CN108941972A - 抗震耐蚀耐火建筑结构钢用460MPa级气体保护焊丝 - Google Patents

Abstract

一种抗震耐蚀耐火建筑结构钢用460MPa级气体保护焊丝,属于焊接材料技术领域。化学元素质量百分比含量为：C：0.02‑0.14％，Si：0.41‑1.00％，Cr：0.10‑0.90％，Ni：0.10‑3.0％，Cu：0‑0.70％，Mn：0.50‑1.80％，Mo：0.20‑0.59％，Ti：0‑0.12％，V：0‑0.08％，Mg：0‑0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质。所形成的焊缝金属的屈服强度为410‑590MPa，抗拉强度而为450‑620MPa，延伸率A为21‑26％，断面收缩率为60‑71％。焊缝金属高温屈服强度为320‑438MPa；并且具有高的低温冲击韧性。

Description

抗震耐蚀耐火建筑结构钢用460MPa级气体保护焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，特别是涉及一种抗震耐蚀耐火建筑结构钢用460MPa级气体保护焊丝。

背景技术

随着钢铁材料成本下降，产品质量的提高，越来越多的高层建筑设计采用钢结构框架。我国的建筑钢结构也获得了迅速的发展。钢结构作为建筑的重要结构形式，成为建筑发展的方向。特别是近年来中国的超高层建筑不断增多，建筑火灾及其逃生成为了一项重大挑战，成为钢结构建筑的发展障碍。

常规钢结构存在耐火极限低，在火灾时易软化而失去基本的承载能力。测试结果表明，火灾现场的温度很快就可达500-1100℃。普通建筑用钢在 350℃以上高温时，其屈服强度迅速下降至室温屈服强度的2/3以下。可见，建筑物钢在高温状态下其强度就会降低，甚至失去承载能力，致使建筑物倒塌而造成人员伤亡和财产损失，不能满足钢结构高层建筑的设计要求。

由此，建筑用耐火钢在近年来得到发展。耐火钢具有较好的高温强度，一般是在常温下承载，在遇到火灾600℃左右下保持(3-4h)后，其强度不低于室温设计强度的2/3，以保证建筑结构的安全性，属于高强度低合金结构用钢。此外，建筑用耐火钢除了具有良好的高温强度外，还必须具备普通建筑结构用钢的良好的塑韧性、焊接性和抗震性、加工成型性等等。

由于在建筑钢结构施工中，对于钢构件的组合连接大规模使用焊接技术，因此需要开发与建筑用耐火钢的合金元素含量和力学性能相匹配的焊接材料。在钢结构建筑现场施工和大型钢结构预制件制造中，气体保护焊因其在焊接效率、焊缝质量等方面的优越性被广泛使用。其力学性能，特别是高温性能也同样需要达到建筑用耐火钢的性能，即在遇到火灾600℃左右下保持(3-4)后，其强度不低于室温设计强度的2/3，以保证建筑结构的安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低合金高强钢用气体保护焊。采用该焊丝焊接形成的焊缝金属兼具有较高的室温强度和高温强度，同时采用该焊丝焊接形成的焊缝金属还具有良好的抗裂性能、较好的焊接性能以及优良的塑性。为实现上述发明目的，本发明其化学元素质量百分比含量为：

C：0.02-0.14％，Si：0.41-1.00％，Cr：0.10-0.90％，Ni：0.10-3.0％， Cu：0-0.70％，Mn：0.50-1.80％，Mo：0.20-0.59％，Ti：0-0.12％，V：0-0.08％， Mg：0-0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明中不可避免的杂质除了P与S元素之外，还包括Al、O和H元素，作为不可避免的杂质元素，P与S均对焊缝金属的塑韧性能有害，这些杂质元素的含量应当越低越好。因此，其含量要严格控制，在本发明的技术方案中可以将Al+S+P+O+N控制在≤0.15

