CN101722386A - 一种高强高韧性气体保护焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强高韧性气体保护焊焊丝,适应于800MPa级别高强钢的焊接。其化学成分(按重量%计)为:C 0.02-0.05;Si 0.30-0.80;Mn 2.0-2.50;P<0.010;S<0.010;Cr 0.70-1.2;Mo 0.70-1.2;Ti 0.02-0.12;B 0.003-0.005;Ni 2.0-3.2;RE 0.05-0.1;Nb 0-0.06;余量为Fe和不可避免的杂质。本发明焊丝具有成分设计简单、经济、工艺性好等特点,且焊缝金属具有很高的强韧性,适合于对低温韧性要求较高位置的焊接。经实验,利用该焊丝焊接焊缝金属Rm≥800MPa,ReL>760MPa;焊缝金属-50℃冲击功AkV≥37J。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强高韧性气体保护焊丝,属于高强钢配套焊接材料领域,特别适用于800MPa级别高强钢的气体保护焊接。
背景技术
随着我国工业的高速发展,钢铁材料的强度级别逐渐向高强度高韧性的方向发展。工程机械、水电水利、石油化工等行业目前已开始大量使用强度级别为800Mpa的钢种,然而国内针对这种超高强钢配套焊接材料的研发还比较滞后,现有焊丝多达不到等强匹配的要求,即使开发成功的少量焊丝不是成本较高,焊后需要热处理,就是焊缝金属的低温冲击韧性和工艺性达不到要求,另外目前研发的焊丝中Mo和Ni的含量均很高,而且焊接过程中还需预热,大大提高了焊丝的成本和焊接难度,因此开发高强高韧性且工艺性良好的气体保护焊丝非常迫切。
发明内容
本发明目的是提供一种适用于800MPa级别的高强度、高韧性、低成本、工艺性好的气体保护焊丝。
实现本发明目的所涉及的技术方案是:高强高韧性气体保护焊丝的化学成份(重量百分比)为C 0.02-0.05;Si 0.30-0.80;Mn 2.0-2.50;P<0.010;S<0.010;Cr 0.70-1.2;Mo 0.70-1.2;Ti 0.02-0.12;B0.003-0.005;Ni 2.0-3.2;RE 0.05-0.1;Nb 0-0.06;余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明焊丝强度级别很高,并且要求具有优良的低温韧性,因此在成分设计上,采用超低碳的设计思路,碳控制在0.05%以下,以达到降低焊缝金属的冷裂敏感性和提升低温韧性的要求。碳含量的减少导致的强度降低,主要通过添加Mn、Ni、Mo、Cr等元素来弥补。本焊丝的特点之一就是将Mn和Cr的含量提升到一个较高的水平,降低Ni和Mo元素的含量,以达到降低成本的目的,另外添加Ti、B、RE等微合金元素,限制S、P等元素的含量,来提高焊缝金属的强韧性和改善工艺性。
碳是焊缝金属中最重要的合金元素之一,是提高熔敷金属强度的重要元素,也是影响焊接工艺性的重要元素。碳含量过高,会导焊缝中形成高碳马氏体组织,降低焊缝金属的抗裂性、韧性和应力腐蚀性能。所以本发明研制的焊丝碳含量确定在0.02%~0.08%之间。
锰是奥氏体稳定化元素,能够降低奥氏体向铁素体的转变温度。焊缝金属中Mn充当固溶强化组元,增加Mn含量有助于细化晶粒,增加针状铁素体的含量,同时减少晶界先共析铁素体和侧板条铁素体的含量,从而改善焊缝金属的韧性。焊缝金属中Mn还可以起到脱氧的作用,而且有利于提高焊缝金属的抗热裂纹及层状撕裂的能力。因此本发明焊丝将Mn定在2.0-2.50%之间。
硅为脱氧元素,焊缝中Si通过与O反应形成SiO2,起到脱氧的作用。在Mn与Si比例合适时,其脱氧效果极佳,有助于改善韧性。一般来讲,添加过量硅对韧性是有害的,有研究表明在超低碳焊缝金属中为保持较高的低温韧性Si的含量不应高于0.5%。考虑到Si的烧损情况,因此本焊丝将Si定在0.30-0.80%之间。
钼可降低相变温度,抑制先共析铁素体的生成,促进针状铁素体的转变,增加针状铁素体的比例,并能提高碳氮化物的沉淀强化效果,因而Mo可提高强度,细化晶粒,降低韧脆转变温度,提高Nb的碳氮化合物的沉淀强化效果。本焊丝将Mo定在0.7-1.2%之间。
