CN102267020A

CN102267020A - 一种具有耐火特性的金属粉芯埋弧焊丝

Info

Publication number: CN102267020A
Application number: CN2010102016665A
Authority: CN
Inventors: 刘孟; 傅博; 程刚
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-07

Abstract

本发明公开了一种成分合理、制造简便、具有良好耐火特性，低温冲击韧性好，焊接工艺性能良好的金属粉芯埋弧焊丝。焊丝化学成分按重量百分比计：C 0.03％～0.06％、S≤0.015％、P≤0.03％、Si0.3％～0.5％、Mn 1.2％～1.8％、Ni 0.2％～0.6％、Mo 0.2％～0.6％、Cr 0.2％～0.5％、Ti 0.1％～0.2％，余量为Fe和不可避免杂质。该焊丝熔敷金属的室温抗拉强度Rm≥500MPa，屈服强度≥420MPa，600℃高温屈服强度达到室温屈服强度的2/3强，可以很好地满足400～600MPa耐火钢的焊接。

Description

一种具有耐火特性的金属粉芯埋弧焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料领域，尤其涉及一种具有耐火特性的金属粉芯埋弧焊丝。

背景技术

在现代建筑中，高层和超高层的钢结构建筑日益增加，但高层建筑一旦发生火灾，将可能造成巨大的人员伤害和财产损失。因此对高层建筑用钢的耐火能力的要求也越来越高。普通建筑用钢400℃时，钢材的屈服强度将降至室温强度的一半，温度达到600℃时，钢材基本丧失强度。建筑钢的耐火性能现阶段的要求是在600℃高温条件下，其屈服强度不低于室温下的2/3。这些高性能要求可以使得建筑物在发生火灾与地震时，有效地避免或延缓建筑物坍塌时间，减轻人们的生命财产损失。80年代末日本开展了耐火钢的研究，通过在钢中添加微量耐热性高的Cr、Mo、Nb等合金元素，开发了耐火温度为600℃的建筑用耐火钢。

在我国现阶段的焊材开发中，国内尚没有出现具有耐火特性的专用耐火钢埋弧焊材出现，如专利号“200610025064.2一种高性能建筑用埋弧焊丝及盘条”和专利号“CN92113132.1低碳高锰、硅微钛、铝高韧性埋弧焊丝”，它们只是作为普通的建筑钢用埋弧焊丝，其性能结果中都没有焊材耐火性能的专述。

发明内容

针对耐火钢焊接专用埋弧焊材缺乏的现状，本发明提出一种成分合理、制造简便、具有良好耐火特性，低温冲击韧性好，焊接工艺性能良好的金属粉芯埋弧焊丝。

本发明其合金系的设计原则如下：

所设计焊丝主要通过焊缝区合金元素的微合金化手段来获得目标组织，同时应用高温强化机制，即固溶强化、析出强化和微合金化理论来达到耐火钢焊丝高温强度的要求。

本发明焊丝化学成分按重量百分比计：C 0.03％～0.06％、S≤0.015％、P≤0.03％、Si 0.3％～0.5％、Mn 1.2％～1.8％、Ni 0.2％～0.6％、Mo 0.2％～0.6％、Cr 0.2％～0.5％、Ti 0.1％～0.2％，余量为Fe和不可避免杂质。

本发明焊丝化学成份的设计原则说明如下：：

Mo：Mo是缩小γ相区的元素，是中强碳化物形成元素，Mo是提高高温强度最为有效的合金元素，大部分的Mo在铁素体中以固溶的形式存在，强化了铁素体基体。高温下Mo在铁素体中扩散速度较慢，因而可显著提高钢的高温强度与蠕变强度，Mo还可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟先共析铁素体的转变而有利于形成贝氏体结构，并强烈抑制珠光体转变，高位错密度的贝氏体组织呈现了良好的高温性能。同时Mo在渗碳体内的固溶度仅为4％，极易析出碳化物，在高温时Mo与C、N结合形成碳氧化物，发生钉扎作用，这些碳化物可以导致在高温下的二次硬化，使高温屈服强度增强。Mo还可以在别的碳化物质点形成偏析层，这种偏析层可有效防止碳化物的聚集长大，提高高温屈服强度。另外，Mo可以降低碳化物的析出驱动力，延缓了碳化物的形核过程，使碳化物更加细小弥散地分布在基体中，从而强化了高温屈服强度。所以，本发明确定Mo含量在0.2～0.6％。

