CN101658984B - 一种大线能量焊接高强度钢板用高韧性气体保护焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大线能量焊接高强度钢板用高韧性气体保护焊丝。该焊丝的化学成分及其含量是：C为0.02～0.12wt％、Mn为1.00～2.50wt％、Si为0.05～0.50wt％、Ti为0.03～0.30wt％、Zr为0.03～0.30wt％、B为0.001～0.004wt％、Cr≤0.50wt％、S≤0.025wt％、P≤0.025wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。按上述成分，采用转炉或者电弧炉将铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，然后浇铸为方坯，再按常规工艺热轧成盘条和冷拔成焊丝。本发明具有成分简单、成本低廉的特点；用该焊接材料进行焊接，焊缝金属的韧性好和抗拉强度高，适应于低合金高强度钢在100～400kJ/cm的大线能量条件下的焊接。

Description

一种大线能量焊接高强度钢板用高韧性气体保护焊丝

技术领域

本发明属于气体保护焊丝技术领域。尤其涉及一种大线能量焊接高强度钢板用高韧性气体保护焊丝。

背景技术

近三十年来，为了提高大型工程结构的焊接效率，保证其使用的安全可靠性，焊接效率高的单面埋弧焊、气电焊、电渣焊等大线能量焊接技术相继被采用，这给传统的低合金高强度钢带来了新的问题，即焊缝与焊接粗晶热影响区(HAZ)的强度和韧性变差，且易产生焊接冷裂纹等缺陷。因此，焊缝与HAZ韧性的改善成为低合金高强度钢大线能量焊接研究和开发的热点和重点。

大线能量焊接条件下高强度钢(抗拉强度为490～700MPa)的组织转变行为与控制必须充分综合考虑母材及其焊接热影响区组织的形成过程及其控制方法。因为大焊接热输入条件下的焊缝与焊接热影响区组织的粗化、软化以及由此而造成的焊缝与焊接热影响区的脆化和接头强度的降低是低合金高强度钢焊接中的主要问题。

为此，国内外对高强度钢的焊缝与焊接热影响区组织性能特征、奥氏体晶粒长大动力学等方面进行了大量的研究与探索，研究和设计出新的大线能量焊接条件下高强度钢的焊接材料与焊接方法。如一种“600MPa级气体保护焊丝”(CN101020279)专利技术，含有Cr、Cu和较高的Si；“一种高性能埋弧焊丝及盘条及其制造方法”(CN1923433)专利技术，含有Mo，适合于20～80kJ/cm大线能量焊接；“超低碳高强度气体保护焊丝材料”(CN1413795)专利技术，含有Ni、Mo和RE；“一种气体保护焊焊丝”(CN1118295)专利技术，含有Mo和较高的Si和Ni；“一种高强度高韧性焊丝”(CN1120479)专利技术，含有Cr、Mo和较高的Si、Ni；“压力容器焊接用高强度高韧性埋弧焊丝”(CN1343544)专利技术，含有较高的Ni和Mo；“适用于低碳微合金钢的高韧性焊丝”(CN1385279)专利技术，含有Nb，V和较高Si，Ni，Cr，Mo，Cu；“高等级管线钢用埋弧焊焊丝材料”(CN1623719)专利技术，含有含有稀土Ce和较高Ni，Mo，Cu；“高韧性微合金化高强钢用气体保护焊丝”(CN101049660)专利技术，含有Nb，V和较高Si，Ni，Cr，Mo，Cu；“管线钢用埋弧焊丝”(CN101104229)专利技术，含有较高Cr，Mo；“高强韧气保焊丝材料”(CN101116930)专利技术，含有较高较高Ni，Cr，Mo，存在如下问题：

1、焊接材料中Si含量较高，因较高含量的Si会促进M/A的形成，降低焊缝与焊接热影响区(HAZ)的韧性；

2、焊接材料中含有较高的昂贵金属Ni、Cr、Mo、Cu等贵重合金元素中的一种或者一种以上，使产品的成本提高；

3、焊接材料中含有稀土元素，稀土元素为非常活泼的元素，不容易控制，而且容易污染焊缝金属，不利于焊接接头质量的提高。

4、焊接材料适应的焊接热输入(或称焊接线)能量较低，低于100kJ/cm。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种化学成分简单、成本低廉、适应于100-400kJ/cm的大线能量焊接工艺要求的高强度钢板用高韧性气体保护焊丝；用该焊丝焊接的焊缝金属抗拉强度高和韧性好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该焊丝的化学成分及其含量是：C为0.02～0.12wt％、Mn为1.00～2.50wt％、Si为0.05～0.50wt％、Ti为0.03～0.30wt％、Zr为0.03～0.30wt％、B为0.001～0.004wt％、Cr≤0.50wt％、S≤0.025wt％、P≤0.025wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

按上述成分，采用转炉或者电弧炉将铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，然后浇铸为方坯，再按常规工艺热轧成盘条和冷拔成焊丝。

