CN105458550A - 一种海洋工程用气保护焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明具体提供了一种海洋工程用气保护焊丝,包括按质量百分比计的如下组分组成:C:0.09~0.13%,Mn:0.8~1.4%,Si:0.35~1.20%,Cr:0.08~0.20%,Ni:0.6~1.3%,Mo:0.1~0.4%,V:0.01~0.03%,Cu:0.20~0.25%,S≤0.015%,P≤0.025%,Ti:0.06%~0.20%,B:0.002%~0.008%,余量为Fe。该发明综合考虑了焊丝与被焊钢板的成分匹配,以及保护气体对合金元素烧损与过渡的影响,在Ni-Cu耐蚀合金体系基础上,通过对组分组成及其含量进行控制调整,使得本发明焊丝具有优良的冲击韧性、焊接性能、耐腐蚀以及抗疲劳性能、裂纹尖端张开位移(CTOD)等特殊性能,且在特厚板的板厚中心部位具有较高的强度和低温韧性,能与460MPa级别的海洋工程用钢配套焊接。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域,具体涉及一种海洋工程用气保护焊丝,适用于屈服强度为460MPa级以上海洋工程用高强度钢焊接工艺。
背景技术
由于海洋工程装备工作环境的恶劣,对海洋工程装备用钢及其配套材料的要求较高,高强钢焊接材料缺失制约我国海洋工程装备行业发展,迫切需要开展海洋工程用高强钢配套焊接材料系列化研究及工程化应用研究。
而海洋平台结构高强钢除要求具有高的强度外,还要求具有优良的冲击韧性、焊接性能、裂纹尖端张开位移(CTOD)等特殊性能,特别是特厚板还要求在板厚中心部位具有高的强度和低温韧性。
因此,为了获得以上特殊性能,海洋平台用钢在成分设计上,在普通的C-Mn钢基础上,通过Ti、V等元素的微合金化及Mo、B、Cr等元素,以获得良好的回火组织和一定的淬透性,为保证低温韧性,加入一定量的Ni。通过合金元素及生产过程中的调质等热处理过程,充分利用晶粒细化、相变强化、固溶强化等机制,从而获得具有高强、高韧性并满足特殊性能要求的海洋平台结构用钢,其屈服强度达到460MPa级以上。
然而,对于海洋工程结构用焊接材料需突破超低氢控制、低温韧性控制、良好的焊接性和耐腐蚀性、抗疲劳性能等几项关键技术。而现有的海洋工程用的气保护焊丝中尚未公开可适用于强度为460MPa级以上的海洋工程专用气保护焊丝。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种海洋工程用气保护焊丝,其具有优良的冲击韧性、焊接性能、耐腐蚀以及抗疲劳性能、裂纹尖端张开位移(CTOD)等特殊性能,且在特厚板的板厚中心部位具有较高的强度和低温韧性,能与460MPa级以上的海洋工程用钢配套焊接。
为实现上述目的,本发明提供了一种海洋工程用气保护焊丝,包括按质量百分比计的如下组分组成:C:0.09~0.13%,Mn:0.8~1.4%,Si:0.35~1.20%,Cr:0.08~0.20%,Ni:0.6~1.3%,Mo:0.1~0.4%,V:0.01~0.03%,Cu:0.20~0.25%,S≤0.015%,P≤0.025%,Ti:0.06%~0.20%,B:0.002%~0.008%,余量为Fe。
其中,所述Ti与B的质量比为20~23。
作为优选的,本发明海洋工程用气保护焊丝包括按质量百分比计的如下组分组成:C:0.13%,Mn:1.4%,Si:1.20%,Cr:0.20%,Ni:1.3%,Mo:0.4%,V:0.03%,Cu:0.25%,S:0.002%,P:0.010%,Ti:0.20%,B:0.008%,余量为Fe。
作为优选的,本发明海洋工程用气保护焊丝包括按质量百分比计的如下组分组成:C:0.11%,Mn:1.2%,Si:0.7%,Cr:0.15%,Ni:1.0%,Mo:0.25%,V:0.02%,Cu:0.25%,S:0.0015%,P:0.008%,Ti:0.15%,B:0.005%,余量为Fe。
所述焊丝熔敷金属力学性能如下:屈服强度ReL为480~520MPa,抗拉强度Rm为550~640MPa,延伸率A为24~28%,在-40℃的冲击功KV2为125~145J。
该焊丝适用于460MPa级以上海洋工程用高强度钢的焊接。
本发明海洋工程用气保护焊丝的主要组分含量及其作用如下:
适量的C可保证焊缝金属具有一定强韧度和良好的淬透性,但是含量过高则可焊性差,飞溅大,焊接工艺性能差;含量过低时,焊缝强度低,达不到焊缝力学性能要求。因此,在本配方体系中,综合考虑焊缝强度、韧性及可焊性,C的成分范围为0.09~0.13%,当C含量低于0.09%时易造成焊缝强度不够,C含量高于0.13%时可焊性极差。
Mn也是保证焊丝强度的主要元素之一,适量的Mn可改善焊接性能,并增加焊缝强度以及耐磨损性能,还可推迟奥氏体的转变温度,有助于焊缝生成纹理结构,提高低温冲击韧性;同时,适量的Mn与Si起着联合脱氧的作用,避免焊缝中产生气孔等缺陷。在本配方体系中,Mn含量高于1.4%时,Mn出现偏析,偏析区产生M-A岛状组织,从而降低焊缝金属的韧性;Mn含量低于0.8%时,焊缝强度不够,因此,Mn的成分范围为0.8~1.4%。
