CN106238959A - 低磁钢用气保护焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低磁钢用气保护焊丝，属于焊接材料领域。本发明的各个组分按质量百分比表示，分别为：C：0.15％‑0.35％；Mn：4％‑10％；Si：0.30％‑1.0％；Ni：13％‑20％；Mo：3％‑7％；Ti：0.1％‑0.4％；Cr：10％‑26％；S：<0.005％；P：<0.015％；余量为Fe。用本发明公开的焊丝进行低磁钢的钨极氩弧焊或金属极惰性气体保护焊时，获得的焊缝具有良好的力学性能，并能保证较低的磁导率，特别适合于锰铝系低磁钢并要求无磁或低磁服役环境工作焊缝的焊接。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域的焊接材料，特别是一种锰铝系低磁钢用气保护焊丝。
背景技术
锰铝系单相奥氏体低磁钢包括917钢、45Mnl7A13钢、20Mn23Al钢等钢种，该类钢种成分简单，价格便宜，相对磁导率较低，广泛用于造船、特种车辆、消磁站、军用装备以及变压器铁芯等低磁导率的结构或零部件。在应用过程中，该类结构或零部件焊接接头或者焊缝金属相对磁导率较低，是整个结构的关键。
对现有技术文献的检索可知，文献[1]公开了一种917低磁钢+CCSB钢异种钢的焊接方法(申请号：CN201110290746.7)，直接选用ER309L不锈钢焊丝焊接低磁钢。由于ER309L焊丝与971钢、碳钢的合金系不同，在碳钢侧容易产生冷裂纹；焊缝中心容易出现热裂纹；三种材料的线膨胀系数不同，焊接时容易产生变形和应力。
文献[2，3]的解决方案是在307铬-镍-锰系单相奥氏体不锈钢焊接材料的基础上，增加锰、硅元素含量，即TS-307HM焊条和MIG-307Si焊丝。用这两种焊接材料焊接低磁钢时，焊缝不是纯奥氏体组织，对接头的磁导率不利；焊缝的奥氏体组织不稳定，容易分解产生裂纹；在焊接过程中容易出现气孔和夹杂。
文献[4]涉及的AT-Y316L低磁钢专用不锈钢药芯焊丝，由于其碳含量与母材相比差异太大，很容易在焊接接头熔合区焊缝侧出现淬硬组织，容易造成焊缝开裂；碳钢侧出现碳迁移带，降低接头的性能；焊接过程中焊接工艺复杂，效率低，成本高。
因此，很有必要研制一种低磁钢用气保护焊丝解决现有的低磁钢焊接问题。
参考文献：
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发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种锰铝系低磁钢焊接用气保护焊丝。低磁钢的组织是奥氏体，因此要求低磁钢焊缝的组织也是奥氏体，从而保证接头具有低的磁导率。因此，本发明的思路为：使奥氏体稳定化元素与获得少量铁素体形成元素之间的最优配比，既保证焊缝获得占绝对量的奥氏体组织，同时控制铁素体含量(抑制热裂纹)获得低的磁导率。即，发明的低磁钢气保护焊丝，既能满足接头的力学性能要求，又能保持较低的磁导率。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明各个组分占总体材质的质量百分比含量分别为：
C：0.15％-0.35％；
Mn：4％-10％；
Si：0.30％-1.0％；
Ni：13％-20％；
Mo：3％-7％；
Ti：0.1％-0.4％；
Cr：10％-26％；
杂质元素S：<0.005％；P：<0.015％；
余量为Fe。
所述的低磁钢用气保护焊丝，主要组分的优选范围为：
C：0.2％-0.3％；
Mn：5％-7％；
Si：0.6％-0.7％；
Ni：15％-17％；
Mo：4％-6％；
Ti：0.15％-0.25％；
Cr：14％-18％；
余量为Fe。
所述焊丝与钨极氩弧焊匹配或与金属极惰性气体保护焊匹配，保证焊缝金属具有较好的力学性能和较低的磁导率。
本发明的组分设计原理如下：
(1)C：尽管C是保证强度的重要元素，但是在低磁钢焊缝中是强奥氏体稳定化元素。较高的碳含量是使母材与焊缝的碳含量保持相当的水平，避免在母材与焊缝之间形成碳扩散层和淬硬层，抑制冷裂，防止接头的性能恶化；
(2)Mn：Mn是促进过冷奥氏体稳定化元素，抑制焊缝金属冷却到室温的过程中及早发生分解，获得奥氏体组织；
