CN109807493B

CN109807493B - 一种超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝及其应用

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Publication number: CN109807493B
Application number: CN201811392414.8A
Authority: CN
Inventors: 卢伟; 韩海峰; 张志刚
Original assignee: Wuhan Temo Welding Consumables Co ltd
Current assignee: Wuhan Temo Welding Consumables Co ltd
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2038-11-21
Also published as: CN109807493A

Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，包括按质量百分含量计的如下组分：C：0.08～0.12%，Si：0.70～0.90%，Mn：1.65～1.85%，Cr：0.45～0.65%，Ni：2.3～2.5%，Mo：0.40～0.70%，Ti：0.08～0.15%，Zr：0.04～0.08%，Nb：0.05～0.10%，B：0.004～0.006%，S：0.005～0.015%，P≤0.010%，余量为铁和不可避免的杂质。本发明还提供上述气体保护实心焊丝的应用，其用于抗拉强度960MPa级别的超高强度工程机械钢板的焊接。采用本发明提供的实心焊丝焊接形成的焊缝具有低温冲击韧性好，屈强比低，强度高，成型美观等优点；且焊接飞溅小，焊接工艺性能优良；采用富氩（80%Ar+20%CO₂）气体保护焊接，其熔敷金属的屈强比≤0.9，适用于抗拉强度960MPa级别的Q890等超高强度工程机械钢板的焊接。

Description

一种超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝及其应用

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种具有良好的低温冲击韧性、低屈强比的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝。

背景技术

随着微合金化技术的开发和冶金工艺技术的进步，由于环保和节能的需求，工程机械制造行业的轻量化发展趋势越演越烈，越轻便的机械，能耗越低，从而达到环保和节能的需求。因此，各种高强度钢，超高强度钢应运而生。这些钢材的研发和使用，推动了科技的进步，也符合了时代的需求。

但是强度越高，钢材的韧性越低，塑性得不到有效保证，从而使得工程机械的安全性越来越不能得到保证；特别是超高强钢（960MPa级及以上），其屈强比（屈服强度和抗拉强度的比值）基本上都近乎接近1了，这样的钢材应用到工程机械上是不安全的，这种状况限制了超高强度钢的使用和发展。公开号为CN106141492A的发明专利公开一种高强焊丝，但是其抗拉强度985MPa，屈服强度955MPa，其屈强比为0.97，其在-40℃低温冲击均值仅63J，塑性不高，韧性不够，这两点使得该焊丝在工程机械制造上存在很大的安全隐患。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有良好的低温冲击韧性、低屈强比的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，在保证焊缝足够的抗拉强度的基础上，通过焊丝成分配方设计调整，稳定其焊缝力学性能，并降低其屈强比，增加焊缝塑性和低温韧性，从而达到提高工程机械制造安全性的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，包括按质量百分含量计的如下组分：C：0.08～0.12%，Si：0.70～0.90%，Mn：1.65～1.85%，Cr：0.45～0.65%，Ni：2.3～2.5%，Mo：0.40～0.70%，Ti：0.08～0.15%，Zr：0.04～0.08%，Nb：0.05～0.10%，B：0.004～0.006%，S：0.005～0.015%，P≤0.010%，余量为铁和不可避免的杂质。

优选的，所述超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝包括按质量百分含量计的如下组分：C：0.095%，Si：0.77%，Mn：1.80%，Cr：0.45%，Ni：2.4%，Mo：0.45%，Ti：0.12%，Zr：0.06%，Nb：0.08%，B：0.006%，S：0.010%，P≤0.005%，余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，所述气体保护实心焊丝中，Mn的质量百分含量与Ni的质量百分含量之积为4.1*10^-4～4.3*10^-4。

进一步地，所述气体保护实心焊丝的横截面直径为1.16~1.20mm。

本发明还提供上述超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝的应用，所述气体保护实心焊丝用于抗拉强度960MPa级别的超高强度工程机械钢板的焊接。

进一步地，所述气体保护实心焊丝在焊接时，采用80%Ar+20%CO₂的富氩气体保护。

进一步地，所述气体保护实心焊丝的焊接条件为：焊接电流260~280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min。

本发明的一种具有良好的低温冲击韧性、低屈强比的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝的设计原理如下：

在本发明的焊丝组分总中，焊丝中的C是需要严格控制的元素之一，当焊丝中的C含量超过0.12%时，C元素的增加在焊接过程中使得焊缝的抗拉强度和屈服强度均升高，屈强比升高，且焊缝中的低碳贝氏体含量降低，从而造成焊缝塑性和韧性的不足，屈强比超标；当焊丝中的C含量低于0.08%时，抗拉强度不能满足焊缝的需求。

