CN114769939B - 一种低成本超高强钢激光焊用焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊丝技术领域，尤其涉及一种低成本超高强钢激光焊用焊丝。按重量百分比计，包括如下组分：C：0.15％～0.20％；Si：0.20％～0.40％；Mn：1.20％～1.70％；Cr：0.20％～0.40％；Mo：0.40％～0.60％；P：≤0.020％；S：≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，其中C+Cr/5+Mo/5≥0.30。还可能含有如下组分：V：0％～0.15％、Ti:0％～0.15％、B：0.002％～0.005％、Nb:0％～0.15％。实现热成型冷轧板焊接后接头强度800MPa以上，经过加热900℃～950℃，保温3min～6min后，以大于50℃/s的速度冷却后，焊缝组织95％以上转变为马氏体组织，焊接接头强度在1500MPa以上，而且具有较低的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于焊丝技术领域，尤其涉及一种低成本超高强钢激光焊用焊丝。
背景技术
汽车车身上，为了满足零部件的成型、强度和减重等方面的要求，通常采用激光拼焊的方式将相同厚度或者不同厚度的钢板焊接在一起。热成型钢激光拼焊板是目前激光拼焊板的热门钢板。热成型激光拼焊板是将两块或者多块热成型冷轧板进行激光拼焊，然后放入加热炉中加热至奥氏体化，之后将钢板快速放入热成型模具中进行冲压成型，并在模具中对钢板进行淬火。
钢板在高温时具有强度低，成形性好，淬火后钢板组织变为马氏体组织，强度高，不易变形具有较高的安全性。激光拼焊板经过热成型及淬火后，钢板及焊缝的组织均转变为马氏体组织，但是由于激光焊的接头处钢板有一定的烧损，因此焊接接头处成为最为薄弱的环节。对于不同板厚的激光拼焊板，焊缝的不饱满和不均匀，也成为激光拼焊板的薄弱环节。采用激光填丝焊工艺是改善激光拼焊接头性能重要手段。
目前，市场上的高强钢焊丝主要是针对热轧板电弧焊进行设计的，需要满足钢板的强度和低温冲击韧性的要求，焊丝是在电弧放电中熔化形成焊缝，并且焊丝成分有一定的烧损。焊丝在设计时为了达到焊缝具有较高的韧性，避免焊缝出现马氏体组织，需要控制焊丝的淬火性，减少易淬火的合金元素的添加，并且增加贵金属元素Ni，通过Ni元素来提高焊丝强度，韧性及塑性。因此，造成焊丝成本高昂，批量应用的生产成本高，性价比低。应用于热成型钢激光拼焊后，往往出现焊缝在淬火过程中不能得到马氏体组织，造成焊缝强度低，不能满足热成型钢的激光拼焊生产要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种低成本超高强钢激光焊用焊丝，实现热成型冷轧板焊接后接头强度800MPa以上，经过加热900℃～950℃，保温3min～6min后，以大于50℃/s的速度冷却后，焊缝组织95％以上转变为马氏体组织，焊接接头强度在1500MPa以上，而且具有较低的生产成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种低成本超高强钢激光焊用焊丝，按重量百分比计，包括如下组分：
C：0.15％～0.20％；Si：0.20％～0.40％；Mn：1.20％～1.70％；Cr：0.20％～0.40％；Mo：0.40％～0.60％；P：≤0.020％；S：≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，其中C+Cr/5+Mo/5≥0.30。
还可能含有如下组分：
V：0％～0.15％、Ti:0％～0.15％、B：0.002％～0.005％、Nb:0％～0.15％。
与现有方法相比，本发明的有益效果是：
