CN101733580A - 一种800MPa级高强度高韧性气体保护焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种800 MPa级高强度高韧性气体保护焊丝，适合于工程机械、煤矿机械、铁路桥梁、水电行业、输送管线以及高压容器焊接用。该熔化极气体保护焊焊丝的化学成分(重量百分比，％)为：C0.05～0.10，Si0.20～0.60，Mn1.60～2.10，Ni1.8～2.4，Mo0.2～0.6，Cr0.10～0.50，Ti0.04～0.10，Zr0.02～0.08，S≤0.010，P≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。该焊丝采用Ar+20％CO2富氩气体保护焊接，可焊接抗拉强度Rm≥800MPa的低合金高强度钢，焊缝金属在焊态和焊后调质处理条件下，具有高的强度和优良的低温冲击韧性。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体为一种Ti、Zr微合金化的高强度高韧性气体保护焊丝，采用Ar+20％CO2富氩气体保护，可焊接强度级别大于800MPa的低合金高强度结构钢。
背景技术
随着冶炼技术的进步，以及控轧、控冷和微合金化元素的应用，钢材的性能正向高强度、高韧性的方向发展，以降低材料消耗，减轻结构重量、提高结构性能和安全性。这将对焊接接头的强韧性，进而对焊接材料和焊接工艺提出了更高的要求。近年来800MPa级高强度结构钢已应用于煤矿机械的液压支架、机车的钩尾框、运输浮桥以及水电行业的压力钢管和汽轮机等。然而在现有发明的焊接材料中，能够保证焊缝金属的强度大于800MPa的气保护焊丝主要有中国发明专利(公开号CN1709635A)和中国发明专利(公开号CN1654160A)。虽然这两种焊丝都能够满足焊缝金属的强度要求，但由于专利CN1709635A发明的焊丝含有0.1～0.55％的Cu，专利CN1654160A发明的焊丝含有0.01～0.05％的Nb，而Cu和Nb元素属于沉淀强化元素，在焊后热处理过程中会沉淀析出，而导致热脆性。此外这两种发明焊丝都含有微量元素B，金属B在冶炼过程中极易偏析，导致化学成分不均匀，而使焊缝金属的韧性不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合于焊后调质处理的800MPa级气体保护焊丝，由其采用富氩气体保护焊接得到的熔敷金属的抗拉强度大于800MPa，且具有良好的韧性和塑性。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
焊丝的主要化学成分(重量百分比，％)为：C 0.05～0.10，Si 0.20～0.60，Mn1.60～2.10，Ni 1.8～2.4，Mo 0.2～0.6，Cr 0.10～0.50，Ti 0.04～0.10，Zr 0.02～0.08，S≤0.010，P≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。
现将本发明焊丝化学成分设计的依据叙述如下：
C是保证强度的重要因素，但在高强钢焊缝中也是致脆元素，而影响焊缝金属的抗裂性能和冲击韧性，所以要严格控制焊丝中的碳含量。加入Mn、Mo、Cr元素，一方面通过固溶强化提高了焊缝金属的强度，另一方面Mn、Mo、Cr元素推迟了奥氏体的转变温度，促进了针状铁素体的形成，细化了焊缝金属组织，提高了焊缝金属的低温韧性。加入Ni元素可使CCT曲线右移，促使焊缝针状铁素体的形成，而且有利于提高焊缝金属的低温韧性。加入少量的Ti元素可以进一步细化焊缝组织，Ti与O、N形成的TiO和TiN，作为针状铁素体的形核质点，促进了奥氏体晶粒内针状铁素体的形成。加入少量的Zr元素可与O形成ZrO形核质点，促使焊缝针状铁素体的形成，同时Zr还可与N化合生成氮化锆，降低焊缝中的游离氮，提高焊缝的韧性。S、P作为杂质元素，含量偏高时，会明显降低焊缝金属的韧性，应尽量降低。
本发明焊丝经真空感应炉冶炼，再经锻造、轧制、拔丝、镀铜、缠轴等工序后，即可完成焊丝的制造过程。
本发明焊丝与现有技术相比，具有如下特点：
