CN110385545B

CN110385545B - 一种手工氩弧焊用焊丝钢

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Publication number: CN110385545B
Application number: CN201811251399.5A
Authority: CN
Inventors: 杨会静; 李国民; 尚丽娟
Original assignee: Tangshan Normal University; HBIS Co Ltd Chengde Branch
Current assignee: Tangshan Normal University; HBIS Co Ltd Chengde Branch
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2022-01-11
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: CN110385545A

Abstract

本发明公开了一种手工氩弧焊用焊丝钢，以质量百分比计，焊丝的成分为：C为0.0001～0.08％，Mn为0.80～1.50％，Si为0.70～0.95％，S为0.0001～0.010％，P为0.0001～0.020％，Cr为0.0001～0.40％，Mo为0.10～0.30％，Ni为0.0001～0.40％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。本发明成本低、焊缝强度和韧性高、质量稳定、焊接性能良好，能够满足焊丝制造商的使用要求。本发明在保证了焊缝金属高强度的同时，有限改善了低合金高强焊丝的焊接性能，控制了冷裂纹的出现，飞溅率小，满足了低合金高强钢的焊接要求。

Description

一种手工氩弧焊用焊丝钢

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，更具体的说是涉及一种手工氩弧焊用焊丝钢。

背景技术

目前，随着能源、石油、化工、水电等行业的迅速发展，工程结构越来越朝着大型化、轻量化方向发展，对钢板的需求也越来越大，如大型原油储罐、大型球罐、海洋采油平台、大跨度桥染、大型管线等。低合金高强钢具有良好的焊接性、优良的可成形性及较低的制造成本，因此被广泛用于压力容器、车辆、桥梁、建筑、工程机械、矿山机械、纺织机械、海洋结构等领域。其中，690MPa级低合金高强钢已得到广泛应用，随着现代工业的发展，在焊接结构方面都向大型化、大容量和高参数的方向发展，对690MPa级低合金高强钢用焊接材料的研究具有非常重要的意义。

但是，据统计，目前在焊材市场上，焊接690MPa级低合金高强钢多数采用Mn-Ni-Mo合金体系，由于Ni属于贵金属，过多加入势必增加产品成本。所以需要在保证低合金高强钢的使用安全性和可靠性、产品的使用寿命、避免脆性破坏事故发生的前提下，尽量减少贵金属的使用量，以降低制造成本。

因此，探索一种适用于低合金高强钢焊接性能同时成本较低的焊丝钢，从而获得性能更加优良的低合金高强钢产品，已经成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种成本低，焊缝强度高，质量稳定，焊接性能良好，能够满足焊丝制造商使用要求的手工氩弧焊用焊丝钢。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种手工氩弧焊用焊丝钢，以质量百分比计，焊丝钢的成分为：C为0.0001～0.08％，Mn为0.80～1.50％，Si为0.70～0.95％，S为0.0001～0.010％，P为0.0001～0.020％，Cr为0.0001～0.40％，Mo为0.10～0.30％，Ni为0.0001～0.40％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；优选为以质量百分比计，焊丝钢的成分为：C为0.03％，Mn为1.15％，Si为0.80％，S为0.005％，P为0.010％，Cr为0.25％，Mo为0.25％，Ni为0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明的有益效果为：通过控制S、P含量和合金化，实现对贝氏体或贝氏体+马氏体基体组织的强韧化，保证产品的使用性能。

进一步，上述焊丝钢还包含微合金；微合金为Ti，Nb，Zr；作为优选，上述微合金的含量为：Ti为0.0001～0.020％，Nb为0.0001～0.040％，Zr为0.0001～0.020％；更优选地，上述微合金的含量为：Ti为0.015％，Nb为0.025％，Zr为0.010％。

上述进一步的有益效果在于，本发明中添加适量Ti，可以提高焊缝强度及盘条中的氧含量；本发明中添加适量Nb、Zr，细化晶粒，促贝氏体化，控制马氏体晶粒形状；本发明中Ti、Nb、Zr三者搭配使用，配比达到平衡时，能产生强烈的脱氧过程，使得焊接过程中焊缝金属夹杂物在短时间内长大，促进了针状铁素体的生长，形成连锁结构，能很好地阻止裂纹的扩展，同时增强了焊缝强度和韧性。

