CN101439446A

CN101439446A - 高强钢高韧性气体保护焊丝

Info

Publication number: CN101439446A
Application number: CNA2007101777614A
Authority: CN
Inventors: 张飞虎; 董现春; 陈延清; 邱利; 张永强; 郭占山; 鞠建斌; 陈涛
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Corp
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2009-05-27

Abstract

本发明涉及一种高强钢高韧性气体保护焊丝，其解决780～850MPa级低合金高强钢焊接材料缺乏匹配性，尤其是韧性较差和原材料成本较贵的问题，其技术措施：其化学成分(按重量％)含有：C0.05～0.13、Mn 1.4～1.9、Si 0.4～0.8、Cr 0.4～0.8、Ni 1.5～1.8、Mo 0.3～0.8、Ti 0.06～0.25、Cu 0～0.60、S≤0.025、P≤0.025，余量为Fe及不可避免的杂质元素。该焊丝采用气体保护焊接时，焊缝金属抗拉强度为780～850MPa，－20℃冲击功A_kV≥70J，适合于780～850MPa级低合金高强钢的气体保护电弧焊。

Description

高强钢高韧性气体保护焊丝

技术领域

本发明涉及一种金属材料焊接用的气体保护焊丝，适用于焊接高强度高韧性钢种。该焊丝采用CO₂或混合气体80％Ar+20％CO₂保护焊接时，焊缝金属抗拉强度为780～850MPa，-20℃冲击功A_kV≥70J，适合于780～850MPa级低合金高强钢的气体保护电弧焊，具有良好的工艺性能。

背景技术

用于高层建筑、石油管线、压力容器、煤矿机械、跨海大桥、军工军舰等构件的钢种具有高强度、高韧性，强度级别达到780～850MPa的特点。因而对焊接接头的性能也提出了更高的要求，焊接接头必须具备有与母材相当的强度达到780～850MPa，同时满足韧性要求。

发明专利申请号95103056.6介绍了“一种高强度高韧性焊丝”，此种焊丝熔敷金属抗拉强度750～850Mpa，具有很好的低温冲击韧性，不足之处在于合金含量高，焊丝制造过程拉拔困难、效率低，焊后需要热处理，不利于大规模工业生产和推广应用。

发明专利申请号01133651.X介绍了“低合金高强钢用高韧性气体保护焊丝”通过添加适量的Ni、Cr、Ti、B等元素使得焊缝金属抗拉强度为700～800MPa，适合于700MPa级低合金高强钢的气体保护电弧焊，不适合于800MPa级低合金高强钢的气体保护电弧焊。

发明内容

本发明的目的在于提供焊接工艺性能稳定，低飞溅、焊缝金属与高强钢780～850MPa相匹配的可应用于相应强度级别大型、重要结构的气体保护焊丝。

基于上述目的，本发明提供了一种适合于低合金高强钢用的高韧性气体保护焊丝，其特征在于组成该焊丝的化学成分(按重量％)为：C0.05～0.13、Mn 1.4～1.9、Si 0.4～0.8、Cr 0.4～0.8、Ni 1.5～1.8、Mo 0.3～0.8、Ti 0.06～0.25、Cu 0～0.60、S≤0.025、P≤0.025，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

现将本发明成分设计依据叙述如下：

对于抗拉强度780～850MPa的低合金高强钢，若使焊缝金属抗拉强度达到780～850MPa，同时又具有良好的低温冲击韧性，关键在于在焊缝中加入合适的合金元素，促使在焊缝金属中产生大量的高密度位错的细针状铁素体。

C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Cu等元素可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的形成，促进针状铁素体形成。上述合金系在一定的比例范围内，可以降低针状铁素体的转变温度，使得在较低温度下转变的针状铁素体具有较高的位错密度，从而使焊缝金属抗拉强度在达到780～850MPa的同时，具有良好的低温冲击性能。

在焊缝中合金元素Mn、Cr以固溶为主，使焊缝具有强韧的基体。过高的Mn含量易造成偏析，在偏析区形成M—A组元，降低熔敷金属韧性，本发明控制Mn在1.4～1.9％范围内。

焊缝中Ni元素与Mn元素对冲击韧性的影响交互作用，两种元素较佳匹配时焊缝金属具有优异的强韧性匹配，本发明焊丝Ni含量1.5～1.8％，Ni含量过高，焊丝的制造成本增加。

Ti在焊丝中具有脱氧作用，残余的Ti在焊缝中形成的氮化物，可作为针状铁素体的形核质点，从而细化晶粒。

当焊缝中Mn/Si≈3时，焊缝具有良好的脱氧效果，考虑到气体保护焊接时的过渡系数，因而确定Si加入量为0.4～0.8％。

Cr强化铁素体的效果显著，但是过高的Cr会导致焊缝金属冷裂敏感性增加，因而Cr含量为0.4～0.8％。

当Cu含量小于0.5％时，以固溶硬化方式起强化作用，并降低针状铁素体转变温度，利于获得高密度位错的针状铁素体，当Cu含量大于0.5％时，以析出硬化方式起强化作用，考虑到有的企业焊丝生产工艺中的镀铜工序，确定焊丝中Cu含量为0～0.60％。

