CN108857142A

CN108857142A - 一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝

Info

Publication number: CN108857142A
Application number: CN201810892924.5A
Authority: CN
Inventors: 黄治军; 缪凯; 毛新平; 牟文广; 王辉; 郑绍鹏; 刘文艳; 邹德辉; 何嘉; 黄坤利
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2018-11-23

Abstract

一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝，其组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.10%，Si：0.35~0.69%，Mn：1.60~1.90%，S≤0.005%，P≤0.008%，Ni：2.40~2.70%，Cr：0.20~0.38%，Cu：0.20~0.40%，Mo：0.30~0.50%，Ti：0.06~0.11%，N≤0.005%。本发明其焊缝熔敷金属抗拉强度≥810MPa,‑40℃焊缝冲击功达92~107J，‑50℃焊缝冲击功达79~92J，焊缝耐腐蚀指数9.3~10.3，接头具有高强、高韧及高耐候性能，且吨钢效益达1000元以上。

Description

一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝

技术领域

本发明涉及一种气体保护焊焊丝，确切地属于抗拉强度为810MPa级高韧耐蚀气体保护焊接用焊丝。

背景技术

随着我国国民经济的高速发展,铁路运输行业已进入高速发展时期。近年来，铁道线路先后进行了六次大面积提速，初步形成了“四纵两横”的提速网络。为进一步满足我国铁路提速减重以及跨海大桥、海洋舰船、石油管线、工程机械等新钢种重点工程焊接材料配套需求，将普遍采用高耐候性、高强度、高韧性的新一代焊接结构用钢。而这些钢中含有Cu、Cr、Ni、Ti、RE、Mn等微合金元素，以提高钢种的耐大气腐蚀性能。且这种新一代耐候钢种的抗拉强度大于810 MPa。这对焊接接头的性能提出了更高的要求，即焊接接头必须具有与基材相当的强韧性及耐候性能。

在现有焊丝国家标准中，没有耐候钢气体保护焊丝。原铁道部部标TB/T2374-2008的技术要求气体保护焊丝强度级别不超过600 MPa，远不能需足需求。随着高级别新钢种的强度、韧性和耐候性能的不断提高，其焊缝韧性、耐候性与基材相比差距较大，高强度耐候系列焊接材料每年大量进口，无法满足国内重点工程需求。如经检索：

中国专利申请号为CN201310235114.X的文献，其公开了一种可大电流焊接的耐候气保焊丝，其焊丝化学成分为(wt%)C ≤0.1%，Si 0.65-1.35%，Mn 1.0~2.0%，S 0.01-0.05%，P0.01-0.05%，Ti 0.02~0.3%，Cu 0.2-0.5%，余量为Fe及杂质元素。其通过搭配50%或以上比例的惰性混合气体，可适应电流300-600A，速度30-60cm/min的高速焊接。其虽可用于工程机械、建筑和桥梁等领域用高强度钢板的焊接，但其适用的母材的抗拉强度远低于810MPa级。

中国专利申请号为CN100423880C的文献，其公开了一种用于焊接高强钢的气体保护焊丝，其化学成分(wt%)C:0.065～0.072、Si:0.7、Mn:1.78～1.82、Ni:1.85、Cr:0.35～0.46、Ti:0.11～0.16、Als≤0.015、P≤0.020、S≤0.015，焊缝拉伸强度虽也可到805 MPa，但因为合金元素总量不太高，其强度不能稳定达到810MPa级，且无耐蚀性能指标要求。可见，现有技术不适用于我国高强度级别耐候系列钢种对气体保护焊接材料的需求。因此迫切需要开发新一代高强度、高韧性、高耐候性气体保护焊丝。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种焊缝熔敷金属抗拉强度≥810MPa, -40℃焊缝冲击功达92~107J，-50℃焊缝冲击功达79~92J，焊缝耐腐蚀指数9.3~10.3，接头具有高强、高韧及高耐候性能的气体保护焊丝。

实现上述目的的措施：

一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝，其组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.10%，Si：0.35~0.69%，Mn：1.60~1.90%，S≤0.005%，P≤0.008%，Ni：2.40~2.70%，Cr：0.20~0.38%， Cu：0.20~0.40%，Mo：0.30~0.50%，Ti：0.06~0.11%，N≤0.005%，余量为Fe和其它不可避免的夹杂；并满足焊丝碳当量CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5在：0.62~0.69%。

