CN108971797A - 一种硅钢激光填丝焊接用焊丝及其制备方法和焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅钢激光填丝焊接用焊丝及其制备方法和焊接方法，焊丝包括按重量百分比计的如下成分：C：0.03～0.10％；Si：＜0.50％；Mn：1.50～2.50％；P＜0.015％；S＜0.010％；Ti：0.05～0.15％；B：0.005～0.015％；Ni：1.0～3.0％；余量为Fe。该硅钢激光填丝焊接用焊丝具有良好的电弧稳定性的同时又具有优异的冲击韧性，焊缝金属0℃冲击韧性大于100J，焊缝金属强韧性匹配良好，具有高强、高韧性的突出特点，并且抗气孔性能优良，焊缝成型美观，连接强度高，可有效降低硅钢焊缝的断带率。

Description

一种硅钢激光填丝焊接用焊丝及其制备方法和焊接方法

技术领域

本申请属于焊接技术领域，具体涉及一种硅钢激光填丝焊接用焊丝及其制备方法和焊接方法。

背景技术

硅钢生产过程中为提高生产效率和成材率，需将各卷钢带的末端与后续带钢的头部焊接起来形成焊缝，然后进行连续热处理，整条热处理生产线长度超过1000米，须经过多次正弯、反弯和矫直过程，对焊缝质量要求很高，热处理过程中如有断裂，后续卷钢全部报废，损失巨大，并严重影响生产效率。

激光填丝焊具有速度快、效率高、焊缝质量好的特点，已成功用于带钢连轧生产线前后板带的连接，但在冷轧硅钢带时，硅含量较高，向焊缝金属中过渡含量较多，导致焊缝的塑形和韧性降低，并产生较大的焊缝应力，致使焊缝的机械性能与母材相比有一定的差距，特别是抗弯曲强度显著下降。常常在激光焊接的硅钢卷的焊缝处发生断带，严重影响生产效率，因此用于硅钢带激光填丝焊的焊丝必须严格控制。

目前国内硅钢激光填丝焊用焊丝在焊接时易出现气孔，焊接飞溅大，焊缝成型差，且焊后焊缝性能较差，硅钢连续生产时断带率较高，限制了硅钢连续生产的效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种激光填丝焊接用的低合金钢高韧性实心焊丝，解决了目前用的硅钢激光填丝焊断带率较高的问题。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种硅钢激光填丝焊接用焊丝，所述焊丝包括按重量百分比计的如下成分：C：0.03～0.10％；Si：＜0.50％；Mn：1.50～2.50％；P＜0.015％；S＜0.010％；Ti：0.05～0.15％；B：0.005～0.015％；Ni：1.0～3.0％；余量为Fe。

进一步地，所述焊丝中成分Ti和成分B含量的重量百分比为Ti：B＝10:1～8:1。

基于同样的发明构思，本发明同时提供了一种上述硅钢激光填丝焊接用焊丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备盘条：

(1-1)转炉冶炼：采用转炉炼钢，将脱硫铁水装入转炉中，控制入炉铁水硫含量小于0.010％，进行铁水的冶炼处理，在冶炼终点时将C含量控制在0.03～0.10％、S含量控制在0.010％、P含量控制在＜0.015％，对所述铁水进行脱氧处理，随后出钢；

(1-2)LF炉精炼：通过LF炉精炼出钢的钢水，冶炼出合格钢水，所述合格钢水包括按重量百分比计的如下成分：C：0.03～0.10％；Si：＜0.50％；Mn：1.50～2.50％；P＜0.015％；S＜0.010％；Ti：0.05～0.15％；B：0.005～0.015％；Ni：1.0～3.0％；余量为Fe；

(1-3)连铸：对所述合格钢水进行全保护浇铸，得到连铸坯；

(1-4)轧制：将所述连铸坯经轧制制成所述盘条；

(2)将所述盘条制备为成品焊丝。

进一步地，步骤(1-1)中，所述进行铁水的冶炼处理，包括：采用顶底复合吹炼工艺进行铁水的冶炼处理。

进一步地，步骤(1-2)中，所述通过LF炉精炼钢水，包括：通过LF炉采用炉外精炼工艺精炼钢水。

进一步地，步骤(1-4)中，所述将所述连铸坯经轧制制成所述盘条，包括：将所述连铸坯经高速无扭轧机轧制制成所述盘条。

进一步地，所述盘条的直径为5.0mm～6.0mm。

进一步地，步骤(2)中，所述将所述盘条制备为成品焊丝，包括：将所述盘条经剥壳、酸洗、涂硼砂、拔丝、镀铜后，得到成品焊丝，所述成品焊丝的直径为0.6mm～1.0mm。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种硅钢激光填丝焊接方法，包括如下步骤：

