分数的锰含量，
其特征在于，
所述焊接添加剂由以下合金元素以重量百分数构成：
C 0.04-1.0
Mn 7-30
Si≤6
Al≤4
Mo≤2
Ti≤0.5
Zr 0.01-0.1
B 0.001-0.01
P<0.005
S<0.002
N<0.008，其余为铁和不可避免的钢伴随元素。
2. 根据权利要求1所述的焊接添加剂，
其带有以下合金成分以重量百分数：
C 0.1-0.7
Mn 15-26
Si≤2.5
Al≤2.5
Mo≤1.0
Ti≤0.1
Zr 0.01-0.08
B 0.001-0.008
P<0.005
S<0.002
N<0.008，其余为铁和不可避免的钢伴随元素。
3. 根据权利要求2所述的焊接添加剂，
其带有以下合金成分以重量百分数：
C 0.1-0.3
Mn 18-20
Si≤1.0
Al≤0.5
Mo≤1.0
Ti≤0.1
Zr 0.01-0.04
B 0.004-0.006
P<0.005
S<0.002
N<0.008，其余为铁和不可避免的钢伴随元素。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的焊接添加剂的一种应用，其用于建立在未涂覆的或涂覆的材料处的焊接连接。
5. 根据权利要求4所述的焊接添加剂的应用，其用于带有金属覆层的材料。
6. 根据权利要求5所述的焊接添加剂的应用，其用于带有以锌和/或铝和/或硅和/或镁为基础的金属覆层的材料。
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