CN103331529B

CN103331529B - 一种抗拉强度≥1100MPa的混合气保焊丝及其使用方法

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Publication number: CN103331529B
Application number: CN201310235114.XA
Authority: CN
Inventors: 陈浮; 黄治军; 李立军; 王玉涛; 许颖; 王靓
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: CN103331529A

Abstract

一种抗拉强度≥1100MPa的混合气体保护焊丝，其组分及重量百分比含量为：C：0.07～0.22，Si：0.60～0.90，Mn：1.40～1.80，Ni：1.50～2.30，Cr：0.15～0.65，Mo：0.35～0.85，Cu：0.10～0.30，Ti：0.10～0.15，B：0.002～0.005，V：0.10～0.50，P≤0.010,？S≤0.006，Als≤0.01，N≤0.002，O≤0.002；其使用方法：采用直流电源反接法焊接；焊接电流265～330A，电弧电压26～33V，焊接速度29～40？cm/min，气体流量在15～20L/min，采用混合气80%Ar+20%CO₂保护。本发明等强匹配性好，抗拉强度≥1100MPa，断面收缩率Z不低于55%，延伸率A不低于16%，混合气保护焊前无预热，焊后无后热及热处理，能承受较大的焊接热输入，使焊接效率提高。

Description

一种抗拉强度≥1100MPa的混合气保焊丝及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种焊丝及使用方法，具体的属于性能优良的气保焊丝及其使用方法，确切地为Rm≥1100MPa的混合气保焊丝及其使用方法。

背景技术

使用高强钢可以带来诸多优点，包括减轻重量、降低成本以及容易加工和运输等，因此高强钢广泛应用于工程机械、电力、压力容器、汽车等领域。对更高强度、更高塑韧性的要求是推动高强钢发展的主要因素，而焊接材料的匮乏是影响高强钢推广应用至关重要的因素。因此，及时有效地解决高强钢的配套焊接材料和焊接工艺问题，将会促进高强钢的推广应用。

抗拉强度1000MPa及以上的高强钢在国内的机械制造行业已经开始使用，前期多使用瑞典或日本进口的高强钢板，并配套使用进口焊接材料，成本高昂。武钢、宝钢等国内钢铁企业现在也可提供1000MPa及以上的高强钢板，但是并没有性能稳定的可用于大生产的同强度级别的国产焊丝与之配套。目前焊接此强度级别的高强钢多采用低强度级别的焊丝，并没有实现等强匹配的要求。为此本项目进行了高强度高塑性的纯氩气体保护焊丝的研制。

关于高强度气体保护焊丝的研究，国内外均查阅到相关的文献与专利，也查阅到抗拉强度大于1000MPa的气体保护焊丝的报道，例如匈牙利Budapest大学、日本的神户制钢、新日铁等。

国外查阅到匈牙利Budapest大学关于退火处理后抗拉强度达到1200～1400MPa、高碳工具钢MIG焊接用气保焊丝的研制，以及新日铁提供的抗拉强度≥1200MPa的一种高强度、高韧性气保电弧焊丝，神户制钢提供的抗拉强度达到980～1080N/mm2、具有优异低温韧性的一种高韧性气体保护焊丝及拉伸强度达到980～1080N/mm2、具有良好低温韧性高张力钢用Ar-CO2混合气体保护焊丝，川崎制铁提供的抗拉强度高达950MPa以上、具有超高强度、超高韧性的气体保护焊丝等文献与专利。国内查阅到相关文献与专利所提及的强度等级均低于本项目焊丝所能达到的1190MPa。

匈牙利Budapest大学涉及的焊丝需要经过焊后热处理才能达到1000MPa以上强度，日本所涉及的焊丝化学成分与本项目不同，其主要是提高Ni、Cr、Mo含量，Ni重量含量达到6%，Cr达到1.5%，Mo达到4%，这增加了焊丝合金成本，并且高合金含量在焊丝制造拉拔过程中容易断丝，需要提高拉拔过程中的退火温度，增加拉拔道次，这无疑增加了焊丝制造过程的难度，提高了焊丝制造的工序成本。重要的是：Ni在焊缝中含量超过3.5%，条带状显微组织和化学不均匀性会明显增加，尤其在高强钢焊缝，高Ni会导致焊缝严重脆化。Cr在超过1%时，高强钢焊接接头焊态塑韧性会下降，经过热处理后会明显下降。Mo含量在超过1.1%时会明显提高焊缝裂纹敏感性，尤其在高强钢焊接接头焊后需要消除应力热处理状态下，高Mo危害更大。并且所涉及的焊丝均没有反映出塑性好坏。

