CN101817124A - 一种高韧性金属芯埋弧焊丝及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高韧性金属芯埋弧焊丝及生产方法，其焊丝的化学成份(按重量百分比)为：C 0.03％～0.06％、Mn 1.50％～2.10％、Si 0.30％～0.80％、Ni 0.80％～1.20％、Ti 0.2％～0.3％、S≤0.01％、P≤0.02％，余量为Fe及其它不可避免的杂质。本发明采用普通碳钢钢带并将其先将其轧成U形，再向U形槽中加入合金药粉合口经轧制拉拔后得到上述成分焊丝，其填充率为15％～20％，在使用时相配的为碱性焊剂，本发明与现有500MPa桥梁钢焊丝相比其工艺良好，脱渣容易，合金体系设计合理，贵重金属较少，轧制拉拔等制造流程简单，力学性能稳定，强韧性匹配良好。

Description

一种高韧性金属芯埋弧焊丝及生产方法

技术领域

本发明属于焊接材料领域，尤其涉及500MPa级别的一种桥梁钢用高韧性金属芯埋弧焊丝及生产方法。

背景技术

近年来，由于埋弧焊生产效率高、成本低，已广泛用于工程机械、铁路桥梁、海洋设施、高压容器等大型重要结构的制作。在上述结构中采用高强度级别、具有优异低温冲击韧性的钢材，以降低材料消耗，减轻结构重量、提高结构性能和安全性，已成为国内外结构制造业的发展趋势，同时对焊接接头的强韧性及对获得这些性能的焊接材料及其焊接工艺性能提出了更高的要求。

目前已开发的屈服强度级别在500MPa低温韧性良好的的低碳贝氏体桥梁钢，但由于与之配应强度级别的埋弧焊丝较少。普遍采用传统的Mn-Si系焊丝如H08A，其不足之处在于焊缝金属强度较低，不能满足屈服强度500MPa级别桥梁钢强度的要求，虽然H10Mn2MoA其强度满足要求，但其-40℃的冲击功低于47J，不能满足高级别桥梁钢的使用要求，专利号“92105621.4低碳微合金化埋弧焊丝”其Rm只有400MPa同样不能满足焊接要求；申请号“200610124514.3低合金超高强度钢用高韧性埋弧焊丝”其Rm超高，大于800MPa，超过Q500q的焊接应用要求，申请号“01106374.2一种高强度管线钢埋弧焊用焊丝”其熔敷金属的冲击功只针对-10℃的使用要求，且均需要炼制焊丝钢，轧制成盘圆后拉拔而成，综上所述，针对500MPa低温韧性良好的的低碳贝氏体桥梁钢所用的焊丝，目前还没有相应的产品。

发明内容

针对上述问题，本发明根据500MPa桥梁钢的焊接应用要求，提出一种成分合理，制造简便的金属芯埋弧焊丝，这种焊丝，焊后焊缝金属抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥500MPa，低温冲击韧性好，焊接工艺性能良好，适用低碳贝氏体桥梁钢焊接的金属芯埋弧焊丝。

本发明的目的是这样实现的，其焊丝的化学成份(按重量百分比)为：C 0.03％～0.06％、Mn 1.50％～2.10％、Si 0.30％～0.80％、Ni0.80％～1.20％、Ti 0.2％～0.3％、S≤0.01％、P≤0.02％，余量为Fe及其它不可避免的杂质。

本发明其生产方法是采用普通碳钢钢带并将其先将其轧成U形，再向U形槽中加入与之相配的合金药粉，合口后轧制拉拔成上述成分的焊丝，其填充率为15％～20％。

本发明在使用时相配的为碱性焊剂，如：烧结101焊剂、103焊剂、105焊剂等。

本发明其焊缝金属具有高密度位错的低碳贝氏体和针状铁素体组织。

本发明其合金系的设计原则如下：

1.充分利用Mn、Ni、Ti等合金元素的固溶强化作用，提高焊缝金属的淬硬性，抑制先共析铁素体的产生，促进焊缝中低碳贝氏体组织形成，满足焊缝金属的强度要求。

2.在未转变奥氏体晶粒内形成形成一定数量和大小的夹杂物作为针状铁素体的形核质点。当焊丝中的Mn、Si通过熔滴过渡时，进行脱氧反应形成氧化物夹杂，部分进入焊缝金属中，作为针状铁素体的形核质点。Ti的加入可在奥氏体晶粒内形成大量微细的Ti氧化物，促进针状铁素体形核。

本发明焊丝化学成份的设计原则说明如下：

C 0.03％～0.06％：C是调整焊缝金属强度的主要元素，必须保证焊丝中有一定的C含量；同时将焊缝中的碳降至超低碳水平，以降低焊缝金属的碳当量、淬硬倾向及裂纹敏感系数，其来源于钢带和合金药粉。

Si 0.30％～0.80％：在埋弧中，Si作为主要的脱氧元素之一是不可缺少的，Si是缩γ小区的元素，作为合金元素可以起到固溶强化的作用。当焊丝中Si的含量低于0.30％时，脱氧不充分，使焊缝中氧含量过高；当焊缝中Si含量过高时，会使焊缝金属硬化，在锰与硅比例合适时，脱氧效果较好，且有助于改善韧性，因此，将Si含量控制在0.30％～0.8％是合适的，其来主要源于合金药粉。

