CN110614455A - 一种气体保护实心绞股焊丝及其制备方法 - Google Patents

一种气体保护实心绞股焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.06‑1.20％，锰0.64‑1.00％，硅0.06‑0.12％，钛0.03‑0.05％，镍2.83‑3.60％，铬1.25‑1.75％，钼0.6‑1.4％，磷0.001‑0.005％，硫0.001‑0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。本发明公开了上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，真空退火，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。

Description

一种气体保护实心绞股焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊丝技术领域，尤其涉及一种气体保护实心绞股焊丝及其制备方法。
背景技术
在钢结构工程中采用高性能结构钢能大幅度减少钢材的用量，相应的大大减少冶炼钢材消耗的能源，最终降低单位建筑面积消耗的能源。我国每年建筑用结构钢超过3000万吨，若其中10％采用高性能结构钢，即高性能结构钢用量约300万吨，用钢量可减少15％，每吨钢结构造价按10000元计算，则可节省投资成本近50亿元。经济发达国家在钢结构用钢材方面非常注重使用高性能结构钢。国外已大量使用420Mpa、460Mpa、490Mpa、550Mpa级，目前我国钢结构主要是使用Q235和Q345等普通钢材，而高性能结构钢在钢结构中的使用还比较少，与国外发达国家相比存在着较大差别。近年来，随着国家的发展，高层建筑、超高层建筑、大跨度体育场馆、机场、会展中心以及钢结构厂房等大型建筑工程的建设力度日益加大，压力容器用钢板的市场应用需求越来越大。
随着压力容器制造领域的飞速发展与钢材结构件轻量化设计的普及，抗拉强度为1500Mpa级的超高强钢板被逐渐应用于大型压力容器，且大都采用气保焊进行焊接，实芯焊丝的使用比例较大。为了保证焊接接头的力学性能，在焊接材料选择上普遍采用“等强等韧”匹配原则，即焊缝金属强度与母材强度相当，一般焊缝金属的强度与母材强度之比要大于0.80；为增加焊接接头延伸性，减小裂纹倾向，焊缝金属的冲击韧性至少等同于母材的冲击韧性。
目前我国的超高强钢配套实芯焊丝品种较少，特别是对抗拉强度为1500Mpa级超高强钢板的配套焊丝，目前开发一种与1500Mpa级超高强钢配套的具有优异冲击韧性的实芯焊丝是很有必要的。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种气体保护实心绞股焊丝及其制备方法，不仅具有优异冲击韧性，适用于压力容器的焊接过程，而且抗拉伸强度高。
本发明提出的一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.06-1.20％，锰0.64-1.00％，硅0.06-0.12％，钛0.03-0.05％，镍2.83-3.60％，铬1.25-1.75％，钼0.6-1.4％，磷0.001-0.005％，硫0.001-0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
优选地，C镍≥2×C铬+0.5×C钼，其中C镍为镍元素所占质量百分比，C铬为铬元素所占质量百分比，C钼为钼元素所占质量百分比。
优选地，其组分按质量百分比包括：碳0.26-1.00％，锰0.70-0.94％，硅0.08-0.10％，钛0.035-0.045％，镍3.00-3.40％，铬1.40-1.60％，钼0.8-1.2％，磷0.001-0.005％，硫0.001-0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
优选地，其组分按质量百分比包括：碳0.26-1.00％，锰0.70-0.94％，硅0.08-0.10％，钛0.035-0.045％，镍3.20-3.40％，铬1.40-1.60％，钼0.8-1.2％，磷0.001-0.005％，硫0.001-0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
优选地，其组分中，锰元素所占质量百分比与硅元素所占质量百分比的比为0.74-0.90：0.085-0.095。
优选地，所述实心绞股焊丝直径为1.2-1.8mm。
本发明的气体保护实心绞股焊丝，可与1500Mpa级超高强钢相配套，该焊丝材料采用特殊的设计配方，碳含量低，能有效降低冷裂纹倾向，并显著提高焊缝金属的冲击功。对硫、磷有害元素严格控制，有效降低偏析，预防焊缝热裂纹或脆化。钛的加入与锰、硅复配，降低焊接时的飞溅程度，使晶粒细化，提高焊缝金属的韧性，减小焊接飞溅，改善焊接操作工艺，与镍、铬、钼相配合，并控制C镍≥2×C铬+0.5×C钼，采用CO2气体保护用于压力容器中，焊缝强度极高，既保证焊缝金属的综合机械性能，又使焊缝具有优良低温韧性的优点。
焊丝中各种元素的主要作用：
碳是保证强度的重要因素，过高的碳在焊缝中也是致脆元素，随着碳含量的增加会促进高碳马氏体的形成，严重影响焊缝金属的抗裂性能和冲击韧性，降低碳的含量也可起到降低焊接飞溅的作用。所以在焊丝中要严格控制碳的含量，将焊丝中的碳含量控制在0.06-1.20％之间。