现有焊丝成分体系设计为避免焊缝产生马氏体组织，降低焊缝金属的淬透性，保持焊缝具有较好的强度同时具有良好的冲击韧性。本发明焊丝成分体系设计为增加焊缝具有较高的淬硬性，易于形成马氏体组织，保持焊缝淬火后具有高强度，对焊缝冲击韧性不做具体要求。
(1)本发明合金含量低，特别是无贵金属元素Ni，焊丝具有较低的生产成本。
(2)本发明焊丝成分体系通过C、Cr、Mo等合金元素，使钢在连续冷却过程中相变温度提高，提高了焊缝金属的淬透性，有利于提高焊缝金属马氏体形成温度，易于在热成型过程中获得马氏体组织。
(3)本发明通过提高C含量来降低Cr、Mo、Mn等合金元素的加入，有效控制了焊丝的生成成本。同时又控制其含量上限，避免焊缝金属中产生高碳马氏体组织，特别是在热成型后的焊缝中，高碳型孪晶型马氏体组织缺陷密度高容易造成焊缝开裂。
(4)本发明通过添加Mo元素细化钢的晶粒，提高钢板淬透性和热强性，在高温时能够具有较高的强度和抗蠕变能力，具有降低焊缝金属回火脆性的作用。
(5)本焊丝具有易淬火性，解决了目前热成型钢焊接接头焊缝金属不能淬火的问题。
(6)本发明焊后接头强度≥800MPa，经过加热900℃～950℃，保温3min～6min后，以大于50℃/s的速度冷却后，焊缝强度≥1500MPa。
具体实施方式
本发明公开了一种低成本超高强钢激光焊用焊丝。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
一种低成本超高强钢激光焊用焊丝，按重量百分比计，包括如下组分：
C：0.15％～0.20％；Si：0.20％～0.40％；Mn：1.20％～1.70％；Cr：0.20％～0.40％；Mo：0.40％～0.60％；P：≤0.020％；S：≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，其中C+Cr/5+Mo/5≥0.30。
还可能含有如下组分：
V：0％～0.15％、Ti:0％～0.15％、B：0.002％～0.005％、Nb:0％～0.15％。
本发明各成分设计的作用及目的如下：
C是提高焊缝强度和增加焊缝金属淬透性的重要元素，C含量低时焊缝金属的强度和淬透性明显下降，需要增加Cr、Mo、Mn等合金元素来提高焊缝金属的强度和淬透性，造成生产成本的提高。C含量高时焊丝的硬度和强度大幅提高，并且易于在钢中生成碳化物及渗碳体，造成焊丝拉拔过程中易断丝，影响生产的连续性。同时，C含量高时，焊缝金属中极易产生高碳马氏体组织，特别是在热成型后的焊缝中，在焊缝中出现孪晶型马氏体组织，其位错密度高容易造成焊缝开裂。综合考虑，C元素的质量百分含量设计为0.15％～0.20％。
Si是一种脱氧元素，在焊缝金属中也具有固溶强化作用。焊丝中的Si含量低，脱氧不充分，焊丝的氧化物增加影响焊丝的拉拔和强度。Si含量过高会在焊缝中增加非金属夹杂物和焊缝表面的焊渣。综合考虑本发明焊丝Si含量控制在0.20％～0.40％之间。
Mn元素既可以提高焊缝强度又可以起到脱氧的作用。Mn是奥氏体稳定化元素，随着Mn含量增加，钢板的强度增加，但是Mn含量过高，在钢水连铸时容易形成偏析。综合考虑，本发明焊丝中Mn含量控制在1.20％～1.70％之间。
P、S元素是有害元素，在焊丝中含量越低越好，但是深度脱P、脱S冶炼成本较高，综合考虑本发明焊丝P：≤0.020％；S：≤0.015％。
Cr是能增加钢的淬透性，可提高焊缝金属的硬度和强度，随着Cr含量的增加，焊丝的伸长率和断面收缩率下降，这将不利于焊丝的拉拔生产。但随着Cr含量的提高，其和C、Mo等元素的联合作用使焊缝金属的淬透性提高，有利于在热成型过程中获得马氏体组织。综合考虑Cr的含量控制在0.20％～0.40％。
Mo能使钢的奥氏体相区减小，提高钢板淬透性和热强性的重要元素。在高温时能够具有较高的强度和抗蠕变能力，具有降低回火脆性的作用。添加量过多，造成焊缝金属淬火能力大，在焊缝中易于形成孪晶亚结构，这种微观亚结构易于形成微裂纹，造成焊缝质量缺陷。本发明焊丝中Mo的含量在0.40％～0.60％。