加入适量的铬,可抑制先共析铁素体的生成,增加焊缝金属中针状铁素体的含量,从而提高焊缝金属的强韧性。
Ti和B作为微合金元素同时加入,加入微量的Ti与N形成TiN颗粒,能有效阻止焊缝金属的晶粒长大,细化晶粒,Ti还能减少先共析铁素体形成,增加针状铁素体含量,但含B量低时效果不明显。B能偏析在晶界与N形成化合物,起固氮作用,同时加入B可使CCT曲线右移,抑制先共析铁素体析出,得到更多的针状铁素体,从而提高焊缝韧性,但B的加入需在添加Ti的前提下,保证B不被氧化。
稀土元素能够改善焊缝金属中夹杂物的大小和形态,达到净化焊缝金属的目的。适当的稀土元素还可以改善焊缝的低温韧性和工艺性能。本发明焊丝成分中稀土元素定在0.05-0.1%。
S、P元素降低焊缝金属的低温冲击韧性,应严格限制他们在焊丝中的含量,以保证焊缝金属中S、P控制在较低的水平。
本焊丝通过成分的优化设计,在保持高强度的同时,还具有优良的低温韧性,可实现800MPa级别钢种的不预热焊接。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明做进一步说明:
实施案例1
本焊丝的制备完全按照试验要求来进行配料,采用脱硫铁水,控制入炉铁水硫含量,采用转炉炼钢,选用S、P含量低的原材料,采用顶底复合吹炼工艺,严格控制炼钢终点成分、出钢温度等参数,将方坯热轧成Φ5.5mm的盘条,经表面除氧化皮、拔丝处理,制成Φ1.2mm的镀铜或不镀铜焊丝,焊丝的化学成分为:C 0.04;Si 0.46;Mn 2.05;P<0.010;S<0.010;Cr 0.92;Mo 0.94;Ti 0.09;B 0.003;Ni 2.81;RE 0.07;Nb 0.03。
采用混合保护气体(95%Ar+5%CO2)保护下的熔覆金属焊接试验来完成,具体规范为:电流270-300A,焊接电压28-30V,焊接速度24-30cm/min。焊接试板厚度为25mm,带15mm垫板,根部间隙15mm,坡口角度45℃。焊后测得熔覆金属的性能为:Rm=885MPa,ReL=810MPa,-50℃冲击功AKV=145J。
实施案例2
采用与案例1相同的工艺来冶炼和拉拔焊丝,所得焊丝成分为:C 0.032;Si 0.61;Mn 2.15;P<0.010;S<0.010;Cr 1.08;Mo 0.88;Ti 0.11;B 0.004;Ni 3.10;RE 0.09;Nb 0.04。采用混合保护气体(95%Ar+5%CO2)保护下熔覆金属焊接试验来完成,具体规范为:电流260-300A,焊接电压27-30V,焊接速度25-30cm/min。焊接试板厚度为25mm,带15mm垫板,根部间隙15mm,坡口角度45℃。焊后测得熔覆金属的性能为:Rm=875MPa,ReL=815MPa,-50℃冲击功AKV=162J。
实施案例3
采用与案例1相同的工艺来冶炼和拉拔焊丝,所得焊丝成分为:C 0.048;Si 0.56;Mn 2.10;P<0.010;S<0.010;Cr 1.15;Mo 0.74;Ti 0.04;B 0.005;Ni 2.25;RE 0.06;Nb 0.01采用混合保护气体(95%Ar+5%CO2)保护下熔覆金属焊接试验来完成,具体规范为:电流290-350A,焊接电压28-30V,焊接速度26-31cm/min。焊接试板厚度为25mm,带15mm垫板,根部间隙15mm,坡口角度45℃。焊后测得熔覆金属的性能为:Rm=845MPa,ReL=790MPa,-50℃冲击功AKV=87J。
Claims (1)
1.一种高强高韧性气体保护焊丝,其化学成分按重量%为:C0.02-0.05;Si 0.30-0.80;Mn 2.0-2.50;P<0.010;S<0.010;Cr 0.70-1.2;Mo 0.70-1.2;Ti 0.02-0.12;B 0.003-0.005;Ni 2.0-3.2;RE 0.05-0.1;Nb 0-0.06;余量为Fe和不可避免的杂质。
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