Ti：微合金元素Ti在焊缝金属中将生成Ti(CN)、TiO₂夹杂物颗粒而成为针状铁素体非自发形核的核心，可促使焊缝中形成针状铁素体的生成，改善焊后韧性，而且这种细小弥散分布析出相对加热时阻止奥氏体晶粒的长大，阻碍拉伸过程中塑性滑移都会起到有利作用，所以本发明确定Ti 0.1～0.2％。

Cr：Cr可以有效地提高钢的高温抗氧化性和抗蠕变性能，可以有效地提高钢的高温强度，所以本发明确定Cr 0.2～0.5％。

C：在焊缝金属连续冷却过程中，较低的含C量，将使得贝氏体转变曲线左移，从而容易在较宽范围的冷却速率下获得类贝氏体的针状铁素体，所以本发明C含量控制在0.03～0.06％。

S、P：这两种元素易在晶界上易形成脆性相，由于与基体Fe原子化学键合性质、原子半径差别较大，因而对基体点阵所造成的畸变更大，且显著地提高了材料韧性-脆性转变温度。因此焊缝金属中应严格控制S、P含量，所以本发明确定S、P含量分别控制在0.015和0.03以下。

Mn：Mn作为微合金钢焊缝金属中的主要合金元素，显著影响奥氏体扩散，Mn是奥氏体稳定元素，使奥氏体相变移向较低的温度。Mn一方面可作为脱氧剂，另一方面具有细化晶粒和固溶强化的作用。所以本发明Mn元素含量选择在1.2～1.8％之间。

Si：Si元素是缩小γ区的元素，能显著提高珠光体相变温度，在较高的温度下形成较为粗大的碳化物。Si一般作为重要的脱氧元素加入的，它对焊缝组织和性能的影响，主要是通过与氧的作用而体现出来的，特别是当Mn-Si同时存在时，Mn/Si比例合适时，脱氧效果较好，还有助于改善韧性。所以本发明确定Si 0.3～0.5％。

Ni：Ni是扩大γ相区的元素，还可使CCT曲线右移，因而可促使针状铁素体的形成，使焊缝韧性提高。所以本发明确定Ni0.2～0.6％。

本发明焊丝具有良好的高温屈服强度，满足耐火钢应用要求；与碱性烧结焊剂匹配，工艺良好，脱渣容易；焊丝的轧制、拉拔制造流程简单；保证高温强度的同时，熔敷金属的冲击韧性良好，具备很低的碳当量、淬硬倾向及裂纹敏感系数。该焊丝熔敷金属的室温抗拉强度Rm≥500MPa，屈服强度≥420MPa，600℃高温屈服强度达到室温屈服强度的2/3强，可以很好地满足400～600MPa耐火钢的焊接。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式具体介绍：

本发明的生产方式是通过选用宽度为8～12mm，厚度为0.25～0.9mm的钢带，将其轧成U形，再向U形槽中加入混合均匀的合金粉，药粉的填充率控制15％～20％(药粉重量占焊丝总重的百分率)，然后将U形槽合口，使药粉包裹其中，利用拔丝模逐次减径拉拔，成品焊丝直径为Φ4.0mm。

本发明的熔敷金属焊接实验，采用规格20×120×300mm的试板，表面去除锈污。焊接电流500A，焊接电压30V，焊接速度22m/h，采用经350℃保温2h烘干的SJ101焊剂，焊后检测熔敷金属化学成分及力学性能。

本发明的化学成分组成配比的几个具体实施例。

表1实施例焊丝化学成分

表2实施例焊丝熔敷金属室温和高温拉伸性能

表3实施例焊丝熔敷金属冲击性能

通过上述实施例表明，本发明的埋弧药芯焊丝在600℃高温下的强度达到室温强度的2/3，低温冲击韧性良好，可以满足建筑钢的耐火要求。

Claims

1.一种具有耐火特性的金属粉芯埋弧焊丝，其特征在于焊丝化学成分按重量百分比计：C 0.03％～0.06％、S≤0.015％、P≤0.03％、Si0.3％～0.5％、Mn 1.2％～1.8％、Ni 0.2％～0.6％、Mo 0.2％～0.6％、Cr0.2％～0.5％、Ti 0.1％～0.2％，余量为Fe和不可避免杂质。