(3)Si：Si在焊缝金属中主要作为脱氧元素，也具有一定的固溶强化作用。本发明中使用Si元素保证足够的脱氧；
(4)Ni；Ni是奥氏体形成元素，由于焊接过程中Mn容易挥发，使Mn的奥氏体稳定化作用减弱，用Ni的作用弥补，同时，Ni能提高焊缝金属的韧性和强度；
(5)Mo：与低磁钢相比，焊缝金属中的Mn、C含量显著降低，加入一定量的Mo元素保证强度。另外，Mo能提高焊缝金属的强度和韧性；
(6)Ti：Ti的作用是补充脱氧，保证焊丝中的Mn元素过渡到焊缝金属中；
(7)Cr：在本发明中Cr元素的主要作用提高焊缝金属的抗腐蚀能力，同时，在不影响焊缝金属磁导率的情况下形成少量的铁素体，抑制热裂纹的产生。
本发明的加工工艺及应用：
在上述设计原理下，选择合适的合金元素与纯铁配比进行真空冶炼，冶炼时待纯铁、Cr、Ni、Mo在真空状态下溶化后，依次加入Ti、Si，加入Mn时采用惰性气体保护防止蒸发。在合金元素全部熔化30分钟后浇成铸锭，再经过锻、轧制、盘元和拔丝等工艺制成成品焊丝，焊丝的直径可根据需要拉拔成1.0mm或1.2mm。用该焊丝进行钨极氩弧焊或金属极惰性气体保护焊，焊接后进行熔敷金属性能试验，其综合性能为：σb＝580MPa-700MPa，σs＝350MPa-530MPa，δ＝32-43％，AKv-20℃＝35-56J，相对磁导率＝1.2055-1.0263。
与现有技术相比，本发明焊丝的碳含量与锰铝系低磁钢的碳含量相当，避免了因碳迁移在熔合区焊缝侧产生冷裂纹，也避免了因碳钢侧碳迁移层的出现而降低接头的性能；本发明焊丝的焊缝气孔敏感性低，奥氏体组织稳定；本发明焊丝的焊缝含有少量的铁素体，热裂敏感性低，相对磁导率低。因此，既能满足接头的力学性能要求，又能保持较低的磁导率。
具体实施方式：
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的钢用气保护焊丝，其熔敷金属化学成分及含量为(质量分数％)：
C：0.15％；
Mn：4.0％；
Si：0.30％；
Ni：13％；
Mo：4.0％；
Ti：0.10％；
Cr：10％；
S、P为杂质元素，由原材料冶炼时进入熔敷金属，含量控制范围：S<0.005％；P<0.015％；
余量为Fe。
本实施例的制造过程为：按照合金元素与纯铁配比进行真空冶炼，冶炼时待纯铁、Cr、Ni、Mo在真空状态下溶化后，依次加入Ti、Si，加入Mn时采用惰性气体保护防止蒸发。在合金元素全部熔化30分钟后浇成铸锭，再经过锻、轧制、盘元和拔丝等工艺制成成品焊丝，焊丝的直径为1.2mm。
本实施例焊丝熔敷金属试板焊接及力学性能试验均按照GB8110-87/95二氧化碳气保护焊用钢焊丝标准进行，试板为Q345钢，尺寸450mm×150mm×20mm，坡口角度45°，隔离层厚度＞5mm，焊接方法为MIG焊，焊接电压：24-27V，焊接电流：220-260A，焊接速度：4.5mm/s，层间温度：110℃，保护气体Ar混合气体，流量：20-25L/min。焊接后熔敷金属性能见表1。
实施例2
本实施例的钢用气保护焊丝，其熔敷金属化学成分及含量为(质量分数％)：
C：0.18％；
Mn：5.0％；
Si：0.40％；
Ni：14％；
Mo：4.5％；
Ti：0.15％；
Cr：13％；
S、P为杂质元素，由原材料冶炼时进入熔敷金属，含量控制范围：S<0.005％；P<0.015％；
余量为Fe。
本实施例的制造过程与实施例1相同，焊丝熔敷金属试板焊接及性能测试过程与实施例1相同，焊接后熔敷金属性能见表1。。
实施例3
本实施例的钢用气保护焊丝，其熔敷金属化学成分及含量为(质量分数％)：
C：0.21％；
Mn：6.0％；
Si：0.50％；
Ni：15％；
Mo：5.0％；
Ti：0.20％；
Cr：16％；
S、P为杂质元素，由原材料冶炼时进入熔敷金属，含量控制范围：S<0.005％；P<0.015％；
余量为Fe。
本实施例的制造过程与实施例1相同，焊丝熔敷金属试板焊接及性能测试过程与实施例1相同，焊接后熔敷金属性能见表1。
实施例4
本实施例的钢用气保护焊丝，其熔敷金属化学成分及含量为(质量分数％)：
C：0.24％；
Mn：7.0％；
Si：0.60％；
Ni：16％；