S、P元素对焊缝金属低温韧性有危害作用，应尽量降低，因而焊丝中控制S≤0.025％、P≤0.025％。

总之，本发明通过在焊丝中添加Ti扩大针状铁素体的转变区域、获得稳定的针状铁素体并取得微合金化效果；Si、Mn联合脱氧，使得焊缝金属获得合适的氧含量；加入Cu获得高密度位错的细针状铁素体；加入Cr强化铁素体；降低P、S及其它杂质的含量。从而使焊缝金属获得合适的合金体系，具有优异的强韧性匹配。

本发明具有以下优点：

1.本发明焊丝焊接工艺性能稳定，焊接电弧稳定、低飞溅、无气孔夹杂、成形美观、可实现全位置焊接；

2.本发明焊丝质量稳定，焊丝采用CO₂气体或混合气体80％Ar+20％CO₂保护焊接时，焊缝金属抗拉强度为780～850MPa，-20℃冲击功AkV≥70J，满足煤矿机械、高层建筑、石油管线、压力容器、跨海大桥、军工军舰等大型、重要结构的低合金高强钢的焊接。

具体实施例

下面用实施例对本发明焊丝作进一步详述：

实施例1：采用铁水脱硫→转炉冶炼→LF炉精炼→160mm²方坯铸机全保护浇注。炼钢选用低硫铁水，铁水硫含量较高时进行铁水脱硫扒渣，冶炼按技术操作规程及有关操作要点进行炼钢工序操作，组织生产时尽量安排顶底复吹转炉吹炼，并保证顶底复吹效果，严格控制炼钢终点成分、出钢温度、下渣量等参数。将160mm²方坯热轧成Φ5.5mm盘条，经过去除表面氧化皮、拔丝、镀铜处理，制成Φ1.6mm焊丝，焊丝的化学成分(按重量％)：C0.05、Mn1.40、Si0.50、Cr0.5、Ni1.55、Mo 0.4、Ti0.09、Cu0.30、S0.003、P0.014，余量为铁及不可避免的杂质。

本发明焊丝在CO₂气体保护下进行熔敷金属焊接，规范为：焊接电流330～360A，焊接电压28～30V，焊接速度5.6mm/s，控制层间温度≤150℃。焊接板厚20mm，坡口角度45°，带12mm垫板，根部间隙为14mm。熔敷金属的力学性能：σ_s＝685Mpa，σ_b＝790Mpa，δ₅＝24％，-20℃冲击功A_kV＝90J。

实施例2：制作方法与实施例1相同，制成Φ1.6mm焊丝，焊丝的化学成分(按重量％)：C0.09、Mn1.70、Si0.60、Cr0.45、Ni1.6、Mo 0.75、Ti0.13、Cu0.40、S0.006、P0.018，余量为铁及不可避免的杂质。

本发明焊丝在采用CO₂保护下进行熔敷金属焊接，规范为：焊接电流300～330A，焊接电压28～30V，焊接速度5.0mm/s，控制层间温度≤150℃。焊接板厚20mm，坡口角度45°，带14mm垫板，根部间隙为12mm。熔敷金属的力学性能：σ_s＝690Mpa，σ_b＝820Mpa，δ₅＝20％，-20℃冲击功A_kV＝95J。

实施例3：制作方法与实施例1相同，制成Φ1.6mm焊丝，焊丝的化学成分(按重量％)：C0.12、Mn1.90、Si0.70、Cr0.7、Ni1.8、Mo 0.80、Ti0.18、Cu0.60、S0.002、P0.014，余量为铁及不可避免的杂质。

本发明焊丝在采用混合气体，80％Ar+20％CO₂保护下进行熔敷金属焊接，规范为：焊接电流300～330A，焊接电压28～30V，焊接速度5.5mm/s，控制层间温度≤150℃。焊接板厚20mm，坡口角度45°，带14mm垫板，根部间隙为12mm。熔敷金属的力学性能：σ_s＝700Mpa，σ_b＝850Mpa，δ₅＝19％，-20℃冲击功A_kV＝95J。

在焊接过程中，焊接试板无需预热，焊接电弧稳定、无气孔、脱渣性能良好、低飞溅、焊缝成形美观，全位置焊接适应性强。

上述应用实例说明本发明焊丝在采用CO₂气体或者混合气体80％Ar+20％CO₂保护下，适用于780～850MPa级低合金高强钢的煤矿机械、工程机械、铁路桥梁、海洋设施、高压容器、油气输送管线等大型重要结构的气体保护焊接，并具有低成本、韧性好的特点。

Claims

1.一种高强钢高韧性气体保护焊丝，其特征是焊丝的化学成分(按重量％)含有：C0.05～0.13、Mn 1.4～1.9、Si 0.4～0.8、Cr 0.4～0.8、Ni 1.5～1.8、Mo 0.3～0.8、Ti 0.06～0.25、Cu 0～0.60、S≤0.025、P≤0.025，余量为Fe及不可避免的杂质元素。