使用焊丝进行激光填丝焊接，激光的功率为5.5～12.0KW，焊接速度为2.5米/分钟～7.5米/分钟，所述焊丝的填充速度为3.5米/分钟～7.8米/分钟，在所述激光填丝焊接过程中采用Ar和CO₂混合而成的富氩混合气体对焊缝进行保护冷却；

所述焊丝包括按重量百分比计的如下成分：C：0.03～0.10％；Si：＜0.50％；Mn：1.50～2.50％；P＜0.015％；S＜0.010％；Ti：0.05～0.15％；B：0.005～0.015％；Ni：1.0～3.0％；余量为Fe。

进一步地，所述富氩混合气体包括按体积百分比计的80％Ar和20％CO₂。

由上述技术方案可知，本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝，内部成分包括Fe、C、Si、Mn、P、S、Ti、B和Ni，焊丝中各成分的作用如下：

C是确保焊缝金属强度的主要元素，但过高的C元素会引起飞溅，影响焊丝的工艺性能，同时还会促进高碳马氏体的形成，影响焊缝金属的冲击韧性。本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝中，C含量控制在0.03～0.10％范围内，控制碳元素在该范围内可确保焊丝的焊接工艺性能和焊缝强韧性。

Si是脱氧元素，也起到固溶强化的作用。Si能增加焊缝金属的强度，但使焊缝金属的韧性下降。焊丝中Si含量偏低，脱氧不充分，影响焊缝的低温冲击韧性；Si含量过高，促使焊缝金属硬化，降低焊缝金属的低温韧性，同时焊接飞溅增加，焊丝工艺性能下降。焊丝中含有适量的Si，既可减少焊缝中非金属夹杂物，又可改善焊缝金属的冲击韧性，由于硅钢本身含有较多的Si，本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝中，Si含量控制在＜0.50％。

Mn是焊缝金属的强化元素，又是脱氧元素，焊丝中须有足够的Mn含量才能达到脱氧效果。Mn是奥氏体稳定化元素，焊丝中加Mn不仅能提高焊缝金属针状铁素体的体积分数，减少先共析铁素体数量，同时还易得到低碳贝氏体组织。本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝中，Mn含量控制在1.50～2.50％范围内，锰含量的增加既可提高钢材韧性，又可提高钢材强度。

Ni是奥氏体稳定化元素，Ni无限固溶于γ-Fe，在焊缝金属中也起固溶强化作用，能增加针状铁素体析出，细化组织。在焊缝金属的整个冷却速度范围内，Ni都可以使相变温度降低，并使侧板条铁素体开始转变温度降低程度明显大于针状铁素体开始转变温度降低程度。在焊缝金属中含有Mn时，Ni的这种效果更有利于针状铁素体的形成。本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝中，Ni含量控制在1.0～3.0％范围内，与含量1.50～2.50％的Mn成分配合，更有利于针状铁素体的形成。

Ti作为微合金元素加入，本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝中，Ti含量控制在0.05～0.15％范围内，加入微量的Ti与硅钢中的N形成TiN颗粒，有效阻止焊缝金属的晶粒长大，细化晶粒，Ti还能减少先共析铁素体形成，增加针状铁素体含量。

B作为微合金元素加入，加入微量的B易于在奥氏体晶界处偏聚，阻止铁素体在晶界的优先形核，从而造成奥氏体分解的孕育期增长，抑制晶界铁素体和先共析铁素体的形成。如果B偏聚到奥氏体晶界与硅钢中C、N、O等结合，则将失去这一作用。本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝中，B含量控制在0.005～0.015％范围内，与含量0.05～0.15％的Ti成分配合，添加合金元素Ti来固定杂质元素O、N，从而使B处于固溶态，并偏聚于晶界以发挥其长处，保证B元素的有利作用，减少有害作用。

S、P是有害元素，严重恶化焊缝的性能，主要表现在降低上平台韧性和提高韧脆转变温度，导致氢致开裂。在含量相同的情况下，S的有害作用4倍于P。因此焊缝中要严格控制S、P的含量，尤其是S的含量，限制它们的危害作用。本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝中，S含量控制在＜0.010％范围内，P含量控制在＜0.015％范围内。

与现有技术相比，本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝，为低合金钢高韧性实心焊丝，其具有良好的电弧稳定性的同时又具有优异的冲击韧性，焊缝金属0℃冲击韧性大于100J，焊缝金属强韧性匹配良好，具有高强、高韧性的突出特点，并且抗气孔性能优良。

采用本发明提供的硅钢激光填丝焊接方法进行激光填丝焊接，其焊丝的焊接工艺性能优良，焊缝金属具有良好韧性，可有效降低硅钢焊缝的断带率，和采用其它焊丝进行激光填丝焊接相比，本发明具有较好的市场竞争力。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

