CN109014653B - 一种可消应力处理的高强气体保护焊丝 - Google Patents
一种可消应力处理的高强气体保护焊丝 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种可消应力处理的高强气体保护焊丝，其化学成分重量百分比为：C0.03％‑0.08％，Si 0.4％‑0.8％，Mn 1.8％‑2.5％，Cr 0.1％‑0.3％，Ni 3.0％‑3.8％，Mo 0.15％‑0.45％，Ti 0.10％‑0.15％，B 0.0050％‑0.0080％，Als≤0.010％，Re 0.0030％‑0.0050％，O≤0.0060％N≤0.0060％，S≤0.008％，P≤0.009％，其余为Fe及不可避免杂质。优点是：采用低碳设计，选取的主要合金化元素属于非化合物形成元素或弱化合物形成元素，抑制或消除钢种杂质元素的有害作用。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料领域，尤其涉及一种焊态和焊后消应力处理态均具有良好强韧匹配性的实心高强气体保护焊丝。
背景技术
随着经济的发展和建设的需要，对于高强度结构钢的应用越来越多，高强度结构钢能够降低钢材用量，减少对环境的破坏，对于实施可持续发展战略、改变高资源消耗的传统工业化发展模式，建立环境友好型国民经济体系有极大的促进作用。而为了保证高强度钢的焊接结构具有优良的性能，需要在焊接完成后进行焊后消应力处理，而现有市场上的焊材很难满足80kg级高强度钢焊接结构的焊后消应力处理的需要，根据专利CN200810046960.6高强度高韧性气体保护焊丝、CN101733580A一种800MPa级高强度高韧性气体保护焊丝、CN105081604A700MPa高韧性高强度自动埋弧焊丝及使用方法、CN102294554一种-40℃具有良好冲击性能的80kg级气体保护焊丝及盘条等公开的内容来看其均具有良好的焊态性能但对焊后消应力处理后的性能均未涉及，而专利CN102873465A中对焊后消应力处理等有所涉及但与本专利的技术方案相比强度又偏低。为了满足市场上出现的对80kg级钢板焊接结构进行焊后热处理的需求进行了相关的研究并获得本专利申请中的技术方案。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可消应力处理的高强气体保护焊丝，该焊丝的熔敷金属在焊态和焊后热处理态均具有良好的强韧匹配，适用于需要进行焊后消应力处理的焊接结构，比如80kg级水电用钢的焊接结构。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种可消应力处理的高强气体保护焊丝，其化学成分重量百分比为：
C 0.03％-0.08％，Si 0.4％-0.8％，Mn 1.8％-2.5％，Cr 0.1％-0.3％，Ni3.0％-3.8％，Mo 0.15％-0.45％，Ti 0.10％-0.15％，B 0.0050％-0.0080％，Als≤0.010％，Re 0.0030％-0.0050％，O≤0.0060％N≤0.0060％，S≤0.008％，P≤0.009％，其余为Fe及不可避免杂质。
本发明所述的高强度实心气保焊丝的成分设计的原理如下：
C：在焊缝中会间隙固溶于铁素体中；C元素含量对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响，其强化效果很明显，能够明显提高焊缝强度，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成；但它将大大降低冲击韧性及提高韧脆转变温度，从而使焊缝韧性大为降低。在焊后热处理过程中，过高的碳含量容易在消应力处理的过程中以化合物的形式析出，从而使得熔敷金属在焊后消应力处理后的冲击韧性大大降低，所以在本发明的技术方案中采用低碳的设计。
Si：有脱氧及强化焊缝基体强度的作用。可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成；但Si含量过高会使塑性和韧性下降。
Mn：是焊缝强韧化的有效元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹的铁硫化物的形成；可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成。能提高钢的强度，消弱或消除硫的不良影响。