优选地：Ni的重量百分比含量为2.45～2.65%。

进一步优选地：Ni的重量百分比含量为2.50～2.60%。

优选地： Cr的重量百分比含量为0.25～0.33%。

优选地：Mo的重量百分比含量为0.33~0.45%。

优选地：Si的重量百分比含量为0.38~0.63%。

进一步优选地： Si的重量百分比含量为0.42~0.59%。

需要说明的是：本发明的制备工艺仅采用常规的现有制备技术，只是在转炉冶炼时按照洁净钢要求冶炼即可。

本发明中各元素的作用及机理：

本发明焊接采用富氩气体保护焊，其富氩保护气体为（80%Ar+20%CO₂）。

本焊丝在化学成分中C、Mn、Ni、Mo保证焊缝足够的强度，提高焊缝的韧性。采用一定含量的Cu、Cr、Ni合金元素对焊缝有强化作用外，增加焊缝的耐大气腐蚀性能。适量的Ti有利于抑制焊缝中奥氏体晶粒长大，推迟奥氏体到铁素体的转变温度，促使焊缝金属晶内针状铁素体的形成，细化二次晶粒。超低S、低P、低N含量提高焊缝纯净度和综合力学性能。其具体作用：

C元素含量对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响。但当C含量低于所限定的下限时，会使焊缝强度低，焊缝金属中铁素体比例较高；当C含量高于所限定的上限时，焊缝韧性会下降，且焊缝中珠光体比例增加。因此，本发明焊丝中C重量百分比控制在0.06~0.10%。

本发明焊丝中采用Si、Mn联合脱氧，Si重量百分比控制在0.35~0.75%范围，优选地Si的重量百分比含量为0.38~0.63%，以使焊接后焊缝中含Si量应为0.30%左右，从而保证接头具有优良的低温冲击韧性。

本发明焊丝中Mn 重量百分比控制在1.60~1.90%范围，Mn是焊缝强韧化的有效元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹及铁硫化物的形成。当焊缝中Mn重量百分比在1.20~1.60时，焊缝强韧性达到最佳的匹配。

本发明焊丝中Ni重量百分比控制在2.40~2.70%范围，优选地Ni的重量百分比含量为2.45～2.65%,进一步优选地Ni的重量百分比含量为2.50～2.60%。Ni有利于提高焊缝金属的韧性尤其是低温冲击韧性，降低脆性转变温度，同时还能提高焊缝耐蚀性能。但当其含量低于所限定的下限时，焊缝低温冲击韧性及强度将会受到影响；含量高于所限定的上限时，将使焊丝成本得到不必要的增加。

本发明焊丝中Cr重量百分比控制在 0.20~0.38%，优选地Cr的重量百分比含量为0.25～0.33%。焊缝中含有一定的Cr元素，有利于提高焊缝中针状铁素体含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝强韧性，同时提高焊缝耐蚀性能，Cr还有助于保持焊缝热处理后性能维持在较高的水平。但当其含量低于所限定的下限时，焊缝强度达不到要求；含量高于所限定的上限时，会使焊缝韧性降低。

Cu重量百分比控制含量在小于0.4%，是因为其以固溶强化方式提高焊缝强度，并降低针状铁素体起始转变温度，提高针状铁素体含量；在本发明中，当Cu重量百分比控制含量大于0.4%时，其以析出方式强化焊缝，但对焊缝韧性不利。因此本发明将焊丝中Cu重量百分比控制在0.20～0.40%范围。

Mo重量百分比控制在 0.30~0.50%范围，优选地Mo的重量百分比含量为0.33~0.45%。

焊缝中含一定的Mo元素能提高焊缝强韧性，同时提高焊缝耐蚀性能，有利于提高焊缝中针状铁素体含量，并有细化铁素体晶粒的作用， Mo还有助于保持焊缝热处理后性能维持在较高的水平。但当其含量低于所限定的下限时，焊缝强度达不到要求；含量高于所限定的上限时，会使焊缝韧性降低，并将使焊丝成本得到不必要的增加。

