CN100491056C

CN100491056C - 一种高强co2气体保护焊丝

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Publication number: CN100491056C
Application number: CNB2007100530506A
Authority: CN
Inventors: 黄治军; 缪凯; 刘吉斌; 王玉涛; 周运武; 胡家国; 陈浮; 牟文广
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: CN101112737A

Abstract

一种高强CO₂气体保护焊丝，属于一种合金元素进行合金化的焊丝。针对现有气体保护焊焊丝成本高，焊缝金属抗拉强度、冲击韧性低的缺点，本发明提供了一种气体保护焊焊丝，所述焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.08～0.15，Si：0.50～1.0，Mn：1.30～2.00，P≤0.025，S≤0.020，Cr：0.55～0.80，Cu：0.10～0.60，Ti：0.05～0.15，B：0.002～0.010，Als：0.002～0.03，余量为Fe。本发明降低了焊丝的成本，提高了焊缝金属抗拉强度、冲击韧性，降低了焊接时的飞溅，利于推广应用。

Description

一种高强CO2气体保护焊丝

技术领域

本发明涉及一种高强CO₂气体保护焊丝，具体地说是一种采用Cr、Cu等合金元素进行合金化的焊丝。

背景技术

气体保护焊具有生产效率高、适应全位置焊接、便于实现自动化焊接生产等特点，已广泛应用于造船、工程机械、石油化工、汽车制造、石油管线等行业。目前发达国家的气保焊比例已达到30％以上，我国气保焊的比例也在逐步上升，气保焊丝用量很大。

气体保护焊丝的保护气体一般分为CO₂和富氩，富氩又以20％CO₂+80％Ar为主。一般来讲，CO₂气体成本低且相对环保，CO₂气保焊焊接效率高，但如果焊丝成分设计不合适，容易导致焊接飞溅大，焊缝金属冲击韧性不佳。

为了降低生产成本，改善生产条件，对于多数普通钢结构或机械产品的生产，用户希望更多地采用成本较低的CO₂保护气体和焊丝，且要求具有优良的焊接工艺性能，焊缝力学性能(主要是焊缝强度及冲击韧性)也需要满足一定的技术条件要求。

对于高强气体保护焊丝，人们往往把目光集中于提高焊缝韧性上，因而对富氩气体保护焊丝关注较多，国标GB/T8110中CO₂焊丝品种较少，主要有ER49、ER50、ER55系列及ER69-3。ER49、ER50为500MPa级焊丝，属普通焊丝。ER55及ER69-3含有较高的Mo，而ER69-3还含有较高的Ni，虽然焊缝具有较好的强韧性，但成本也大幅度上升。并且抗拉强度高于600MPa的只有ER69-3一个品种。

长期以来，人们把Ni作为焊缝韧化的一种主要合金元素，因此这些高强度高韧性气保焊丝中往往加入较高含量的Ni。在以往Ni成本较低时，Ni合金化不失为一种有效途径，但随着Ni价成倍增加，这些焊丝的使用者的负担也成倍增加，不利于焊丝的推广应用及相关企业的发展。现有的气保焊丝中，Mo是主要的强化元素，但Mo的成本同样很高。

焊丝采用冶炼、盘条轧制、拉拔及表面镀铜等工艺制成。气保焊丝中一般含有较高的Si和Mn，冶炼时可采用Mn铁及Si铁脱氧。其它合金元素如Ni、Mo、Cr、Cu等由于与氧的亲和力不大，冶炼时也容易控制。微量元素Ti、B、Als等及气体含量根据焊丝设计要求加以控制，是焊丝钢冶炼的难点。提高铸坯等轴晶比例能降低铸坯的脆性和合金元素的偏析，从而提高盘条金相组织的均匀性和性能，改善盘条的拉拔性能。焊丝直径一般为1.2mm，也有1.6mm和0.8mm的。对于强度不高的焊丝，Φ5.5mm盘条可直接拉拔成Φ1.2mm的焊丝，对于强度较高的焊丝，拉拔过程中需进行一次或多次热处理。最后进行表面化学镀铜或电镀。

发明内容

本发明针对现有气体保护焊丝成本高，焊接飞溅大，焊缝金属抗拉强度、冲击韧性低的弊端，提供了一种高强CO₂气体保护焊丝。本发明降低了焊丝的成本，提高了焊缝金属抗拉强度、冲击韧性。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高强CO₂气体保护焊丝，所述焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.08～0.15，Si：0.50～1.0，Mn：1.30～2.00，P≤0.025，S≤0.020，Cr：0.40～0.80，Cu：0.10～0.60，Ti：0.05～0.15，B：0.002～0.010，Als：0.002～0.03，余量为Fe。