Ni，是一种常用的获得优良低温韧性的元素。它可提高淬透性，促进针状铁素体的形成，能提高焊缝的强度和韧性，尤其中低温冲击韧性，降低韧脆转变温度。而且镍在钢铁合金中不会形成化合物，在焊后消应力处理过程中不会因有析出物出现导致熔敷金属的冲击韧性下降。
Cr：有利于提高针状铁素体的含量，减少先共析铁素体，细化铁素体晶粒，还可以和碳形成弥散分布的碳化物，由于采用低碳的设计，从而最大限度的减小了析出物对熔敷金属的冲击韧性的负面影响。
Mo：是获得高强度焊缝金属的主要元素；它作为一种高熔点物质，有良好的细化晶粒作用，且在提高强度的同时对塑韧性损伤不大。可明显的提高钢的淬透性，防止回火脆性。
Ti：是一种微合金强化元素；Ti与C、N亲合力较强，易于形成沉淀相而成为形核质点及晶界的钉扎质点达到细化钢的晶粒组织的效果，从而提高焊缝的强度和韧性。Ti还与S有较强亲合力，达到球化非金属夹杂及改善性能不均匀目的。
B：在焊缝中联合加入Ti、B可以抑制先共析铁素体的转变，而扩大针状铁素体转变的温度区间，进而在焊缝中可获得大量的针状铁素体，大大改善焊缝金属的强韧性匹配。
S和P：为有害元素，控制其含量以提高焊缝纯净度和焊接性能。S和P极易偏析；易于在晶粒间形成非金属夹杂及第二相质点。能使钢的可塑性及韧性明显下降，在焊丝中应严格控制S、P的含量。
Re：稀土具有脱氧、脱硫作用，减少并细化或球化钢中夹杂物。稀土在钢中有一定的固溶量，它在晶界的偏聚能抑制磷硫及低熔点杂质铅、锡、砷、锑、铋在晶界的偏析或与这些杂质形成熔点较高的化合物，消除低熔点杂质的有害作用，净化和强化晶界，阻碍晶间裂纹的形成和扩展，改善塑性和韧性。
采用低碳设计，选取的主要合金元素属于非碳化物形成元素或弱碳化合物形成元素，从而进一步改善消应力处理后的组织状态，焊丝中的微量稀土元素可以抑制或消除熔敷金属中杂质元素的有害作用。提高消应力处理后的熔敷金属的性能，尤其是冲击韧性，再采用Ti、B及Re元素进一步细化组织、抑制或消除熔敷金属中杂质元素的有害作用。根据以上各合金元素的作用特点，形成了本发明中的技术方案。最终获得一种在焊态和焊后消应力态均具有良好强韧匹配的实心气保焊丝。该焊丝的熔敷金属焊态的抗拉强度达800MPa以上，550℃×4h的消应力处理后的抗拉强度达780MPa以上，焊态和消应力态的-40℃冲击功均能达到60J以上。
具体实施方式
下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
可消应力处理的高强气体保护焊丝，其化学成分重量百分比为：
C 0.03％-0.08％，Si 0.4％-0.8％，Mn 1.8％-2.5％，Cr 0.1％-0.3％，Ni3.0％-3.8％，Mo 0.15％-0.45％，Ti 0.10％-0.15％，B 0.0050％-0.0080％，Als≤0.010％，Re 0.0030％-0.0050％，O≤0.0060％N≤0.0060％，S≤0.008％，P≤0.009％，其余为Fe及不可避免杂质。
焊接试验采用80％Ar+20％CO2的混合气进行保护，实施例具体成分见表1。
表1各实施例的成分
各个实施例熔敷金属焊态的力学性能见表2。
表2各实施例的熔敷金属焊态的力学性能
各个实施例焊后消应力态的力学性能见表3。
表3各实施例焊后消应力态的力学性能
由上述实施例可知上述焊丝的熔敷金属焊态的抗拉强度达800MPa以上，550℃×4h的消应力处理后的抗拉强度达780MPa以上，焊态和消应力态的-40℃冲击功均能达到60J以上。满足了80kg级水电用钢的焊接结构的焊接要求。
Claims (1)
1.一种可消应力处理的高强气体保护焊丝，其特征在于，其化学成分重量百分比为：
C 0.04％-0.08％，Si 0.4％-0.7％，Mn 1.8％-2.2％，Cr 0.1％-0.3％，Ni 3.3％-3.8％，Mo 0.15％-0.45％，Ti 0.11％-0.15％，B 0.0050％-0.0080％，Als≤0.010％，RE0.0030％-0.0048％，O≤0.0060％， N≤0.0060％，S≤0.008％，P≤0.009％，其余为Fe及不可避免杂质；
焊态和消应力态的-40℃冲击功均达到60J以上。
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