CN103464871B

CN103464871B - 一种高韧性co2气体保护焊丝及其应用

Info

Publication number: CN103464871B
Application number: CN201310403621.XA
Authority: CN
Inventors: 张盘
Original assignee: Haining Ruiao Metal Technology Co Ltd
Current assignee: HAINING RUIAO METAL TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN103464871A

Abstract

本发明涉及一种高韧性CO2气体保护焊丝及其应用，其化学成分一重量百分比为：C？0.06～0.09％，Si？0.40～0.64％，Mn？1.78～2.0％，S≤0.010％，P≤0.008％，Ni？0.53～0.80％，Cr？0.30～0.55％，Ti？0.10～0.20％，B？0.002～0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明焊丝及盘条化学成分设计简单，采用CO2气体保护焊之后，获得的焊缝金属的抗拉强度>620MPa，屈服强度>540MPa，-50℃冲击功>34J，焊丝具有良好的工艺性能。本发明焊丝适用于抗拉强度≥620MPa的低合金高强钢的焊接，可用于工程机械、矿山机械、水电、压力容器、油气输送管线等大型重要结构制造领域。

Description

一种高韧性CO2气体保护焊丝及其应用

技术领域

本发明涉及合金焊接材料，具体涉及一种600MPa级高韧性CO₂气体保护焊丝及盘条及其应用。

背景技术

随着我国焊接技术的发展和焊接装备自动化程度的不断提高，气体保护焊具有焊接效率高、焊接性能好、成本低等优点，广泛应用于工程机械、矿山机械、铁路、桥梁、压力容器等大型重要结构的建造。

虽然我国气体保护实心焊丝已形成一定规模，但仍局限于500MPa及以下低强度级别焊丝的生产，无法满足现阶段大量使用600MPa级及以上高强度级别钢种建造的大型构件的制造要求。

气体保护焊中，CO₂气体成本低且相对环保，CO₂气体保护焊接效率高，但是专门针对CO₂气体保护的焊丝并不多，因为针对混合气体保护设计的焊丝如果采用CO₂气体保护进行焊接的话，会产生飞溅大等工艺问题；另外，由于保护气体的变化也会导致焊缝金属内化学元素过渡系数的改变，进而影响焊缝的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高韧性CO₂气体保护焊丝、盘条及其应用，经CO₂气体保护焊后，获得的熔敷金属抗拉强度≥620MPa，屈服强度≥540MPa，且具备良好低温冲击韧性（-50℃冲击功≥34J），焊接工艺性能好，完全适用600MPa级低合金高强钢焊接的气体保护焊丝。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种600MPa高韧性CO₂气体保护焊丝及盘条，采用以下化学成分(重量百分比)：C0.06～0.09％,Si0.40～0.64％,Mn1.78～2.0％,S≤0.010％,P≤0.008％,Ni0.53～0.80％,Cr0.30～0.55％,Ti0.10～0.20％,B0.002～0.010％，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明所述焊丝盘条、焊丝的化学成分，其强韧化机理是利用合金元素的细晶强化、固溶强化、相变强化等方式提高强度，通过在焊缝内形成大量细小均匀的针状铁素体组织来提高强度和冲击韧性。

本发明焊丝化学成分的设计原则说明如下：

C：不可缺少的提高焊缝金属强度的重要元素，具有较强的硬化和固溶强化作用。然而过高的碳含量会是焊缝金属淬硬性增加，提高裂纹敏感性。因此本发明C含量控制为：0.06～0.09％。

Si：主要的脱氧元素，同时以固溶强化提高焊缝强度。但Si含量较低时，脱氧不充分，使焊缝中氧含量过高，当Si含量较高时，会使焊缝韧性降低。因此，本发明Si含量控制为0.40～0.64％。

Mn：与Si起联合脱氧作用，脱氧反应产生的Si、Mn、Ti、Al的复合氧化物可作为针状铁素体的形核核心，同时Mn也是焊缝强化元素。Mn含量过低时，脱氧不充分，且强度偏低，Mn含量过高时，严重降低焊缝韧性，且使焊接工艺性能变坏。因此，本发明Mn含量控制为1.78～2.0％之间。