硅、锰作为主要的脱氧元素，保证焊缝的纯净度，避免焊缝中产生气孔等缺陷。适量的硅、锰可使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。焊丝中的硅含量控制在0.06-0.12％之间，锰含量控制在0.64-1.00％之间，既避免造成锰偏析，在偏析区易产生M-A岛状组织，从而降低焊缝金属的韧性，又避免导致焊缝屈强比超高，焊缝塑性降低，还可避免焊缝中出现非金属夹杂物，导致焊缝低温冲击韧性不足。
适量的钛主要起稳弧的作用，既与硅、锰配合脱氧，又可降低焊接时的飞溅程度。通过少量的添加镍、铬、钼，联合提高焊缝的强度和低温冲击韧性，，细化晶粒，可以提高或改善熔填金属的强度、延性、硬度及韧性等。
而硫、磷作为杂质元素，含量偏高时会严重影响焊缝金属的韧性，应尽量降低。
本发明的焊丝具有优良的焊接工艺性能，电弧稳定，飞溅少，施焊环境清洁环保。焊丝表面无镀铜，既能减少焊接缺陷，又经济环保。熔敷金属力学性能与1500Mpa级超高强钢相配套，耐低温冲击韧性好，焊缝具有优良的机械性能。
本发明提出的上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，真空退火，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
优选地，真空退火过程中，退火温度为590-630℃，且采用随炉冷却方式。
在气体保护实心绞股焊丝的生产制造工艺中，由于焊丝不断被拉拔而变细，存在较大的加工硬化效果，会影响到拉拔过程的稳定性，因此需要进行真空退火，其目的是为了消除加工过程中引起的强化效果，以便拉拔过程的顺利进行。退火温度通常选择在Ac1线以下，对于本发明而言，其在拉拔过程中以形变强化和第二相粒子强化为主，因此选择真空退火工艺时，需考虑消除加工硬化效果；本发明将退火温度限定于590-630℃，同时采用随炉冷却方式进行缓慢冷却，以避免细晶组织和淬硬组织的产生。
本发明所得气体保护实心焊丝，采用富氩保护气体进行焊接，焊接参数为：焊接电流260A，电弧电压28V，焊接速度3-4mm/s，预热温度110-116℃，道间温度120-124℃，焊后无热处理。
焊缝金属的力学性能如下：抗拉强度(Rm)1600-1650Mpa，屈服强度(RP0.2)1280-1310Mpa，断后伸长率(A)14.2-14.8％，-20℃冲击功(KV2)84-89J，-10℃冲击功(KV2)97-101J，0℃冲击功(KV2)109-113J。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.06％，锰1.00％，硅0.06％，钛0.05％，镍2.83％，铬1.75％，钼0.6％，磷0.005％，硫0.001％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，630℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
实施例2
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳1.20％，锰0.64％，硅0.12％，钛0.03％，镍3.60％，铬1.25％，钼1.4％，磷0.001％，硫0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，590℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
实施例3
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.26％，锰0.94％，硅0.08％，钛0.045％，镍3.20％，铬1.40％，钼0.8％，磷0.005％，硫0.001％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，620℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
实施例4
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳1.00％，锰0.70％，硅0.10％，钛0.035％，镍3.35％，铬1.45％，钼0.9％，磷0.001％，硫0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，600℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
实施例5
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.46％，锰0.90％，硅0.085％，钛0.042％，镍3.6％，铬1.55％，钼1％，磷0.004％，硫0.002％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，615℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
实施例6
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.83％，锰0.74％，硅0.095％，钛0.038％，镍3.35％，铬1.4％，钼1.1％，磷0.002％，硫0.004％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，605℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
