CN107598409A

CN107598409A - 用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝及制作方法

Info

Publication number: CN107598409A
Application number: CN201710719134.2A
Authority: CN
Inventors: 孔红雨; 朱官朋; 冯兆龙; 王志银
Original assignee: LUOYANG SHUANGRUI SPECIAL ALLOY MATERIAL Co Ltd
Current assignee: LUOYANG SHUANGRUI SPECIAL ALLOY MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本发明涉及一种用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝，包括如下组分：按照质量百分比计，C：0.04%‑0.12%、Mn：0.9%‑1.4%，Si：0.4%‑0.8%，Ni：0.8%‑1.1%，Mo：0.08%‑0.2%，Ti：0.02%‑0.05%，B：0.0015%‑0.0030%，Cu：0.20%‑0.25%，Al≤0.01%，S≤0.010%，P≤0.020%，O≤0.005%，N≤0.005%，Ce：0.0050%‑0.010%，余量为铁粉和不可避免的杂质；采用80%Ar+20%CO2气体保护焊接时，熔敷金属的力学性能达到屈服强度460MPa级海洋工程用钢的焊接要求，‑40℃冲击功在120J以上，NDT在‑60℃以下。

Description

用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝及制作方法

技术领域

本发明涉及焊接材料领域，具体的说是一种用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝及制作方法。

背景技术

屈服强度460MPa钢板广泛应用于海洋工程、工程机械、桥梁建设等高端技术领域。这些领域的结构钢板一般板厚较厚，服役条件相对比较恶劣，因此对相应的焊接材料提出了较高的要求：（1）良好的焊接工艺性，能够满足不同位置的焊接需要，能适应多种不同工况的使用要求；（2）具有优良的低温韧性，-40℃冲击值良好。此外，由于海洋工程服役环境恶劣，可采用落锤试验来测定钢材的零塑性转变温度（NDT），表征含有小裂纹钢材在动态加载应力下发生脆性断裂的最高温度，为海洋工程结构选材和使用设计提供参考，但目前市场上焊丝在设计过程中多未考虑NDT指标。

目前，没有可用于屈服强度为460MPa高强钢焊接的高韧性气保护实心焊丝，其-40℃冲击功在120J以上，同时其NDT结果在-70℃以下。

发明内容

针对上述现有技术中目前没有可用于屈服强度为460MPa高强钢焊接的高韧性气保护实心焊丝的问题，本发明提供一种用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝及制作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝，包括如下组分：按照质量百分比计，C：0.04%-0.12%、Mn：0.9%-1.4%，Si：0.4%-0.8%，Ni：0.8%-1.1%，Mo：0.08%-0.2%，Ti：0.02%-0.05%，B：0.0015%-0.0030%，Cu：0.20%-0.25%，Al≤0.01%，S≤0.010%，P≤0.020%，O≤0.005%，N≤0.005%，Ce：0.0050%-0.010%，余量为铁粉和不可避免的杂质。

所述焊丝中Ti和B的质量比为10~20。

按照质量百分比计，C：0.08%、Mn： 1.27%，Si：0.71%，Ni： 1.06%，Mo：0.1%，Ti：0.03%，B：0.0026%，Cu：0.22%，Al：0.0079%，S：0.0058%，P：0.012%，O：0.0018%，N：0.00:08%，Ce：0.0072%，余量为铁粉和不可避免的杂质

按照质量百分比计，C：0.04%、Mn：0.9%，Si：0.4%，Ni：0.8%，Mo：0.08%，Ti：0.02%，B：0.0030%，Cu：0.25%，Al：0.01%，S：0.010%，P：0.020%，O：0.005%，N：0.005%，Ce：0.0050%，余量为铁粉和不可避免的杂质

按照质量百分比计，C：0.12%、Mn：1.4%，Si：0.8%，Ni：1.1%，Mo：0.2%，Ti：0.05%，B：0.0015%，Cu：0.20%，Al：0.005，S≤0.005%，P≤0.01%，O≤0.002%，N≤0.002%，Ce：0.0050%，余量为铁粉和不可避免的杂质

一种如上所述的用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝的制作方法，按照质量百分比取各组分，经钢锭冶炼、轧制盘条、盘条退火、拉拔减径、精拉和镀铜工序最终获得Φ1.2mm成品焊丝。

本发明的有益效果：

本发明提供的用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝，采用80%Ar+20%CO2气体保护焊接时，熔敷金属的力学性能达到屈服强度460MPa级海洋工程用钢的焊接要求，-40℃冲击功在120J以上，NDT在-60℃以下；本发明的焊丝通过加入微量的Ce，控制S、P等杂质元素含量，获得了组织细小均匀的焊缝金属，显著提升了低温韧性；本发明的焊丝焊接操作性能优良，焊缝成型良好，焊接电弧稳定，适用于全位置焊接，不仅适用于海洋工程，还适用于工程机械、桥梁建设等工况。

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，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0.04%-0.12%最佳；

Mn是保证焊缝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性能，还可降低奥氏体转变温度，有助于提高低温韧性；同时，适量的Mn与Si起联合脱氧的作用，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，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，焊缝强度不足，Mn含量保持在0.8%-1.4%最佳；

Si与Mn联合脱氧，保证焊缝质量，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，易形成气孔，因此Si的含量保持在0.35%-1.2%最佳；