进一步，上述焊丝钢还包含O和N；作为优选，上述O为0.0001～50PPm，N为0.0001～60PPm。

其中，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元素会使组织的淬硬性增加，焊缝的冷裂倾向加大，冲击韧性下降，同时不利于后续的拉拔生产；但C含量过低会导致焊丝过软，焊药挤压困难，焊缝金属强度不够。因此，本发明焊丝中的C含量为0.0001～0.08％。

Mn通过固溶强化提高焊缝的强度能有效减少焊缝中的S含量，防止热裂纹的产生。Mn是奥氏体稳定化元素，能降低奥氏体的临界转变温度，促进焊缝中针状铁素体的生成，减少对力学性能不利的先共析铁素体和侧板条铁素体含量。Mn不仅可以提高焊缝抗拉强度，也能使塑性、韧性提高，同时还提高焊缝的抗裂能力，但Mn元素含量过高,焊缝中会形成魏氏组织,也使韧性降低。因此，本发明焊丝中的Mn含量为0.80～1.50％。

Si是常用的脱氧剂，有较明显的固溶强化效果，能影响冷拔加工性能，并降低焊缝塑性，但是Si在有效提高焊缝强度的同时也降低了韧性，所以Si含量不宜过高。因此，本发明焊丝中的Si含量为0.70～0.95％。

S、P元素为有害元素，其中，S含量的增加不仅会导致焊缝的热裂倾向增大，还会使焊缝产生气孔的可能性增加；磷含量增加会使焊缝冷的裂倾向增大，同时低温冲击值迅速降低，为防止在焊缝中出现热裂和冷裂纹，故将其含量控制在较低范围内，以提高焊缝纯净度和焊接性能以及进一步提高焊缝强度和韧性。因此，本发明焊丝中的S含量为0.0001～0.010％，P含量为0.0001～0.020％。

Cr是提高焊缝金属强度的有效元素之一，能固溶强化基体,提高焊缝热强性；Cr还可以提升焊缝中针状铁素体的含量,降低先共析铁素体含量,细化铁素体晶粒,增加淬透性，从而提高强度和韧性。Cr虽然有较强的固溶强化作用，但是会使钢的脆性转变温度提高，降低焊接性。因此，本发明焊丝中Cr含量为0.0001～0.40％。

Mo能强烈地抑制珠光体的形核与长大，促进贝氏体组织的生成，可以使焊缝在很宽的冷却温度范围内获得中温转变组织。在含Mn量高的焊缝中，Mo能抑制先共析铁素体的生成，增加针状铁素体的含量。Mo属于缩小γ相区的元素,会缩短相变温度区间,产生置换固溶强化,引起晶格畸变,使材料冲击韧性下降,因此,Mo含量过高对焊缝韧性不利，但Mo元素也能提高焊缝的强度。因此，本发明焊丝中Mo含量控制在0.10～0.30％之间。

Ni是奥氏体稳定化元素，提高焊缝金属的韧性,特别是低温韧性,降低脆性转变温度。在γ-Fe中无限固溶，与Mn的作用类似，Ni可以增加组织中的针状铁素体，并对焊缝进行固溶强化。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的降低，从而利于针状铁素体的形成，有效细化晶粒。因此，本发明焊丝中Ni含量为0.0001～0.40％。

Ti与O、N有极强的亲和力，能有效脱氧，并能减少焊缝中的自由N，生成的Ti氮、氧化物具有较高的熔点，可以作为针状铁素体的形核核心，并能阻碍奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，微量的Ti就能显著改善焊缝组织，增加焊缝中的针状铁素体含量；但是Ti作为脱氧剂，与焊丝熔敷金属周围的氧气形成氧化物，由于氧化物含量过高会影响焊缝夹杂物的形态。因此，本发明焊丝中Ti含量为0.0001～0.020％。

Nb可以细化晶粒，增强焊丝的塑性和韧性，同时与C形成碳化物，增强焊缝金属的硬度和耐磨性，碳化铌还会影响碳化铬的析出数量和析出时间。因此，本发明焊丝中Nb含量为0.0001～0.040％。

Zr与Ti结合可以改善焊接熔滴的过渡形式，减少焊接飞溅，改善焊丝工艺性能，提高焊缝强度、改善低温冲击韧性的效果。因此，本发明焊丝中Zr含量为0.0001～0.020％。