本发明实施例提供了一种硅钢激光填丝焊接用焊丝，包括按重量百分比计的如下成分：C：0.03～0.10％；Si：＜0.50％；Mn：1.50～2.50％；P＜0.015％；S＜0.010％；Ti：0.05～0.15％；B：0.005～0.015％；Ni：1.0～3.0％；余量为Fe。其中成分Ti和成分B含量的重量百分比为Ti：B＝10:1～8:1。

上述硅钢激光填丝焊接用焊丝具有良好的电弧稳定性的同时又具有优异的冲击韧性，焊缝金属0℃冲击韧性大于100J，焊缝金属强韧性匹配良好，具有高强、高韧性的突出特点，并且抗气孔性能优良。下面结合几个应用实例对该硅钢激光填丝焊接用焊丝进行详细描述。

实施例1：

一种硅钢激光填丝焊接用焊丝，包括按重量百分比计的如下成分：C：0.05％；Si：0.20％；Mn：1.80％；P：0.010％；S：0.007％；Ti：0.10％；B：0.011％；Ni：1.7％；余量为Fe。其中成分Ti和成分B含量的重量百分比为Ti：B≈9.09:1。

实施例2：

一种硅钢激光填丝焊接用焊丝，包括按重量百分比计的如下成分：C：0.04％；Si：0.40％；Mn：2.20％；P：0.011％；S：0.006％；Ti：0.08％；B：0.008％；Ni：2.1％；余量为Fe。其中成分Ti和成分B含量的重量百分比为Ti：B＝10:1。

实施例3：

一种硅钢激光填丝焊接用焊丝，包括按重量百分比计的如下成分：C：0.08％；Si：0.35％；Mn：1.50％；P：0.013％；S：0.006％；Ti：0.06％；B：0.007％；Ni：1.2％；余量为Fe。其中成分Ti和成分B含量的重量百分比为Ti：B≈8.57:1。

实施例4：

一种硅钢激光填丝焊接用焊丝，包括按重量百分比计的如下成分：C：0.10％；Si：0.10％；Mn：2.40％；P：0.004％；S：0.005％；Ti：0.15％；B：0.015％；Ni：2.8％；余量为Fe。其中成分Ti和成分B含量的重量百分比为Ti：B＝10:1。

实施例5：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种硅钢激光填丝焊接用焊丝的制备方法，用于制备上述实施例1至实施例4的硅钢激光填丝焊接用焊丝，包括如下步骤：

(1)制备盘条：

(1-1)转炉冶炼：采用转炉炼钢，将脱硫铁水装入转炉中，控制入炉铁水硫含量小于0.010％，铁水原材料应选用S、P含量较低的；

采用顶底复合吹炼工艺进行铁水的冶炼处理，在冶炼终点时将C含量控制在0.03～0.10％、S含量控制在0.010％、P含量控制在＜0.015％，C、S、P含量优选低位，如C含量控制在0.03～0.06％、S含量控制在0.006％、P含量控制在＜0.010％；

对铁水进行脱氧合金化处理，随后出钢；

(1-2)LF炉精炼：通过LF炉采用炉外精炼工艺精炼钢水，冶炼出合格钢水，合格钢水包括按重量百分比计的如下成分：C：0.03～0.10％；Si：＜0.50％；Mn：1.50～2.50％；P＜0.015％；S＜0.010％；Ti：0.05～0.15％；B：0.005～0.015％；Ni：1.0～3.0％；余量为Fe；

(1-3)连铸：采用连铸机对合格钢水进行全保护浇铸，得到连铸坯；

(1-4)轧制：将连铸坯经高速无扭轧机轧制制成盘条，盘条的直径为5.0mm～6.0mm，优选5.5mm；

(2)将盘条经剥壳、酸洗、涂硼砂、拔丝、镀铜后，得到成品焊丝，成品焊丝的直径为0.6mm～1.0mm，优选0.8mm。

本实施例中未详述部分内容为现有技术中已有的技术。

实施例6：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种硅钢激光填丝焊接方法，包括如下步骤：

采用上述实施例1至实施例4的硅钢激光填丝焊接用焊丝进行激光填丝焊接，使用激光焊机进行焊接，激光焊机的激光功率为5.5～12.0KW，焊接速度为2.5米/分钟～7.5米/分钟，焊丝的填充速度为3.5米/分钟～7.8米/分钟，本实施例中激光功率为9.0KW，焊接速度为5.0米/分钟，焊丝的填充速度为5.5米/分钟，激光功率、焊接速度与焊丝的填充速度呈正相关。在激光填丝焊接过程中采用Ar和CO₂混合而成的富氩混合气体对焊缝进行保护冷却，本实施例中该富氩混合气体包括按体积百分比计的80％Ar和20％CO₂。