Ni为强韧化元素，作为合金元素能够明显改善焊缝金属的低温韧性，同时具有提升强度的作用；

Mo对铁素体有固溶强化作用，提高焊缝强度，同时Mo对改善焊缝金属的延展性、韧性、耐腐蚀性起到有益作用，综合考虑生产成本和力学性能，Mo含量控制在0.08%-0.2%；

适量的Ti主要起脱氧作用，微量的B与Ti联合，形成Ti-B细晶强化组合，提高低温韧性的稳定性；B元素易在晶界聚集，含量过高易产生裂纹等缺陷，因而B含量需严格控制在0.0015%-0.0030%，同时Ti/B比为10-20时，熔敷金属性能最佳；

Cu主要为提高焊丝电流输送，同时提高焊丝的抗氧化能力，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%最佳；

Al化学性质活泼，与其他元素形成化合物残留于焊缝金属，对力学性能不利，在本发明中需严格控制Al含量，其含量应控制在Al≤0.01%；

S、P为杂质元素，含量偏高会严重影响焊缝金属的韧性，严重时产生焊接缺陷，应尽量降低。O、N以化合物形式残留于焊缝中，属杂质元素，对焊缝金属力学性能有不利影响，应尽量降低。

微量的Ce可以使夹杂物球化，影响组织转变，起到细化晶粒的作用，本发明中Ce的含量为0.0050%-0.010%。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

一种如上所述的用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝的制备方法：按照质量百分比取各组分，经钢锭冶炼、轧制盘条、盘条退火、拉拔减径、精拉和镀铜工序最终获得ΦY1.2mm成品焊丝。

实施例1~5均为适应于460MPa钢用高韧性气保护实心焊丝。实施例1~5所用焊丝的成分如表1所示。

表1 本发明实施例的焊丝的化学组成（质量分数，%）

实施效果例

对上述制得的三种焊丝采用80%Ar+20%CO2混合气体保护进行熔敷金属性能试验，其中试板母材为Q460E钢板，厚20mm，坡口形式为20°，底面间隙16mm，焊接电流220-240A，电压24-26V，焊接速度35-40cm/min，道间温度为110-150℃，按照国标GB/T 5118-2012标准规定，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。

对上述制得的三种焊丝采用80%Ar+20%CO2混合气体保护进行对接接头性能试验，其中试板母材为Q460E钢板，厚20mm，坡口形式为30°，根部间隙1mm，焊接电流220-240A，电压24-26V，焊接速度35-40cm/min，道间温度为110-150℃，根据国标GB/T 6803-2008《铁素体钢的无塑性转变温度落锤试验方法》测试焊缝金属的NDT结果，裂纹源焊道缺口位置位于焊缝中心，试样型号为P-2。

测试结果如表2-4所示。

表2 本发明实施例的熔敷金属化学成分（质量分数，%）

表3 本发明实施例的熔敷金属、对接接头力学性能

由以上结果可知，本发明的一种用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝，焊接工艺良好，力学性能优良，尤其是低温韧性优异，可用于海洋工程、桥梁建设等领域460MPa级高强钢板的焊接。

Claims

1.一种用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝，其特征在于：包括如下组分：按照质量百分比计，C：0.04%-0.12%、Mn：0.9%-1.4%，Si：0.4%-0.8%，Ni：0.8%-1.1%，Mo：0.08%-0.2%，Ti：0.02%-0.05%，B：0.0015%-0.0030%，Cu：0.20%-0.25%，Al≤0.01%，S≤0.010%，P≤0.020%，O≤0.005%，N≤0.005%，Ce：0.0050%-0.010%，余量为铁粉和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝，其特征在于：所述焊丝中Ti和B的质量比为10~20。

3. 如权利要求1所述的用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝，其特征在于：按照质量百分比计，C：0.08%、Mn： 1.27%，Si：0.71%，Ni： 1.06%，Mo：0.1%，Ti：0.03%，B：0.0026%，Cu：0.22%，Al：0.0079%，S：0.0058%，P：0.012%，O：0.0018%，N：0.00:08%，Ce：0.0072%，余量为铁粉和不可避免的杂质。

4.如权利要求1所述的用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝，其特征在于：按照质量百分比计，C：0.04%、Mn：0.9%，Si：0.4%，Ni：0.8%，Mo：0.08%，Ti：0.02%，B：0.0030%，Cu：0.25%，Al：0.01%，S：0.010%，P：0.020%，O：0.005%，N：0.005%，Ce：0.0050%，余量为铁粉和不可避免的杂质。

5.如权利要求1所述的用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝，其特征在于：按照质量百分比计，C：0.12%、Mn：1.4%，Si：0.8%，Ni：1.1%，Mo：0.2%，Ti：0.05%，B：0.0015%，Cu：0.20%，Al：0.005，S≤0.005%，P≤0.01%，O≤0.002%，N≤0.002%，Ce：0.0050%，余量为铁粉和不可避免的杂质。

6.一种如权利要求1所述的用于屈服强度460MPa钢的气保护实心焊丝的制备方法，其特征在于：按照质量百分比取各组分，经钢锭冶炼、轧制盘条、盘条退火、拉拔减径、精拉和镀铜工序最终获得Φ1.2mm成品焊丝。