Si与Mn联合脱氧,保证焊缝质量。在本配方体系中,Si含量高于1.2%时,焊接时焊渣较多,使得引弧不良;Si含量低于0.35%时,脱氧不足,容易形成气孔,因此,Si的成分范围为0.35~1.20%。
Cr起着保证焊缝强度的辅助作用,适量的Cr可以极大的促进焊缝强度。加入Cr元素,提高焊缝金属的淬透性,抑制先共折铁素体的形成促进针状铁素体的形成,它们的加入可以降低针状铁素体的转变温度,从而使焊缝金属具有较高的抗拉强度,同时还具有良好的低温冲击韧性。然而,过高的Cr一方面增加了焊丝成本,同时,过高的Cr使得焊接工艺性能变差,飞溅增加。因此,在本配方体系中,Cr含量控制在0.08~0.20%之间。
Ni、Cu为耐候性元素,Ni是最好的韧化组元,作为合金元素能够显著改善焊缝金属的低温韧性,且Ni的加入可以平衡Cr带来的韧性损失。在本配方体系中,Ni含量为0.6~1.3%。
Cu不仅可以固深强化焊缝金属,而且提高了焊缝金属的耐腐蚀性能,但Cu元素含量过高会降低焊接的电弧稳定性,并在焊接中易产生高温裂纹,因此,在本配方体系中,Cu含量控制在0.20%~0.25%之间。
Mo对铁素体有固然强化作用,提高焊缝强度,同时Mo对改善钢的延展性、韧性以及耐腐蚀性起到有利作用,因此,考虑其综合影响,Mo的成分范围为0.1~0.4%。
适量的Ti主要起稳弧的作用,微量的B与Ti元素搭配,形成Ti-B细晶粒强化组合,形成稳定的机械性能。
S、P作为杂质元素,含量偏高时会严重影响焊缝金属的韧性,应尽量降低。
V起着保证焊缝强度的辅助作用,适量的V可以保证焊缝强度,在本配方体系中,V含量为0.01~0.03%。
本发明海洋工程用气保护焊丝的制备过程为采用转炉炼钢,经脱氧合金化后,冶炼出成分符合要求的钢水,钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯,连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ6.5mm的盘条,盘条经剥壳、酸洗、涂硼砂、拔丝、镀铜制成Φ1.2mm成品焊丝。
与现有的海洋工程用气保护焊丝相比,本发明的有益效果:
(1)本发明提供的这种海洋工程用气保护焊丝综合考虑焊丝与被焊钢板的成分匹配,以及保护气体对合金元素烧损与过渡的影响,以Ni-Cu耐蚀合金体系作为基础合金体系,考虑其强韧性与耐海水腐蚀性能以及对杂质元素的控制,脱氧方式的选择等,使得该气保护焊丝具有良好的耐海水腐蚀性能。
(2)本发明提供的这种海洋工程用气保护焊丝采用微量的B与Ti元素,以及控制两者的含量比例,形成Ti-B细晶粒强化组合,提高焊丝的机械性能。
(3)本发明提供的这种海洋工程用气保护焊丝具有良好的焊接接头整体抗裂性能,CTOD值高,且在特厚板的使用条件下具有稳定的低温冲击韧性。
(4)本发明提供的这种海洋工程用气保护焊丝符合海洋工程用钢焊接要求,适用于460MPa级以上海洋工程用高强度钢的气保护焊接,该焊丝产品的附加值及收益率高。
具体实施方式
实施例1:
本实施例具体提供了一种海洋工程用气保护焊丝,按质量百分比选用如下组分:C:0.09%,Mn:0.8%,Si:0.35%,Cr:0.08%,Ni:0.6%,Mo:0.1%,V:0.01%,Cu:0.20%,S:0.002%,P:0.008%,Ti:0.06%,B:0.002%,余量为Fe。本发明采用转炉炼钢,经脱氧合金化后,冶炼出成分符合要求的钢水,钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯,连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ6.5mm的盘条,盘条再经剥壳—酸洗—涂硼砂—拔丝—镀铜制成Φ1.2mm成品焊丝。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材:Q460E,焊接试板厚20mm,坡口形式为20°,底面间隙16mm,具体的焊接规范为:焊接电流240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后取熔敷金属的拉伸试样和冲击试样进行力学性能试验,其试验结果如表1所示。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材Q460E,焊接试板厚60mm,坡口形式为X型对接,间隙2mm,具体的焊接规范为:焊接电流220~240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后进行焊缝中心冲击试验、CTOD试验和焊接接头周浸试验,焊缝中心冲击试验结果如表2所示,CTOD试验结果如表3所示,焊接接头按GB/T19746-2005进行焊接接头周浸试验,周浸腐蚀试验后,去除腐蚀产物后,经观察比较,接头试样的试样热影响区、融合区与母材的腐蚀程度接近,焊缝区的腐蚀程度比母材略轻,接头耐腐蚀性能良好。
实施例2:
本实施例提供了一种海洋工程用气保护焊丝,按质量百分比选用如下组分:C:0.13%,Mn:1.4%,Si:1.20%,Cr:0.20%,Ni:1.3%,Mo:0.4%,V:0.03%,Cu:0.25%,S:0.002%,P:0.010%,Ti:0.20%,B:0.008%,余量为Fe。本发明采用转炉炼钢,经脱氧合金化后,冶炼出成分符合要求的钢水,钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯,连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ6.5mm的盘条,盘条再经剥壳—酸洗—涂硼砂—拔丝—镀铜制成Φ1.2mm成品焊丝。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材:Q460E,焊接试板厚20mm,坡口形式为20°,底面间隙16mm,具体的焊接规范为:焊接电流240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后取熔敷金属的拉伸试样和冲击试样进行力学性能试验,其试验结果如表1所示。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材Q460E,焊接试板厚60mm,坡口形式为X型对接,间隙2mm,具体的焊接规范为:焊接电流220~240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后进行焊缝中心冲击试验、CTOD试验和焊接接头周浸试验,焊缝中心冲击试验结果如表2所示,CTOD试验结果如表3所示,焊接接头按GB/T19746-2005进行焊接接头周浸试验,周浸腐蚀试验后,去除腐蚀产物后,经观察比较,接头试样的试样热影响区、融合区与母材的腐蚀程度接近,焊缝区的腐蚀程度比母材略轻,接头耐腐蚀性能良好。
实施例3:
本实施例提供了一种海洋工程用气保护焊丝,按质量百分比选用如下组分:C:0.11%,Mn:1.2%,Si:0.7%,Cr:0.15%,Ni:1.0%,Mo:0.25%,V:0.02%,Cu:0.22%,S:0.0015%,P:0.008%,Ti:0.15%,B:0.005%,余量为Fe。本发明采用转炉炼钢,经脱氧合金化后,冶炼出成分符合要求的钢水,钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯,连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ6.5mm的盘条,盘条再经剥壳—酸洗—涂硼砂—拔丝—镀铜制成Φ1.2mm成品焊丝。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材:Q460E,焊接试板厚20mm,坡口形式为20°,底面间隙16mm,具体的焊接规范为:焊接电流240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后取熔敷金属的拉伸试样和冲击试样进行力学性能试验,其试验结果如表1所示。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材Q460E,焊接试板厚60mm,坡口形式为X型对接,间隙2mm,具体的焊接规范为:焊接电流220~240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后进行焊缝中心冲击试验、CTOD试验和焊接接头周浸试验,焊缝中心冲击试验结果如表2所示,CTOD试验结果如表3所示,焊接接头按GB/T19746-2005进行焊接接头周浸试验,周浸腐蚀试验后,去除腐蚀产物后,经观察比较,接头试样的试样热影响区、融合区与母材的腐蚀程度接近,焊缝区的腐蚀程度比母材略轻,接头耐腐蚀性能良好。
实施例4:
本实施例提供了一种海洋工程用气保护焊丝,按质量百分比选用如下组分:C:0.09%,Mn:1.4%,Si:0.35%,Cr:0.12%,Ni:1.3%,Mo:0.4%,V:0.01%,Cu:0.25%,S:0.002%,P:0.009%,Ti:0.06%,B:0.002%,余量为Fe。本发明采用转炉炼钢,经脱氧合金化后,冶炼出成分符合要求的钢水,钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯,连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ6.5mm的盘条,盘条再经剥壳—酸洗—涂硼砂—拔丝—镀铜制成Φ1.2mm成品焊丝。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材:Q460E,焊接试板厚20mm,坡口形式为20°,底面间隙16mm,具体的焊接规范为:焊接电流240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后取熔敷金属的拉伸试样和冲击试样进行力学性能试验,其试验结果如表1所示。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材Q460E,焊接试板厚60mm,坡口形式为X型对接,间隙2mm,具体的焊接规范为:焊接电流220~240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后进行焊缝中心冲击试验、CTOD试验和焊接接头周浸试验,焊缝中心冲击试验结果如表2所示,CTOD试验结果如表3所示,焊接接头按GB/T19746-2005进行焊接接头周浸试验,周浸腐蚀试验后,去除腐蚀产物后,经观察比较,接头试样的试样热影响区、融合区与母材的腐蚀程度接近,焊缝区的腐蚀程度比母材略轻,接头耐腐蚀性能良好。