上述焊丝的主要合金化原理是：(1)用Mn、Si、Cr及Cu元素为主要强化元素，这些元素均能提高焊缝金属的淬硬性，Cr、Cu还有利于细化焊缝晶粒，保证焊缝的强韧性。Cu含量在一定范围内时能提高焊缝韧性。(2)在焊丝中加入微量的Ti、B可以提高焊缝中针状铁素体含量，并抑制晶界铁素体的生成。(3)在焊丝中加入适量的Si、Mn作为脱氧元素，可以降低焊缝中的含氧量，提高焊丝焊接工艺性能。(4)控制焊丝中Als的含量，并使焊缝中Ti/Als值高于1，可以提高焊缝的韧性。

本发明具有以下优点：

采用C、Mn、Cr及Cu元素实现了焊缝的强化，控制微量元素的含量使焊缝得到了进一步韧化，实验证明，采用本发明所述焊丝使焊缝金属的抗拉强度达到了590Mpa以上，并且在CO₂保护气氛中焊接可以降低焊接时的飞溅；由于成分中不含有Ni和Mo，因此还具有成本低的优点。

本发明所述焊丝可以采用常规的盘条冶炼、轧制及焊丝拉拔工艺制备，具有容易实现、工艺稳定、成材率稳定的优点，因此利于推广应用。

具体实施方式

本实施方式提供一种高强CO₂气体保护焊丝，该焊丝与现有焊丝的区别点在于成分及重量比例不同，其生产方法与现有焊丝是没有区别的，也就是说，现有技术中制造焊丝的方法都可以应用于对本专利焊丝的制造。

本发明提供的焊丝化学成分重量百分比为：C：0.08～0.15，Si：0.50～1.0，Mn：1.30～2.00，Cr：0.40～0.80，Cu：0.10～0.60，Ti：0.05～0.15，B：0.002～0.010，Als：0.002～0.03，余量为Fe。

本实施方式所述焊丝的制造方法如下：

(1)转炉、电炉或中频感应等方式进行钢的冶炼，选用低S、P废钢进行焊丝钢冶炼，其中，P≤0.025，S≤0.020。

(2)浇注成锭并轧制成方坯或直接连铸成方坯，尽量提高铸坯等轴晶比例，并降低合金元素的偏析。

(3)方坯轧制成盘条，盘条强度较低时有利于提高其拉拔性能。

(4)盘条拉拔成焊丝并表面镀铜，降低丝自身的强度时能提高镀铜质量。

上述焊丝中的各种主要合金元素对焊缝金属性能的影响分析如下。

C对焊缝的强韧性有较大的影响，但C比较活泼，试验表明，当焊丝中C≤0.15％时，在CO₂较强氧化性气体保护时，C从焊丝到焊缝的过渡系数约为0.7～0.8。

Si、Mn是脱氧元素，对焊缝也有强化作用，同时焊缝中的Mn为1.0～1.4％时，能提高焊缝韧性。Si、Mn两元素的过渡系数一般只有0.4～0.6。

Cr是最有效的强化元素之一，有细化铁素体晶粒的作用，它还有助于保持焊缝热处理后性能维持在较高的水平。

焊缝中Cu含量低于0.5％时对焊缝起固溶强化的作用，并能提高焊缝韧性。Cr、Cu两元素的过渡系数约为0.9。

Ti、B元素的作用主要是提供直径约0.6μm以下的针状铁素体的非均质形核核心，促进细针状铁素体及抑制晶界铁素体的形成。控制焊缝中Ti/Als≥1能有效避免焊缝中形成较为粗大的(直径为1.5μm以上)、不利于韧性的含Al颗粒。

以焊缝强度为目标，确定了如前所述焊丝的化学成分，实验证明，所述成分的的焊丝完全可以达到上述焊缝性能要求。

实施例1

采用50kg中频感应炉冶炼，其固有的电磁搅拌作用总的说来有利于提高钢的质量。选用低S、P废钢进行焊丝钢冶炼，Cu在装料时配入，Cr在精炼期加入，活泼微量元素在后期或在盛钢桶中加入。冶炼采用Si铁和Mn铁脱氧，并严格控制微量元素及气体含量，对冶炼工艺无其它特殊要求，浇注成锭。

将钢锭轧制成方坯，方坯入炉升温至1200℃后保温半小时，轧制成Φ6.5mm盘条。经剥壳、酸洗、拉拔至Φ3.2mm时热处理一次，最后拉拔成规格为Φ1.2mm的丝，表面化学镀铜后经压模制成焊丝。

所述焊丝的化学成分重量百分比为：C0.11、Si0.65、Mn1.75、P0.015、S0.010、Cr0.55、Cu0.30、Ti0.11、B0.005、Als0.022，O、N分别小于70ppm，余量为Fe。