Mn在焊缝中主要起脱氧作用，保证焊缝质量，同时，适量的Mn和Ni比例，即Mn*Ni控制在4.1*10^-4～4.3*10^-4之间，使得焊缝中的针状铁素体和高密度位错的低碳贝氏体组织增加，提高了焊缝的低温冲击韧性。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。在本焊丝成分中，Mn含量超过1.85%时，容易造成Mn偏析，在偏析区易产生M-A岛状组织，从而降低焊缝金属的韧性；Mn含量低于1.65%时，在本发明中使得焊缝的针状铁素体较少，焊缝中出现非金属夹杂物，导致焊缝低温冲击韧性不足。

Si与Mn联合脱氧，保证焊缝的纯净度。Si含量超过0.9%时，焊缝屈强比超高，焊缝塑性降低；Si含量低于0.7%时，在本发明中焊缝抗拉强度较低，不满足性能需求。

Cr、Ni和Mo在本发明中，主要起联合提高焊缝的强度和低温冲击韧性的作用。其中Cr含量高于0.65%，焊缝强度太高，其低温冲击性能很低，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；而Cr含量低于0.45%时，焊缝抗拉强度不能满足超高强钢的要求。

Ni主要是降低焊缝脆性转变问题，提高焊缝的低温冲击性能。其中Ni含量高于2.5%时，焊缝中Mn、Ni比例失调，导致焊缝低温冲击值下降；Ni含量低于2.3%时，焊缝低温冲击韧性不足。

Mo主要配合Ni和Cr等元素联合提高焊缝的强度和低温冲击韧性，细化晶粒，当Mo含量超过0.7%时，容易造成焊缝开裂；当Mo含量低于0.4%时，焊缝低温冲击韧性和抗拉强度不足。

适量的Ti主要起稳弧的作用，当Ti含量大于0.15%，铁水较粘，盘条外观质量差，焊丝生产过程不顺畅；当Ti含量低于0.08%时，焊接过程中的飞溅过大。

适量的硼主要与Ti元素配合，提高焊缝的低温冲击性能。

S、P作为杂质元素，应控制在合理范围内，当焊丝中P>0.010%时，S>0.015%时，焊丝的焊接性能将会大大降低。但是当焊丝中S含量低于0.005%时，焊接过程中的铁水较粘，焊缝成型差。

Zr主要是增加焊缝中的低碳贝氏体的形成，提高焊缝的低温冲击韧性。当Zr含量大于0.08%时，焊缝容易开裂；当Zr含量低于0.04%时，焊缝韧性较低。

Nb主要是与B、Mo等元素配合，调整焊缝的屈服强度，将屈强比控制在合适的范围。当Nb含量大于0.10%时，屈强比太高，当Nb含量低于0.05%时，焊缝屈服强度不达标。

本发明的实心焊丝经过电炉冶炼，轧制，拉丝，镀铜，层绕等工序制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）采用本发明提供的实心焊丝焊接形成的焊缝具有低温冲击韧性好，屈强比低，强度高，成型美观等优点；且焊接飞溅小，焊接工艺性能优良；

（2）本发明提供的实心焊丝采用富氩（80%Ar+20%CO₂）气体保护焊接，其熔敷金属的屈强比（Rp0.2/Rpm）≤0.9，可适用于抗拉强度960MPa级别的Q890等超高强度工程机械钢板的焊接；

（3）本发明提供的实心焊丝通过适当的C、Si、Mo、Zr、Nb、B元素来保证焊缝具有一定的屈服强度，从而调整焊缝的屈强比在适合工程机械生产的范围内。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种低屈强比的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，其包括按质量百分含量计的如下组分：C：0.08%，Si：0.90%，Mn：1.85%，Cr：0.45%，Ni：2.3%，Mo：0.40%，Ti：0.08%，Zr：0.04%，Nb：0.10%，B：0.006%，S：0.005%，P：0.008%，余量为铁和不可避免的杂质，（成分中Mn*Ni=4.2*10^-4）。

采用500Kg真空感应电炉冶炼出焊丝用钢，再经过轧制，拉丝，镀铜，层绕等工序制成直径为1.175mm的实心焊丝。

以富氩（80%Ar+20%CO₂）气体保护，采用上述焊丝进行焊接试验，焊接电流为260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min；所得熔敷金属力学性能抗拉强度达到1082Mpa，屈服强度达到972Mpa，-40℃KV₂冲击值达到76J，屈强比为0.898；且采用该焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，无气孔，成型美观。