发明内容

本发明的的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种抗拉强度≥1100MPa，断面收缩率Z不低于58%，延伸率A不低于16%，混合气保护的焊前无预热，焊后无后热及热处理，等强匹配性好的R_m≥1100MPa的混合气保焊丝及其使用方法。

实现上述目的的措施：

一种抗拉强度≥1100MPa的混合气体保护焊丝，其组分及重量百分比含量为：C：0.07～0.22，Si：0.60～0.90，Mn：1.40～1.80，Ni：1.50～2.30，Cr：0.15～0.65，Mo：0.35～0.85，Cu：0.10～0.30，Ti：0.10～0.15，B：0.002～0.005，V：0.10～0.50，P≤0.010,S≤0.006，Als≤0.01，N≤0.002，O≤0.002；余量为Fe及不可避免的杂质元素。

一种抗拉强度≥1100MPa的混合气体保护焊丝的使用方法，其在于：采用直流电源反接法进行焊接；焊接电流在265～330A，电弧电压在26～33V，焊接速度在29～40cm/min，气体流量在15～20L/min，采用混合气80%Ar+20%CO₂保护；焊缝获得细小贝氏体和高密度的低碳马氏体组织。

本发明的成分设计理念

本发明合金化设计是在C、Mn、Si基础上，辅以合理的Ni、Mo、Cr、Cu、Ti、B、V等多种微合金元素。通过Ti、B、V元素加入，有效降低Ni、Mo、Cr的含量，降低焊丝总体合金含量，使焊丝易于制造。Ni、Mo、Cr含量偏高不仅增加焊丝制造难度和成本，更会增加焊缝金属的淬硬倾向，提高冷裂纹敏感性，使焊接接头整体性能恶化。焊丝中加入微量的Ti、B可以进一步细化焊缝组织晶粒，原因在于：1.焊缝金属凝固过程中，Ti保护B不被氧化，使大量偏析的B与N充分反应，生成BN；2.含Ti的氧化性夹杂促进了A晶内形核，利于AF的生成；3.由于B和Ti形成BN和TiN，减少了固溶于焊缝中的N量；4.A冷却时，Ti通过形成TiN而保护了残余的B不被氧化，有一定量的B向A晶界偏析，由于B聚集在晶界，降低了晶界的能量，故不利于PF的形核。另外，B在晶界上形成与Fe、C的复合化合物，它先于F生成，当这类碳化物尺寸很小时可阻碍F形核。

在焊缝中加入少量的V，能使焊缝金属的弹塑性、强度增大，V与焊缝中C、N形成碳化物（V₄C₃）、氮化物化合物，提高焊缝组织晶粒粗化温度，细化晶粒，消除夹杂，增强延展性。

本发明与现有技术相比，等强匹配性好，抗拉强度≥1100MPa，断面收缩率Z不低于55%，延伸率A不低于16%，混合气保护焊前无预热，焊后无后热及热处理，并且可以承受较大的焊接热输入，使焊接效率提高。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1：

试验条件：采用50kg真空炉进行焊丝钢冶炼，冶炼过程中注意控制钢中气体含量即可。

焊丝钢的组分及重量百分比含量为：C:0.07%、Si:0.90%、Mn:1.80%、Ni:2.30%、Cr:0.65%、Mo:0.85%、Cu:0.30%、Ti:0.15%、B:0.005%、V:0.50%、P:0.008%、S:0.004%、Als:0.009%、N:0.002%、O:0.002%，其余为Fe和其它不可避免的夹杂。

将钢锭轧制成盘圆，拉拔成直径为1.2mm的焊丝。

对焊丝进行熔敷金属焊接试验，采用80%Ar+20%CO₂混合气体保护焊接，直流电源反接法、焊接电流266～281A、电弧电压26～28V、焊接速度29～30cm/min、气体流量15～17L/min、焊前无预热、焊后无后热及热处理。焊接试板厚20mm，熔敷金属的力学性能为：Rm=1190MPa，A=16%，Z=58%，焊缝金属具有优良的强塑性匹配。