Mn 1.50％～2.10％：Mn与Si起联合脱氧作用，脱氧反应产生的氧化物夹杂和氧硫复合夹杂可作为针状铁素体的形核质点，有助于细化晶粒，改善韧性，且Mn在焊缝金属中是使奥氏体稳定化元素，降低奥氏体向铁素体转变温度，充当固溶强化组元，提高焊缝金属的强度，锰的加入量控制在1.50％～2.10％比较适合，其来主要源于合金药粉。

Ni 0.80％～1.20％：Ni可以提高焊缝金属的韧性，尤其是提高焊缝金属的低温冲击韧性，降低脆性转变温度。同时Ni在焊缝金属中起着重要的强化作用，Ni使γ区扩展，减小了奥氏体与铁素体的自由能差，奥氏体至铁素体的转变温度明显降低，对贝氏体的转变有明显的推迟作用。因此，焊丝中的Ni含量不应低于0.80％，但Ni属于贵重元素，不宜多加，因此焊丝中的Ni含量控制在0.80％～1.20％之间，来源于合金药粉。

Ti 0.2％～0.3％：Ti可以脱氧，在晶粒内部形成大量的微细氧化物，促进针状铁素体形成，但Ti易于氧化，收得率较低，因此需加入0.2％～0.3％的Ti，保证在焊缝金属中有一定的Ti含量，来源合金药粉中。

氧(O)、氮(N)、硫(S)、磷(P)：焊缝金属中要严格控制氧氮含量，焊缝金属中氧含量为0.02％～0.03％，氮的含量为0.005％时，能够生成适量的氮化物和氧化物，有助于焊缝金属获得良好的低温韧性。硫磷是必须限制的杂质元素，S≤0.01％、P≤0.02％，尽量降低其含量有利于焊接性和韧性的改善。

本发明与现有500MPa桥梁钢焊丝相比，具有如下优点：

1、与碱性烧结焊剂匹配，工艺良好，脱渣容易。

2、合金体系设计合理，贵重金属较少，轧制拉拔等制造流程简单。

3、力学性能稳定，强韧性匹配良好，Rel大于500MPa，Rm大于600Mpa，-40℃AKv大于47J。

具体实施方式

本发明其焊丝的化学成份(按重量百分比)为：C 0.03％～0.06％、Mn 1.50％～2.10％、Si 0.30％～0.80％、Ni 0.80％～1.20％、Ti 0.2％～0.3％、S≤0.01％、P≤0.02％，余量为Fe及其它不可避免的杂质。

本发明可采用如下生产工艺生产：

分别选用宽度为12mm，厚度为0.9mm的碳钢钢带。先将其轧成U形，再向U形槽中加入粒度为过60目筛子的混合后的合金药粉，药粉的填充率15％～20％(药粉重量占焊丝总重的百分率)。将U形槽合口，使药粉包裹其中，然后逐次拉拔，将焊丝直径减径至4.0mm。

本发明按上述成分条件的要求，根据所用钢带的化学成分，选择合金药粉的成分比例，如采用以下成分的带钢：

钢带的化学成分(重量百分比W％)

C	Si	S	P	Mn	Ti	Ni	Cr	Al
									0.01-0.04	＜0.03	＜0.008	＜0.01	0.18-0.32	＜0.005	＜0.02	＜0.029	＜0.042

本发明的合金药粉的成分主要采用如下表所述的合金料配制而成：

铁粉	低碳锰铁	硅铁	铬铁	镍粉	钛铁
						WHD100.250	FeMn80C0.7	Si45	FeCr55C1.0	Ni	FeTi30-A

根据具体钢带的具体成分，按其成分比例选择上述各成分的合金料配制合金药粉。

表1为按照上述的化学组成成分配比及方法生产的几个具体实施例。

表1实施例焊丝堆焊的成分(重量百分比W％)

	C	Si	Mn	P	S	Ni	Ti	Cr	填充率％
										实施例1	0.039	0.45	1.60	0.02	0.006	0.90	0.010	0.022	18
实施例2	0.035	0.55	1.80	0.02	0.007	0.8	0.015	0.030	15
										实施例3	0.054	0.60	1.90	0.02	0.007	1.1	0.020	0.025	20

采用上述实施例进行焊接实验。

焊接实验中，采用Q235，规格20mm，制成120×300mm的试板，表面去除锈污。焊接电流500A，焊接电压30V，焊接速度22m/s，采用烧结101焊剂，经350℃保温2h烘干，检测熔敷金属拉伸强度和冲击功，结果列入表2。

表2实施例焊丝熔敷金属性能

实施例与500MPa级别的桥梁钢焊接试验，这种钢板厚度规格30mm，X型对称坡口60°，焊接电流500A，焊接电压30V，焊接速度22m/s，采用烧结101焊剂或103焊剂、105焊剂，经350℃保温2h烘干，检测焊接接头拉伸强度和冲击功，结果列入表3。

表3实施例与桥梁钢钢焊接接头性能

通过上述实施例表明，本发明的各项指标完全满足500MPa桥梁钢的焊接应用要求。

Claims (2)

1.一种高韧性金属芯埋弧焊丝，其特征在于，焊丝的化学成份，按重量百分比为：C 0.03％～0.06％、Mn 1.50％～2.10％、Si0.30％～0.80％、Ni 0.80％～1.20％、Ti 0.2％～0.3％、S≤0.01％、P≤0.02％，余量为Fe及其它不可避免的杂质。

2.一种权利要求1所述的高韧性金属芯埋弧焊丝的生产方法，其特征在于，将普通碳钢钢带，并将其先将其轧成U形，再向U形槽中加入与之相配的合金药粉，合口后轧制拉拔成上述成分的焊丝，其填充率为15％～20％。