P、S：杂质元素，应尽量降低，本发明P、S含量控制为P≤0.008％,S≤0.010％。

Ni：提高焊缝金属韧性的重要元素，能够降低焊缝金属的韧脆转变温度，Ni含量较低时，改善韧性的效果不显著，但Ni属于贵重元素，随着Ni含量增加，焊丝生产成本显著增加。因此本发明Ni含量控制为0.53～0.80％。

Cr：显著强化铁素体元素，但过高的Cr含量会导致焊缝金属冷裂纹敏感性增加。因此，本发明Cr含量控制为0.30～0.55%。

B：在奥氏体晶界非平衡偏聚，明显抑制先共析铁素体在奥氏体晶界形核，增大焊缝金属中针状铁素体的比例，提高焊缝金属的冲击韧性，但过量的B会降低焊缝金属的低温韧性。因此，考虑到B的过渡系数较低，本发明B含量控制为0.002～0.010%，优选B0.004%。

Ti：由于B元素极易被氧化和氮化，导致其有益作用难以发挥，而Ti与O、N均有极高的亲和力，焊丝中添加适量的Ti可以有效防止B的氧化和氮化，同时形成的Ti的氧化物、氮化物可作为针状铁素体形核的核心，但Ti含量过高时，对焊缝金属的低温韧性造成危害。因此，考虑到Ti的过渡系数较低，本发明Ti含量控制为0.10～0.20%。

总之，本发明所述盘条及焊丝，通过Si、Mn联合脱氧，控制焊缝金属中的氧含量；联合加入Ti、B，抑制先共析铁素体的形成，提高焊缝金属中针状铁素体的比例；Cr、Ni的加入进一步提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性；同时降低S、P等有害元素的含量。

本发明的焊丝、盘条可经过常规的生产工艺制造。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括以下几个方面：

1）本发明提供的CO₂气体保护焊盘条及焊丝，合金体系简单，贵重元素使用较少，盘条及焊丝生产加工工艺简单容易实现，焊丝成本低。

2）本发明提供的焊丝，焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅少、成型美观，适用于全位置焊接。

3）本发明提供的焊丝，适用于抗拉强度≥620MPa级的低合金高强钢的焊接。采用CO₂气体保护焊时，焊缝金属屈服强度≥540MPa，抗拉强度≥620MPa，伸长率≥22%，-50℃冲击功≥34J，广泛应用于工程机械、矿山机械、水电、压力容器、油气输送管线等大型重要结构制造领域。

具体实施方式

本发明实施例是按照上述设计的高强韧CO₂气体保护焊丝及盘条的成分范围，共进行了3组实施例，生产工艺均相同：将按照设计成分冶炼后的焊丝钢轧制成直径5.5mm盘条，然后拉拔成直径1.2mm焊丝，经表面镀铜后成为本发明焊丝。

本发明焊丝在CO₂气体保护焊下进行焊缝金属力学性能检验，其焊接规范为：焊接电流为280～320A，焊接电压为30V，焊接速度为33cm/min，层间温度及预热温度为135～165℃，焊接线能量为16.4kJ/cm。焊接板厚为20mm，坡口角度为45°，带20mm垫板，根部间隙为12mm。

本发明3组实施例结果见表1和表2。表1为本发明实施例化学成分（重量百分比），表2为本发明实施例焊丝焊缝的综合力学性能。

表1本发明实施例的化学成分（以重量百分比计）

表2本发明实施例焊丝焊缝金属的综合力学性能

本发明提供的焊丝，适用于抗拉强度≥620MPa级的低合金高强钢的焊接。采用CO₂气体保护焊时，焊缝金属屈服强度≥540MPa，抗拉强度≥620MPa，伸长率≥22%，-50℃冲击功≥34J，广泛应用于工程机械、矿山机械、水电、压力容器、油气输送管线等大型重要结构制造建造。

Claims

1.一种高韧性CO2气体保护焊丝，其特征在于，其按重量百分比计的化学成分为：C0.06～0.09％,Si0.40～0.64％,Mn1.78～2.0％,S≤0.010％,P≤0.008％,Ni0.53～0.80％,Cr0.30～0.55％,Ti0.10～0.20％,B0.002～0.010％，余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的焊丝在600MPa级低合金高强钢焊接中的应用，其特征在于，焊丝经CO2气体保护焊后，获得的焊缝金属的抗拉强度≥620MPa，屈服强度≥540MPa，-50℃冲击功＞34J。