Nb、V、Ti在焊丝中均具有细化晶粒，提高强度而不降低焊缝的韧性。在钢中可与C、N形成析出相，抑制奥氏体晶粒长大，同时降低失效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。大量的析出相直接影响了焊丝的拉拔性能，造成焊丝拉拔断丝。因此需适当添加。
B是强烈提高钢的淬透性元素，微量的B即可明显的提高钢板的淬透能力。B与O、N亲和力很强，易生非金属夹杂。
本发明焊丝，经过钢水冶炼，浇铸、盘条轧制及焊丝拉拔等工序，制作成焊丝。
【实施例】
采用200kg真空炉进行钢水冶炼，浇铸成钢锭，钢锭的化学成分如表1所示。钢锭轧制成直径为5.5mm盘条，经过酸洗，清洗、烘干、拉丝、镀铜等工序制成成品焊丝，焊丝直径为1.2mm。
焊丝在激光拼焊设备上进行激光填丝焊接，焊后的钢板放入加热炉中加热，温度在890℃～950℃，保温时间3～7min，然后将钢板快速放入热成型模具中冲压并淬火。
表1钢锭的化学成分及对比例的化学成分(wt％)
采用相同的激光填丝工艺焊接1500MPa级别的22MnB5热成型钢板，焊接后将钢板放入加热炉中加热，加热温度950℃，保温5分钟，取出后放入热成型模具中进行冲压成型和淬火，淬火后的钢板进行力学性能和焊缝组织检测，结果如表2所示。力学测试试样的焊缝在试样中心并垂直于拉伸试样。
表2激光拼焊板的力学性能
| 抗拉强度MPa | 组织 | |
| 实施例1 | 1514 | 马氏体 |
| 实施例2 | 1520 | 马氏体 |
| 实施例3 | 1545 | 马氏体 |
| 实施例4 | 1535 | 马氏体 |
| 实施例5 | 1550 | 马氏体 |
| 实施例6 | 1540 | 马氏体 |
| 实施例7 | 1538 | 马氏体 |
| 对比例1 | 1145 | 马氏体+贝氏体 |
| 对比例2 | 1180 | 马氏体+贝氏体 |
| 对比例3 | 1150 | 马氏体+贝氏体 |
| 对比例4 | 1025 | 马氏体+贝氏体 |
本发明为适用于1500MPa级热成型钢激光焊用焊丝，焊后接头强度≥800MPa。经过加热900℃～950℃，保温3min～6min后，以大于50℃/s的速度冷却后，焊缝组织95％以上转变为马氏体组织，焊接接头强度在1500MPa以上，而且具有较低的生产成本。
本发明与现有同等级的高强钢焊丝相比，合金含量低，特别是无贵金属元素Ni，焊丝具有较低的生产成本。本发明同时具有可淬火性，解决了目前热成型钢焊接接头焊缝金属不能淬火的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种低成本超高强钢激光焊用焊丝，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：
C：0.15％～0.20％；Si：0.20％～0.40％；Mn：1.20％～1.70％；Cr：0.20％～0.40％；Mo：0.40％～0.60％；P：≤0.020％；S：≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，其中C+Cr/5+Mo/5≥0.30；
实现热成型冷轧板焊接后接头强度800MPa以上，经过加热900℃～950℃，保温3min～6min后，以大于50℃/s的速度冷却后，焊缝组织95％以上转变为马氏体组织，焊接接头强度在1500MPa以上。
2.根据权利要求1所述的一种低成本超高强钢激光焊用焊丝，其特征在于，按重量百分比计，还包括如下组分：
V：0％～0.15％、Ti:0％～0.15％、B：0.002％～0.005％、Nb:0％～0.15％。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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