N能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性；N在焊接过程中还会形成氮化物，氮化物的数量超过一定极限会造成焊缝金属冲击韧性的下降；而氮含量过低，熔覆金属中的氮化物少，强度变差，因此，本发明焊丝中N含量为0.0001～60PPm。

经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种手工氩弧焊用焊丝钢，与现有技术相比，本发明质量稳定，焊接性能良好，焊前不必预热，能够满足焊丝制造商的使用要求。本发明在保证了焊缝金属高强度的同时，有限改善了低合金高强焊丝的焊接性能，控制了冷裂纹的出现，飞溅率小，满足了低合金高强钢的焊接要求。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

将本发明手工氩弧焊用焊丝钢按照碳素焊条钢盘条(GB3429-82)标准测定其中各元素含量，结果如下：

实施例1

手工氩弧焊用焊丝钢，质量百分比组成为：C为0.03％，Mn为1.15％，Si为0.80％，S为0.005％，P为0.010％，Cr为0.25％，Mo为0.25％，Ni为0.15％，微合金：Ti为0.015％，Nb为0.025％，Zr为0.010％，Fe及不可避免的杂质元素为97.305％。

实施例2

手工氩弧焊用焊丝钢，质量百分比组成为：C为0.06％，Mn为1.50％，Si为0.70％，S为0.010％，P为0.020％，Cr为0.10％，Mo为0.20％，Ni为0.20％，微合金：Ti为0.010％，Nb为0.020％，Zr为0.010％，Fe及不可避免的杂质元素为97.170％。

实施例3

手工氩弧焊用焊丝钢，质量百分比组成为：C为0.04％，Mn为0.80％，Si为0.70％，S为0.005％，P为0.015％，Cr为0.05％，Mo为0.10％，Ni为0.10％，微合金：Ti为0.005％，Nb为0.010％，Zr为0.010％，Fe及不可避免的杂质元素为98.165％。

实施例4

手工氩弧焊用焊丝钢，质量百分比组成为：C为0.08％，Mn为1.50％，Si为0.95％，S为0.010％，P为0.020％，Cr为0.40％，Mo为0.30％，Ni为0.40％，微合金：Ti为0.020％，Nb为0.040％，Zr为0.020％，Fe及不可避免的杂质元素为96.260％。

实施例5

手工氩弧焊用焊丝钢，质量百分比组成为：C为0.03％，Mn为1.15％，Si为0.80％，S为0.005％，P为0.010％，Cr为0.25％，Mo为0.25％，Ni为0.15％，Fe及不可避免的杂质元素为97.355％。

性能测试：

将实施例1-5的手工氩弧焊用焊丝钢分别进行抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击吸收功的性能检测试验，性能检测结果如表1所示。

标准按照NB/T47014《承压设备焊接工艺评定》进行试验，合格指标：抗拉强度不小于540MPa，屈服强度不小于345MPa，延伸率不小于18％，冲击吸收功不低于27J(常温)。

表1

结果显示，以上实施例1-4制备的手工氩弧焊用焊丝钢的熔敷金属性能均满足产品要求，其中，抗拉强度高于标准值35-43％，屈服强度高于标准值80-92％，延伸率高于标准值45-78％，冲击吸收功高于标准值180-320％，而实施例5在未添加任何微量合金元素的情况下，其屈服强度和冲击吸收功均出现大幅减小，可见微量元素在本焊丝钢中起到细化晶粒、多元催化的作用，是必不可少的。

通过以上实施例，显示和表明了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种手工氩弧焊用焊丝钢，其特征在于，以质量百分比计，焊丝钢的成分为：C为0.04％，Mn为0.80％，Si为0.70％，S为0.005％，P为0.015％，Cr为0.05％，Mo为0.10％，Ni为0.10％，Fe及不可避免的杂质元素为98.165％；所述焊丝钢还包含微合金，所述微合金的含量为：Ti为0.005％，Nb为0.010％，Zr为0.010％。

2.根据权利要求1所述的一种手工氩弧焊用焊丝钢，其特征在于，所述焊丝钢还包含O和N。

3.根据权利要求2所述的一种手工氩弧焊用焊丝钢，其特征在于，所述O含量为0.0001～50PPm，N含量为0.0001～60PPm。