由于采用上述技术方案，本发明一是在气体保护焊接条件下，使焊缝中有较多的氧与微合金元素Ti和Zr作用形成Ti和Zr的氧化物质点，有利于焊缝中针状铁素体的形成，同时又可作为奥氏体的钉扎质点阻止奥氏体晶粒的长大，提高焊缝金属的强度与韧性，尤其是焊缝金属的韧性。二是适当提高Mn和少量的Cr含量以提高焊缝的淬透性，及添加微量的B既可提高淬透性又有利于形成针状铁素体。另不含有稀土元素，有利于稳定和提高焊接接头的质量。

本发明具有化学成分简单、成本低廉的特点。该焊丝采用气体保护焊接时，焊缝金属的抗拉强度为550～720MPa，-40℃冲击功A_kV≥50J，这种实芯焊丝能能实现熔滴稳定过渡、能稳定地形成焊珠并得到具有低的热裂纹敏感性和优异韧性的焊接接头。利用本发明制备的焊接材料进行焊接，焊缝韧性好、抗拉强度高，适合于低合金高强度钢板在100～400kJ/cm的大线能量焊接。

本发明适用于原油储罐、建筑、船舶军舰等大型结构、设备、设施等用钢板，尤其适用于大型货柜船板和LPG船体等低合金高强度的大线能量焊接造船用厚钢板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制：

实施例1

一种大线能量焊接高强度钢板用高韧性气体保护焊丝。该焊丝的化学成分及其含量是：C为0.04～0.08wt％、Mn为1.00～2.00wt％、Si为0.05～0.50wt％、Ti为0.03～0.30wt％、Zr为0.03～0.30wt％、B为0.001～0.004wt％、Cr≤0.50wt％、S≤0.025wt％、P≤0.025wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

按上述成分，采用转炉将铁水经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，然后浇铸为方坯，再按常规工艺热轧成盘条和冷拔成焊丝。

本实施例所制造的焊丝用于抗拉强度为490～560的大线能量焊接高强度钢板，焊接方式为气电立焊，保护气体为80％Ar+20％CO₂，焊接线能量为300～400kJ/cm，焊接后不进行热处理。焊缝金属的抗拉强度为550～600MPa，-40℃冲击功A_kV≥80J。

实施例2

一种大线能量焊接高强度钢板用高韧性气体保护焊丝。该焊丝的化学成分及其含量是：C为0.02～0.06wt％、Mn为1.50～2.50wt％、Si为0.05～0.50wt％、Ti为0.03～0.30wt％、Zr为0.03～0.30wt％、B为0.001～0.004wt％、Cr≤0.50wt％、S≤0.025wt％、P≤0.025wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

按上述成分，采用电弧炉将铁水经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，然后浇铸为方坯，再按常规工艺热轧成盘条和冷拔成焊丝。

本实施例所制造的焊丝用于抗拉强度为650～700MPa的大线能量焊接高强度钢板，焊接方式为气电立焊，保护气体为80％Ar+20％CO₂，焊接线能量为200～300kJ/cm，焊接后不进行热处理。焊缝金属的抗拉强度为670～720MPa，-40℃冲击功A_kV≥70J。

实施例3

一种大线能量焊接高强度钢板用高韧性气体保护焊丝。该焊丝的化学成分及其含量是：C为0.08～0.12wt％、Mn为1.50～2.00wt％、Si为0.05～0.50wt％、Ti为0.03～0.30wt％、Zr为0.03～0.30wt％、B为0.001～0.004wt％、Cr≤0.50wt％、S≤0.025wt％、P≤0.025wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

按上述成分，采用转炉将铁水与废钢经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，然后浇铸为方坯，再按常规工艺热轧成盘条和冷拔成焊丝。

本实施例所制造的焊丝用于抗拉强度为570～64MPa的大线能量焊接高强度钢板，焊接方式为埋弧焊，保护气体为80％Ar+20％CO₂，焊接线能量为100～200kJ/cm，焊接后不进行热处理。焊缝金属的抗拉强度为610～660MPa，-40℃冲击功A_kV≥50J。

本具体实施方式具有化学成分简单、成本低廉的特点；不含有稀土元素，有利于稳定和提高焊接接头的质量。该焊丝采用气体保护焊接时，焊缝金属的抗拉强度为550～720MPa，-40℃冲击功A_kV≥50J，这种焊丝能能实现熔滴稳定过渡、能稳定地形成焊珠并得到具有低的热裂纹敏感性和优异韧性的焊接接头。利用本发明制备的焊接材料进行焊接，焊缝韧性好和抗拉强度高，适用于低合金高强度钢在100～400kJ/cm的大线能量焊接。

本具体实施方式适用于原油储罐、建筑、船舶军舰等大型结构、设备、设施等用钢板，尤其适用于大型货柜船板和LPG船体等低合金高强度的大线能量焊接造船用厚钢板。

Claims (1)

1.一种大线能量焊接高强度钢板用高韧性气体保护焊丝，其特征在于该焊丝的化学成分及其含量是：C为0.02～0.12wt％、Mn为1.00～2.50wt％、Si为0.05～0.50wt％、Ti为0.03～0.30wt％、Zr为0.03～0.30wt％、B为0.001～0.004wt％、Cr≤0.50wt％、S≤0.025wt％、P≤0.025wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；

按上述成分，采用转炉或者电弧炉将铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，然后浇铸为方坯，再按常规工艺热轧成盘条和冷拔成焊丝。