经实测，焊接过程中焊接飞溅小，电弧稳定性和全位置操作性良好，焊缝成型美观，焊丝的焊接工艺性能优良。采用GB/229-2007及GB228-2002标准测得其熔敷金属的力学性能指标为：

抗拉强度σb：650～720MPa；屈服强度σ0.2：500～600MPa；延伸率δ5：25～35％；冲击吸收功Akv(0℃)：120～200J。

通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

1)本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝，为低合金钢高韧性实心焊丝，通过合理的成分组成以及配比，使其具有良好的电弧稳定性的同时又具有优异的冲击韧性，焊缝金属0℃冲击韧性大于100J，焊缝金属强韧性匹配良好，具有高强、高韧性的突出特点，并且抗气孔性能优良。

2)本发明提供的硅钢激光填丝焊接用焊丝，其组分中Ti和B的比例为10:1～8:1，合金元素Ti固定杂质元素O、N可以达到最佳效果，从而使B处于固溶态，并偏聚于晶界以发挥其长处，保证B元素的有利作用，减少有害作用，焊丝熔敷金属的性能最好。

3)采用本发明提供的硅钢激光填丝焊接方法进行激光填丝焊接，其焊丝的焊接工艺性能优良，焊接过程中焊接飞溅小，电弧稳定性和全位置操作性良好，焊缝成型美观，焊缝金属具有良好韧性，可有效降低硅钢焊缝的断带率，和采用其它焊丝进行激光填丝焊接相比，本发明具有较好的市场竞争力。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种硅钢激光填丝焊接用焊丝，其特征在于，所述焊丝包括按重量百分比计的如下成分：C：0.03～0.10％；Si：＜0.50％；Mn：1.50～2.50％；P＜0.015％；S＜0.010％；Ti：0.05～0.15％；B：0.005～0.015％；Ni：1.0～3.0％；余量为Fe。

2.如权利要求1所述的硅钢激光填丝焊接用焊丝，其特征在于：所述焊丝中成分Ti和成分B含量的重量百分比为Ti：B＝10:1～8:1。

3.一种权利要求1或2所述硅钢激光填丝焊接用焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备盘条：

(1-1)转炉冶炼：采用转炉炼钢，将脱硫铁水装入转炉中，控制入炉铁水硫含量小于0.010％，进行铁水的冶炼处理，在冶炼终点时将C含量控制在0.03～0.10％、S含量控制在0.010％、P含量控制在＜0.015％，对所述铁水进行脱氧处理，随后出钢；

(1-2)LF炉精炼：通过LF炉精炼出钢的钢水，冶炼出合格钢水，所述合格钢水包括按重量百分比计的如下成分：C：0.03～0.10％；Si：＜0.50％；Mn：1.50～2.50％；P＜0.015％；S＜0.010％；Ti：0.05～0.15％；B：0.005～0.015％；Ni：1.0～3.0％；余量为Fe；

(1-3)连铸：对所述合格钢水进行全保护浇铸，得到连铸坯；

(1-4)轧制：将所述连铸坯经轧制制成所述盘条；

(2)将所述盘条制备为成品焊丝。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1-1)中，所述进行铁水的冶炼处理，包括：采用顶底复合吹炼工艺进行铁水的冶炼处理。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1-2)中，所述通过LF炉精炼钢水，包括：通过LF炉采用炉外精炼工艺精炼钢水。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1-4)中，所述将所述连铸坯经轧制制成所述盘条，包括：将所述连铸坯经高速无扭轧机轧制制成所述盘条。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述盘条的直径为5.0mm～6.0mm。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述将所述盘条制备为成品焊丝，包括：将所述盘条经剥壳、酸洗、涂硼砂、拔丝、镀铜后，得到成品焊丝，所述成品焊丝的直径为0.6mm～1.0mm。

9.一种硅钢激光填丝焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

使用焊丝进行激光填丝焊接，激光的功率为5.5～12.0KW，焊接速度为2.5米/分钟～7.5米/分钟，所述焊丝的填充速度为3.5米/分钟～7.8米/分钟，在所述激光填丝焊接过程中采用Ar和CO₂混合而成的富氩混合气体对焊缝进行保护冷却；

所述焊丝包括按重量百分比计的如下成分：C：0.03～0.10％；Si：＜0.50％；Mn：1.50～2.50％；P＜0.015％；S＜0.010％；Ti：0.05～0.15％；B：0.005～0.015％；Ni：1.0～3.0％；余量为Fe。

10.如权利要求9所述的硅钢激光填丝焊接方法，其特征在于：所述富氩混合气体包括按体积百分比计的80％Ar和20％CO₂。