按GB/T8110进行CO₂焊接熔敷金属性能试验，研究焊丝的焊接工艺性能及熔敷金属力学性能。

对于高强度CO₂气保焊丝，国标规定690MPa级焊丝-20℃冲击功(A_kv)≥35J，550MPa级焊丝-30℃冲击功(A_kv)≥27J。本发明采用CO₂保护进行焊接时，焊接工艺性能好；熔敷金属的力学性能见后表。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，所述焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.09，Si：0.60，Mn：1.60，Cr：0.50，Cu：0.30，Ti：0.08，B：0.002，Als：0.002，余量为Fe。熔敷金属的力学性能见后表。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，所述焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.13，Si：0.80，Mn：1.90，Cr：0.70，Cu：0.50，Ti：0.12，B：0.010，Als：0.03，余量为Fe。熔敷金属的力学性能见后表。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，所述焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.08，Si：1.0，Mn：1.30，P≤0.025，S≤0.020，Cr：0.80，Cu：0.10，Ti：0.15，B：0.002，Als：0.03，余量为Fe。熔敷金属的力学性能见后表。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于，所述焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.15，Si：0.50，Mn：2.00，P≤0.025，S≤0.020，Cr：0.40，Cu：0.60，Ti：0.05，B：0.010，Als：0.002，余量为Fe。熔敷金属的力学性能见后表。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于，所述焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.11，Si：0.90，Mn：1.70，P≤0.025，S≤0.020，Cr：0.80，Cu：0.20，Ti：0.06，B：0.009，Als：0.003，余量为Fe。熔敷金属的力学性能见后表。

实施例7

本实施例与实施例1的区别在于，所述焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.14，Si：0.70，Mn：1.40，P≤0.025，S≤0.020，Cr：0.60，Cu：0.40，Ti：0.09，B：0.006，Als：0.01，余量为Fe。熔敷金属的力学性能见后表。

实施例8

本实施例与实施例1的区别在于，所述焊丝化学成分重量百分比为：C0.09，Si0.90，Mn1.90，Cr0.75，Ti0.13，B0.003，Cu0.45，Als0.015，余量为Fe，O、N分别小于70ppm。用CO₂作保护气。熔敷金属的力学性能见后表。

实施例9

本实施例与实施例1的区别在于，所述焊丝化学成分重量百分比为：C0.14，Si0.70，Mn1.60，Cr0.65，Ti0.08，B0.007，Cu0.25，Als0.005，余量为Fe，O、N分别小于70ppm。用CO₂作保护气。熔敷金属的力学性能见后表。

	屈服强度(R<sub>eL</sub>)/MPa	抗拉强度(Rm)/MPa	延伸率(A)/％	断面收缩率(Z)/％	-20℃冲击功(A<sub>kv</sub>)/J	-30℃冲击功(A<sub>kv</sub>)/J	-40℃冲击功(A<sub>kv</sub>)/J
	屈服强度(R<sub>eL</sub>)/MPa	抗拉强度(Rm)/MPa	延伸率(A)/％	断面收缩率(Z)/％	-20℃冲击功(A<sub>kv</sub>)/J	-30℃冲击功(A<sub>kv</sub>)/J	-40℃冲击功(A<sub>kv</sub>)/J	实施例1	506	630	24	70	104	88	69
实施例2	525	625	24	60	95	90	60	实施例1	506	630	24	70	104	88	69
实施例2	525	625	24	60	95	90	60	实施例3	540	610	25	65	110	70	70
实施例4	535	595	24	75	108	78	66	实施例3	540	610	25	65	110	70	70
实施例4	535	595	24	75	108	78	66	实施例5	542	660	23	72	100	85	58
实施例6	510	635	24	68	98	95	72	实施例5	542	660	23	72	100	85	58
实施例6	510	635	24	68	98	95	72	实施例7	552	655	22	67	90	91	65
实施例8	545	650	23	60	93	87	61	实施例7	552	655	22	67	90	91	65
实施例8	545	650	23	60	93	87	61	实施例9	550	660	22	62	88	85	56

Claims

1.一种高强CO₂气体保护焊丝，其特征在于所述焊丝的化学成分重量百分比为：C:0.08～0.15，Si:0.50～1.0，Mn:1.30～2.00，P≤0.025，S≤0.020，Cr:0.55～0.80，Cu:0.10～0.60，Ti:0.05～0.15，B：0.002～0.010，Als:0.002～0.03，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的高强CO₂气体保护焊丝，其特征在于所述焊丝的化学成分重量百分比为：C:0.11～0.14，Si:0.70～0.90，Mn:1.40～1.70，P≤0.025，S≤0.020，Cr:0.60～0.80，Cu:0.20～0.40，Ti:0.06～0.09，B:0.006～0.009，Als:0.003～0.01，余量为Fe。

3.根据权利要求1或2所述的高强CO₂气体保护焊丝，其特征在于控制O、N分别小于70ppm。

根据权利要求1或2所述的高强CO₂气体保护焊丝，其特征在于控制焊缝中Ti/Als≥1。