Mo：5.5％；
Ti：0.25％；
Cr：19％；
S、P为杂质元素，由原材料冶炼时进入熔敷金属，含量控制范围：S<0.005％；P<0.015％；
余量为Fe。
本实施例的制造过程与实施例1相同，焊丝熔敷金属试板焊接及性能测试过程与实施例1相同，焊接后熔敷金属性能见表1。
实施例5
本实施例的钢用气保护焊丝，其熔敷金属化学成分及含量为(质量分数％)：
C：0.27％；
Mn：8.0％；
Si：0.70％；
Ni：17％；
Mo：6.5％；
Ti：0.30％；
Cr：22％；
S、P为杂质元素，由原材料冶炼时进入熔敷金属，含量控制范围：S<0.005％；P<0.015％；
余量为Fe。
本实施例的制造过程与实施例1相同，焊丝熔敷金属试板焊接及性能测试过程与实施例1相同，焊接后熔敷金属性能见表1。
实施例6
本实施例的钢用气保护焊丝，其熔敷金属化学成分及含量为(质量分数％)：
C：0.30％；
Mn：9.0％；
Si：0.85％；
Ni：18.5％；
Mo：6.5％；
Ti：0.35％；
Cr：24％；
S、P为杂质元素，由原材料冶炼时进入熔敷金属，含量控制范围：S<0.005％；P<0.015％；
余量为Fe。
本实施例的制造过程与实施例1相同，焊丝熔敷金属试板焊接及性能测试过程与实施例1相同，焊接后熔敷金属性能见表1。
实施例7
本实施例的钢用气保护焊丝，其熔敷金属化学成分及含量为(质量分数％)：
C：0.35％；
Mn：10.0％；
Si：1.0％；
Ni：20％；
Mo：7.0％；
Ti：0.40％；
Cr：26％；
S、P为杂质元素，由原材料冶炼时进入熔敷金属，含量控制范围：S≤0.005％；P≤0.015％；
余量为Fe。
本实施例的制造过程与实施例1相同，焊丝熔敷金属试板焊接及性能测试过程与实施例1相同，焊接后熔敷金属性能见表1。
表1焊丝熔敷金属的综合性能
| 实施例 | σb/MPa | σs/MPa | δ/％ | AKv-20℃/J | μGs/Oe |
| 1 | 580 | 350 | 39 | 35 | 1.2055 |
| 2 | 593 | 437 | 36 | 49 | 1.1936 |
| 3 | 600 | 480 | 43 | 56 | 1.1024 |
| 4 | 630 | 521 | 39 | 54 | 1.0239 |
| 5 | 660 | 511 | 40 | 41 | 1.0263 |
| 6 | 700 | 509 | 34 | 33 | 1.0271 |
| 7 | 680 | 530 | 32 | 35 | 1.0281 |
由表1可见，本发明焊丝熔敷金属的具有较高的强度和塑性，韧性满足一般钢结构的设计要求，磁导率与锰铝系低磁钢的磁导率相当，尤其是当主要合金元素C含量取值范围在0.2％-0.3％，Mn含量取值范围在5％-7％，Si含量取值范围在0.6％-0.7％，Ni含量取值范围在15％-17％，Mo含量取值范围在4％-6％，Ti含量取值范围在0.15％-0.25％，Cr含量取值范围在14％-18％(即实施例4和实施例5)时，熔敷金属具有良好的综合性能。
Claims (3)
1.一种低磁钢用气保护焊丝，其特征在于，各个组分占总体材质的质量百分比含量分别为：
C：0.15％-0.35％；
Mn：4％-10％；
Si：0.30％-1.0％；
Ni：13％-20％；
Mo：3％-7％；
Ti：0.1％-0.4％；
Cr：10％-26％；
杂质元素S：≤0.005％；P：≤0.015％；
余量为Fe。
2.如权利要求1所述的低磁钢用气保护焊丝，其特征在于，各主要组分占总体材质的质量百分比范围为：
C：0.2％-0.3％；
Mn：5％-7％；
Si：0.6％-0.7％；
Ni：15％-17％；
Mo：4％-6％；
Ti：0.15％-0.25％；
Cr：14％-18％；
余量为Fe。
3.如权利要求1或2所述的低磁钢用气保护焊丝，其特征在于，所述焊丝与钨极氩弧焊或金属及惰性气体保护焊匹配，所述焊丝的直径可根据需要拉拔成1.0mm或1.2mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180608 Termination date: 20210804 |