本发明各化学元素的限定理由分别叙述如下：

Mo：用于提高焊缝金属室温和高温强度。Mo是硬化元素，也是中强碳化物形成元素，可有效提高合金强度。此外，Mo可推迟先共析铁素体的转变，并强烈抑制珠光体转变，促进针状铁素体形成。Mo含量在0-1.1％之间变化时，焊缝组织为针状铁素体、先共析铁素体和侧板条铁素体，韧性和强度同时增加，但也促进了M-A组元和贝氏体形成，同时强屈比和延伸率下降。本发明控制Mo含量为0.2-0.59wt.％。

V：用于提高焊缝金属室温和高温强度。可以提高过冷奥氏体的稳定性，使得材料的相变温度降低，以细化奥氏体晶粒，增加奥氏体晶界，从而促进铁素体和贝氏体形核，达到细化二次组织，改善组织形态及亚结构的作用。V在高温下有较强的析出强化作用，可以提高高温强度。在本发明所述焊丝中，需要控制V含量为0-0.08wt.％。

Cu：用于提高焊缝金属室温和高温强度。随着铜含量的增加，焊缝金属的强度因固溶强化的作用而逐渐增加。在高温下主要起到析出强化作用。同时添加一定的Cu元素可以有效地防止氢脆的发生，对于高强焊丝钢来说是很重要的有益作用。本发明中的Cu的质量百分比含量设定为 0-0.7％wt.％。

Mg：用于提高高输入焊接条件下焊缝金属的韧性。同时，Mg还可以减小夹杂物与钢液润湿角，达到夹杂物细化的作用。在本发明中Mg含量为 0-0.08wt.％。

C：焊缝金属强度保障的重要因素，随C含量的增加，屈服强度和抗拉强度升高，但过高的C含量将促进高碳马氏体形成，严重危害焊缝金属韧性降低和抗裂性能。因此，本发明在保障强度、韧性和抗裂性能的前提下，将C含量控制为0.02-0.14wt.％。

Si：在焊接过程能保障焊缝金属充分脱氧，避免其他氧化物夹杂形成。此外Si还可以增加焊缝金属的强度，但当焊缝金属中Si含量大于0.6％时会严重影响焊缝金属韧性。为此，本发明控制焊丝中Si含量在 0.41-1.00wt.％。

Cr：Cr元素具有有效提高焊缝金属的耐蚀性的作用。同时，Cr可以提高焊缝金属的淬透性，从而提高其强度。一定含量的Cr元素可以起到细化铁素体晶粒的作用，从而增加焊缝金属二次组织的强韧性。但是含量过高的Cr会降低焊缝金属的韧性，也会增加焊缝金属冷裂纹敏感性。鉴于此，本发明的技术方案中的Cr含量控制为0.1-0.9wt.％。

Ni：一方面能保障焊缝金属的强度，另一方面能提高焊缝金属低温韧性。Ni可无限固溶于γ-Fe中，是扩大γ相区的元素，添加Ni能促进针状铁素体的形成，提高焊缝金属韧性。本发明将Ni含量定为0.1-3.0wt.％。

Mn：具有良好的脱氧和脱硫作用，同时也是保证强度的主要合金元素之一，其强化作用仅次于C元素。添加Mn元素能有效降低相变温度。但过高的Mn含量将导致淬透性大幅提升，马氏体含量增加，不利于低温韧性和抗裂性能。本发明将焊丝中的Mn含量控制为0.5-1.8wt.％。

Ti：脱氧元素且与N有很强的亲和力。Ti与奥氏体中N反应生成TiN 颗粒，可作为针状铁素体的形核核心，能有效阻止晶粒长大，提高焊缝金属低温韧性。本发明将Ti含量控制为0-0.12wt.％

其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明焊丝制备采用行业内通用的常规生产制造工艺，没有特定要求。采用适当比例的原材料经冶炼获得所需的目标合金成分，浇铸成钢锭，并经锻造、热轧、拔丝、表面处理、缠轴、包装等工序，得到成品焊丝。