1.本发明焊丝由于不含有Cu、Nb等沉淀析出元素，适合于焊后要求调质处理的结构件的焊接。
2.本发明焊丝通过添加微合金元素Ti、Zr与O形成氧化物形核质点，促使焊缝针状铁素体的形成，而进一步提高了焊缝金属的韧性。
2.本发明焊丝采用Ar+20％CO2混合气体保护焊接，所得熔敷金属的抗拉强度Rm≥800MPa，低温韧性AKV-40℃≥80J。
3.本发明焊丝适用于工程机械、煤矿机械、铁路桥梁、水电行业、输送管线以及高压容器等大型重要结构件的焊接生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
根据本发明的化学成分范围，采用真空感应炉冶炼了两炉焊丝钢。冶炼时先同时添加纯铁、碳、硅、铬、钼和镍，并抽真空后进行冶炼，待全部合金熔化后，再加入金属锰、钛和锆，并向炉中通入纯氩，以防止锰的过分蒸发，保证合金元素的成分配比。冶炼后的焊丝钢铸锭经锻造、轧制、拔丝、镀铜和缠轴等工序，加工成直径1.2mm的成品焊丝。焊丝的化学成分如表1所示。两种焊丝采用Ar+20％CO2富氩气体保护焊接，才能保证焊缝金属的高强度和高韧性。
焊接参数为：焊接电流280A，电弧电压32V，用发明的焊丝进行焊接所得熔敷金属的机械性能如表2所示。
表1实施例焊丝的化学成分
| 序号 | C | Mn | Si | Mo | Cr | Ni | Ti | Zr | P | S |
| 1 | 0.082 | 1.83 | 0.49 | 0.34 | 0.25 | 1.89 | 0.04 | 0.03 | 0.010 | 0.003 |
| 2 | 0.070 | 1.78 | 0.54 | 0.31 | 0.28 | 2.00 | 0.07 | 0.04 | 0.009 | 0.006 |
表2实施例焊丝熔敷金属的机械性能
| 序号 | 抗拉强度Rm/MPa | 屈服强度ReL/MPa | 延伸率A％ | AKv-40℃J |
| 1 | 825 | 721 | 26 | 105 |
| 序号 | 抗拉强度Rm/MPa | 屈服强度ReL/MPa | 延伸率A％ | AKv-40℃J |
| 2 | 809 | 694 | 25 | 112 |
上述表1中的焊丝所列化学成份中余量为Fe及不可避免的杂质。
通过实验，只有焊丝中S≤0.010，P≤0.015，且添加微量的Ti、Zr等微合金元素才能保证焊缝金属具有优异的低温韧性。
Claims (5)
1.一种800MPa级高强度高韧性气体保护焊丝，其特征在于它的化学成分按重量％为：C 0.05～0.10，Si 0.20～0.60，Mn 1.60～2.10，Ni 1.8～2.4，Mo0.2～0.6，Cr 0.10～0.50，Ti 0.04～0.10，Zr 0.02～0.08，S≤0.010，P≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种800MPa级高强度高韧性气体保护焊丝，其特征在于它的具体化学成分按重量％为：C 0.082，Si 0.49，Mn 1.83，Ni 1.89，Mo 0.34，Cr 0.25，Ti 0.04，Zr 0.03，S 0.003，P 0.01，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种800MPa级高强度高韧性气体保护焊丝，其特征在于它的具体化学成分按重量％为：C 0.070，Si 0.54，Mn 1.78，Ni 2.00，Mo 0.31，Cr 0.28，Ti 0.07，Zr 0.04，S 0.006，P 0.009，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种800MPa级气体保护焊丝，其特征在于焊丝中S≤0.010，P≤0.015，并添加微量的Ti、Zr微合金元素，余量为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种800MPa级气体保护焊丝，其特征在于该焊丝焊接时应采用Ar+20％CO2富氩气体保护焊接。
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