本发明焊丝中加入Ti可以细化焊缝金属组织。Ti与N具有极高的亲和力，Ti与N结合成TiN质点，作为晶核，促使焊缝中针状铁素体的形成。在本发明中考虑到一定的过渡系数，因此，本发明焊丝中的Ti重量百分比控制在0.06-0.11%。但当其含量低于所限定的下限时，焊缝Ti微合金化效果不明显；含量高于所限定的上限时，焊缝中将形成粗大的Ti化物颗粒，降低焊缝韧性，并将增加焊丝成本。

S、P元素是焊缝中的主要有害元素，它们显著降低焊缝金属低温冲击韧性。S是焊丝中不可避免的元素，焊丝钢冶炼时应尽量降低S、P含量。

为了精准地控制焊丝抗拉强度，焊丝的碳当量CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5设定在0.62~0.69。

本发明与现有技术相比，其焊缝熔敷金属抗拉强度≥810MPa, -40℃焊缝冲击功达92~107J，-50℃焊缝冲击功达79~92J，焊缝耐腐蚀指数9.3~10.3，接头具有高强、高韧及高耐候性能，且吨钢效益达1000元以上。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

本发明各实施例均按照常规步骤进行生产：采用50kg真空炉冶炼，电磁搅拌及真空能提高钢锭的均匀性及纯净度。Ni、Mo、Cu及Cr配料时加入，活泼微量元素在后期或在盛钢桶中加入。严格控制微量元素及气体含量，浇注成锭。冶炼过程工艺稳定，成分全部在设计范围。将钢定锻打成方坯，再轧制成盘条和拉拨成焊丝，焊丝直径1.2mm，表面镀铜。

在富Ar气体保护下进行熔敷金属焊接试验，焊接电流为260~270A，焊接电压为27~28V，焊接速度为29~30cm/min，焊接线能量~15（kJ/cm），气体流量为22~25 l/min。

表1为本发明各实施例及对比例的化学成分列表；

表2为本发明各实施例及对比例的焊接熔敷金属化学成分列表；

表3为本发明各实施例及对比例的焊接熔敷金属主要性能列表。

表1 本发明各实施例及对比例的化学成分（wt.%）

表2 本发明各实施例及对比例焊接熔敷金属化学成分(wt%)

表3 本发明各实施例及对比例的焊接熔敷金属性能检测结果

说明：表中I为耐蚀指数，是根据以下常用的计算公式计算得到的：

I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)²。

共列入9个实施例及一个对比例。表2为焊接熔敷金属化学成分，相比表1中的焊丝化学成分，较活沷的C、Si、Mn、及Ti变化较为明显，而不活沷元素Ni、Mo、Cr含量则变化不大。熔敷金属：抗拉强度812~882MPa, -40℃焊缝冲击功87~107J，-50℃焊缝冲击功75~92J，焊缝耐腐蚀指数9.3~10.3。

可见，本发明申请焊接熔敷金属满足抗拉强度≥810MPa、耐蚀指数≥6、且具有较高的韧性。而对比例Ni含量较低、且不含Ti，对N也不作控制，其焊接熔敷金属抗拉强度达不到810MPa，且韧性低于本技术。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims

1.一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝，其组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.10%，Si：0.35~0.69%，Mn：1.60~1.90%，S≤0.005%，P≤0.008%，Ni：2.40~2.70%，Cr：0.20~0.38%， Cu：0.20~0.40%，Mo：0.30~0.50%，Ti：0.06~0.11%，N≤0.005%，余量为Fe和其它不可避免的夹杂；并满足焊丝碳当量CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5在：0.62~0.69%。

2.如权利要求1所述的一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于：Ni的重量百分比含量为2.45～2.65%。

3.如权利要求1或2所述的一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于：Ni的重量百分比含量为2.50～2.60%。

4.如权利要求1所述的一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于： Cr的重量百分比含量为0.25～0.33%。

5.如权利要求1所述的一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于： Mo的重量百分比含量为0.33~0.45%。

6.如权利要求1所述的一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于： Si的重量百分比含量为0.38~0.63%。

7.如权利要求1或6所述的一种抗拉强度为810MPa级的高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于： Si的重量百分比含量为0.42~0.59%。