采用本发明所述的焊丝进行气体保护焊接后，所形成的焊缝金属的屈服强度为410-590MPa，抗拉强度而为450-620MPa，延伸率A为21-26％，断面收缩率为60-71％。焊缝金属高温屈服强度为320-438MPa。并且具有高的低温冲击韧性。因此，本发明所述的焊丝能够广泛地应用于460MPa 级及以上的超高强度钢材的气体保护焊接。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的埋弧焊丝，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。表1显示了本案实施例中的焊丝的化学成分质量百分配比。

表1本案实施例中的焊丝的化学成分质量百分配比(wt.％)余量Fe

	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	Cu	Ti	V	Mg
											1	0.06	1	0.66	0.10	0.50	0.32	0.54	0.05	0.07	0.04
2	0.12	0.65	0.57	0.85	0.59	0.48	0.31	0.11	0.06	0.01
											3	0.10	0.49	1.35	0.45	0.29	2.08	0.47	0.09	0.03	0.02
4	0.14	0.95	0.50	0.35	0.55	0.97	0.59	0.01	0.08	0.07
											5	0.02	0.57	1.80	0.78	0.2	1.64	0.26	0.08	0	0.03
6	0.08	0.41	0.89	0.29	0.35	2.98	0.48	0.12	0.05	0
											7	0.04	0.80	1.02	0.90	0.45	1.04	0.33	0.04	0.04	0.05
8	0.11	0.72	1.67	0.58	0.40	0.10	0.51	0.06	0.02	0.06

本发明的实施例中的焊丝采用下列步骤制得：冶炼，精炼，铸造，热轧，缓冷，吐丝成盘条，酸洗，粗拉拔，热处理，细拉拔。这些步骤基本为焊丝制造领域的常用步骤，因此本技术方案对于这些制造步骤不再进行详细描述。只是其中的热处理步骤不同于现有技术，且其与本案的实施效果密切相关。在本技术方案中，热处理温度为680-720℃，且冷却过程为缓冷，冷却时间为5小时。

板厚20mm的低合金高强钢板，坡口形式为45°单面V型，间隙为16mm，采用实施例中焊丝进行焊接，焊接不预热，其中实施例1-4采用100％CO₂作为保护气，5-8采用80％Ar+20％CO₂作为保护气体，层间温度控制在150℃之间，焊接热输入控制为20kJ/cm，在母材上进行多层多道焊接，保证焊缝全熔透。焊接后，对焊缝金属分别进行全元素光谱分析、纵向拉伸试验 (室温、600℃)。

表2列出了本案实施例1-8中的焊丝经气体保护焊接后所获得焊缝金属的拉伸力学性能。

表2焊缝金属的拉伸力学性能

由表可以看出，采用上述实施例中的焊丝进行气体保护焊接后所获得焊缝金属的屈服强度，在600℃、持续3小时后仍然能保持较高的拉伸强度，由此说明了本发明的焊丝的具有较高的室温和高温性能，由此说明本发明的焊丝能够与建筑用耐火高强度钢材相匹配，是一种适用于建筑领域的气体保护焊接材料。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种抗震耐蚀耐火建筑结构钢用460MPa级气体保护焊丝，其特征在于，化学元素质量百分比含量为：C：0.02-0.14％，Si：0.41-1.00％，Cr：0.10-0.90％，Ni：0.10-3.0％，Cu：0-0.70％，Mn：0.50-1.80％，Mo：0.20-0.59％，Ti：0-0.12％，V：0-0.08％，Mg：0-0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的气体保护焊丝，其特征在于，Al+S+P+O+N控制在≤0.15％。

3.根据权利要求1所述的气体保护焊丝，其特征在于，所形成的焊缝金属的屈服强度为410-590MPa，抗拉强度而为450-620MPa，延伸率A为21-26％，断面收缩率为60-71％，焊缝金属高温屈服强度为320-438MPa。