采用上述焊接工艺焊接6毫米规格武钢Q1100高强度工程机械用钢，经检验，接头板拉试验反映接头的抗拉强度Rm为1150MPa，试样断在焊外23mm处，接头冷弯d＝4a、120^o完好。冷弯性能优良。试验结果说明，本项目焊丝与1100MPa级超高强度钢焊接,接头具有优良的强塑性匹配，可实现等强匹配焊接。

实施例2：

试验条件：采用0.5吨电炉进行焊丝钢冶炼。

焊丝钢的组分及重量百分比含量为：C:0.12%、Si:0.75%、Mn:1.64%、Ni:1.87%、Cr:0.52%、Mo:0.67%、Cu:0.26%、Ti:0.14%、B:0.004%、V:0.39%、P:0.009%、S:0.002%、Als:0.010%、N:0.002%、O:0.002%，其余为Fe和其它不可避免的夹杂。

将钢锭轧制成盘圆，拉拔成直径为1.2mm的焊丝，并经表面镀铜。

对焊丝进行熔敷金属焊接试验，采用80%Ar+20%CO₂气体保护焊接，直流电源反接法、焊接电流280～290A、电弧电压29～31V、焊接速度31～33cm/min、气体流量17～19L/min、焊前无预热、焊后无后热及热处理。

经检验，熔敷金属的力学性能为：Rm=1195MPa，A=16%，Z=55%，焊缝金属具有优良的强塑性匹配。

实施例3：

试验条件：采用0.5吨电炉进行焊丝钢冶炼。

焊丝钢的组分及重量百分比含量为：C:0.16％、Si:0.81％、Mn:1.52％、Ni:1.65％、Cr:0.36％、Mo:0.54％、Cu:0.19％、Ti:0.12％、B:0.003％、V:0.21％、P:0.008％、S:0.006％、Als:0.010％、N:0.002％、O:0.002％，其余为Fe和其它不可避免的夹杂。

冶炼后将焊丝钢拉拔成直径为1.2mm的焊丝，并经表面镀铜。

对焊丝进行熔敷金属焊接试验，采用80%Ar+20%CO₂气体保护焊接，采用直流电源反接法、焊接电流300～315A、电弧电压31～33V、焊接速度34～36cm/min、气体流量18～20L/min、焊前无预热、焊后无后热及热处理。

经检验，熔敷金属的力学性能为：Rm=1190MPa，A=15%，Z=56%，焊缝金属具有优良的强塑性匹配。

实施例4：

试验条件：采用0.5吨电炉进行焊丝钢冶炼。

焊丝钢的组分及重量百分比含量为：C:0.19%、Si:0.60%、Mn:1.40%、Ni:1.50%、Cr:0.15%、Mo:0.35%、Cu:0.10%、Ti:0.10%、B:0.002%、V:0.10%、P:0.008%、S:0.006%、Als:0.009%、N:0.002%、O:0.002%，其余为Fe和其它不可避免的夹杂。

冶炼后将焊丝钢拉拔成直径为1.2mm的焊丝，并经表面镀铜。

对焊丝进行熔敷金属焊接试验，采用80%Ar+20%CO₂气体保护焊接，采用直流电源反接法、焊接电流315～330A、电弧电压29～32V、焊接速度37～40cm/min、气体流量17～19L/min、焊前无预热、焊后无后热及热处理。

经检验，熔敷金属的力学性能为：Rm=1200MPa，A=15%，Z=56%，焊缝金属具有优良的强塑性匹配。

焊丝在上述的焊接过程中，不仅表现出优良的焊接工艺性能，而且焊接电弧稳定，飞溅小，无气孔、成型美观，适应于全位置焊接。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims

1.一种抗拉强度≥1100MPa的混合气体保护焊丝，其组分及重量百分比含量为：C：0.16～0.22，Si：0.81～0.90，Mn：1.40～1.80，Ni：1.50～1.87，Cr：0.15或Cr：0.52～0.65，Mo：0.67～0.85，Cu：0.10～0.30，Ti：0.10～0.15，B：0.002～0.004，V：0.10～0.50，P≤0.010,S≤0.006，Als≤0.01，N≤0.002，O≤0.002；余量为Fe及不可避免的杂质元素；抗拉强度≥1100MPa的混合气体保护焊丝的使用方法：采用直流电源反接法进行焊接；焊接电流在265～330A，电弧电压在26～33V，焊接速度在29～40cm/min，气体流量在15～20L/min，采用混合气80%Ar+20%CO₂保护；焊缝获得细小贝氏体和高密度的低碳马氏体组织。