实施例2

本实施例提供一种低屈强比的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，其包括按质量百分含量计的如下组分：C：0.12%，Si：0.70%，Mn：1.65%，Cr：0.65%，Ni：2.5%，Mo：0.70%，Ti：0.15%，Zr：0.08%，Nb：0.05%，B：0.004%，S：0.005%，P：0.008%，余量为铁和不可避免的杂质，（成分中Mn*Ni=4.1*10^-4）。

以富氩（80%Ar+20%CO₂）气体保护，采用上述焊丝进行焊接试验，焊接电流为260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min；所得熔敷金属力学性能抗拉强度达到1064Mpa，屈服强度达到932Mpa，-40℃KV₂冲击值达89J，屈强比0.876；且采用焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，无气孔，成型美观。

实施例3

本实施例提供一种低屈强比的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，其包括按质量百分含量计的如下组分：C： 0.095%，Si：0.77%，Mn：1.80%，Cr：0.45%，Ni：2.35%，Mo：0.45%，Ti：0.12%，Zr：0.06%，Nb：0.08%，B：0.006%，S：0.010%，P≤0.005%，余量为铁和不可避免的杂质，（成分中Mn*Ni=4.3*10^-4）。

以富氩（80%Ar+20%CO₂）气体保护，采用上述焊丝进行焊接试验，焊接电流为260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min；所得熔敷金属力学性能抗拉强度达到1022Mpa，屈服强度900Mpa，-40℃KV₂冲击值达100J以上，屈强比0.88；且采用该焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，无气孔，成型美观。

实施例4

本实施例提供一种低屈强比的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，其包括按质量百分含量计的如下组分：C：0.10%，Si：0.85%，Mn：1.74%，Cr：0.50%，Ni：2.4%，Mo：0.65%，Ti：0.10%，Zr：0.06%，Nb：0.08%，B：0.004%，S：0.005%，P：0.008%，余量为铁和不可避免的杂质，（成分中Mn*Ni=4.1*10^-4）。

以富氩（80%Ar+20%CO₂）气体保护，采用上述实心焊丝进行焊接试验，焊接电流为260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min；所得熔敷金属力学性能抗拉强度达到1068Mpa，屈服强度达到950Mpa，-40℃KV₂冲击值达92J，屈强比0.89；且采用该焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，无气孔，成型美观。

综合实施例1～4可以看出，采用本发明提供的这种超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝采用富氩（80%Ar+20%CO₂）气体保护焊接时，电弧稳定、飞溅小、无气孔、成型美观，形成的焊缝抗拉强度达1000Mpa以上，屈服强度达900Mpa以上，-40℃KV₂冲击值达75J以上，屈强比（Rp0.2/Rpm）≤0.9，满足抗拉强度960MPa级别的Q890等超高强度工程机械钢板的焊接要求；且优选采用本发明实施例3的实心焊丝。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，其特征在于，包括按质量百分含量计的如下组分：C：0.08～0.12％，Si：0.70～0.90％，Mn：1.65～1.85％，Cr：0.45～0.65％，Ni：2.3～2.5％，Mo：0.40～0.70％，Ti：0.08～0.15％，Zr：0.04～0.08％，Nb：0.05～0.10％，B：0.004～0.006％，S：0.005～0.015％，P≤0.010％，余量为铁和不可避免的杂质；所述气体保护实心焊丝中，Mn的质量百分含量与Ni的质量百分含量之积为4.1*10^-4～4.3*10^-4。

2.如权利要求1所述的一种超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，其特征在于，包括按质量百分含量计的如下组分：C：0.095％，Si：0.77％，Mn：1.80％，Cr：0.45％，Ni：2.4％，Mo：0.45％，Ti：0.12％，Zr：0.06％，Nb：0.08％，B：0.006％，S：0.010％，P≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的一种超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝，其特征在于：所述气体保护实心焊丝的横截面直径为1.16～1.20mm。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝的应用，其特征在于：所述气体保护实心焊丝用于抗拉强度960MPa级别的超高强度工程机械钢板的焊接。

5.如权利要求4所述的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝的应用，其特征在于：所述气体保护实心焊丝在焊接时，采用80％Ar+20％CO₂的富氩气体保护。

6.如权利要求5所述的超高强度工程机械钢板用气体保护实心焊丝的应用，其特征在于：所述气体保护实心焊丝的焊接条件为：焊接电流260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min。