实施例5:
本实施例提供了一种海洋工程用气保护焊丝,按质量百分比选用如下组分:C:0.10%,Mn:1.2%,Si:0.50%,Cr:0.08%,Ni:1.0%,Mo:0.25%,V:0.03%,Cu:0.22%,S:0.0015%,P:0.025%,Ti:0.18%,B:0.008%,余量为Fe。本发明采用转炉炼钢,经脱氧合金化后,冶炼出成分符合要求的钢水,钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯,连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ6.5mm的盘条,盘条再经剥壳—酸洗—涂硼砂—拔丝—镀铜制成Φ1.2mm成品焊丝。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材:Q460E,焊接试板厚20mm,坡口形式为20°,底面间隙16mm,具体的焊接规范为:焊接电流240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后取熔敷金属的拉伸试样和冲击试样进行力学性能试验,其试验结果如表1所示。
采用本实施例制得的焊丝配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验,其中,试板母材Q460E,焊接试板厚60mm,坡口形式为X型对接,间隙2mm,具体的焊接规范为:焊接电流220~240A,电弧电压28V,焊接速度38cm/min,层温为150℃。焊后进行焊缝中心冲击试验、CTOD试验和焊接接头周浸试验,焊缝中心冲击试验结果如表2所示,CTOD试验结果如表3所示,焊接接头按GB/T19746-2005进行焊接接头周浸试验,周浸腐蚀试验后,去除腐蚀产物后,经观察比较,接头试样的试样热影响区、融合区与母材的腐蚀程度接近,焊缝区的腐蚀程度比母材略轻,接头耐腐蚀性能良好。
由上述实施例可以看出,本发明的焊丝熔敷金属力学性能如下:屈服强度ReL为480~520MPa,抗拉强度Rm为550~640MPa,延伸率A为24~28%,在-40℃的冲击功KV2为85~112J。
本发明提供的这种气保护焊丝符合海洋工程用钢焊接要求,适用于460MPa级海洋工程用高强度钢的气保护焊接。
表1:各实施例熔敷金属力学性能
表2:各实施例60mm板厚焊缝中心冲击值
表3:各实施例焊接接头CTOD试验结果
实施例 | CTOD值 | 判定结果 |
1 | 0.84 | 合格 |
2 | 1.23 | 合格 |
3 | 0.94 | 合格 |
4 | 1.10 | 合格 |
5 | 1.24 | 合格 |
以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种海洋工程用气保护焊丝,其特征在于:包括按质量百分比计的如下组分组成:C:0.09~0.13%,Mn:0.8~1.4%,Si:0.35~1.20%,Cr:0.08~0.20%,Ni:0.6~1.3%,Mo:0.1~0.4%,V:0.01~0.03%,Cu:0.20~0.25%,S≤0.015%,P≤0.025%,Ti:0.06%~0.20%,B:0.002%~0.008%,余量为Fe。
2.如权利要求1所述的海洋工程用气保护焊丝,其特征在于:所述Ti与B的质量比为20~23。
3.如权利要求1所述的海洋工程用气保护焊丝,其特征在于:包括按质量百分比计的如下组分组成:C:0.13%,Mn:1.4%,Si:1.20%,Cr:0.20%,Ni:1.3%,Mo:0.4%,V:0.03%,Cu:0.25%,S:0.002%,P:0.010%,Ti:0.20%,B:0.008%,余量为Fe。
4.如权利要求1所述的海洋工程用气保护焊丝,其特征在于:包括按质量百分比计的如下组分组成:C:0.11%,Mn:1.2%,Si:0.7%,Cr:0.15%,Ni:1.0%,Mo:0.25%,V:0.02%,Cu:0.25%,S:0.0015%,P:0.008%,Ti:0.15%,B:0.005%,余量为Fe。
5.如权利要求1所述的海洋工程用气保护焊丝,其特征在于:所述焊丝的熔敷金属力学性能如下:屈服强度ReL为480~520MPa,抗拉强度Rm为550~640MPa,延伸率A为24~28%,在-40℃的冲击功KV2为85~112J。
6.如权利要求1~5任一项所述的海洋工程用气保护焊丝的用途,其特征在于:该焊丝适用于460MPa级以上海洋工程用高强度钢的焊接。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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