实施例7
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.645％，锰0.82％，硅0.09％，钛0.04％，镍3.4％，铬1.45％，钼1.0％，磷0.002％，硫0.002％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，610℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
对比例1
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.645％，锰0.82％，硅0.09％，钛0.04％，镍3.4％，铬1.45％，钼1.1％，磷0.002％，硫0.002％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，610℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
对比例2
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳1.35％，锰0.82％，硅0.09％，钛0.04％，镍3.4％，铬1.45％，钼1.0％，磷0.002％，硫0.002％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，610℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
对比例3
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.645％，锰0.82％，硅0.18％，钛0.04％，镍3.4％，铬1.45％，钼1.1％，磷0.002％，硫0.002％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，610℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
对比例4
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.645％，锰0.82％，硅0.09％，钛0.04％，镍3.4％，铬1.45％，钼1.0％，磷0.002％，硫0.002％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，660℃真空退火，随炉冷却，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
对比例5
一种气体保护实心绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：碳0.645％，锰0.82％，硅0.09％，钛0.04％，镍3.4％，铬1.45％，钼1.0％，磷0.002％，硫0.002％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，660℃真空退火，风冷，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
将实施例7所得气体保护实心绞股焊丝和对比例1-5所得气体保护实心绞股焊丝进行对比，采用富氩(Ar+2％O2)保护气体焊接，焊接参数为：焊接电流260A，电弧电压28V，焊接速度3-4mm/s，预热温度110-116℃，道间温度120-124℃，焊后无热处理；其结果如下：
由上表可知：本发明的焊丝具有优良的焊接工艺性能，电弧稳定，飞溅少，施焊环境清洁环保。焊丝表面无镀铜，既能减少焊接缺陷，又经济环保。熔敷金属力学性能与1500Mpa级超高强钢相配套，耐低温冲击韧性好，焊缝具有优良的机械性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气体保护实心绞股焊丝，其特征在于，其组分按质量百分比包括：碳0.06-1.20％，锰0.64-1.00％，硅0.06-0.12％，钛0.03-0.05％，镍2.83-3.60％，铬1.25-1.75％，钼0.6-1.4％，磷0.001-0.005％，硫0.001-0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述气体保护实心绞股焊丝，其特征在于，C镍≥2×C铬+0.5×C钼，其中C镍为镍元素所占质量百分比，C铬为铬元素所占质量百分比，C钼为钼元素所占质量百分比。
3.根据权利要求1所述气体保护实心绞股焊丝，其特征在于，其组分按质量百分比包括：碳0.26-1.00％，锰0.70-0.94％，硅0.08-0.10％，钛0.035-0.045％，镍3.00-3.40％，铬1.40-1.60％，钼0.8-1.2％，磷0.001-0.005％，硫0.001-0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述气体保护实心绞股焊丝，其特征在于，其组分按质量百分比包括：碳0.26-1.00％，锰0.70-0.94％，硅0.08-0.10％，钛0.035-0.045％，镍3.20-3.40％，铬1.40-1.60％，钼0.8-1.2％，磷0.001-0.005％，硫0.001-0.005％，其余为铁及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述气体保护实心绞股焊丝，其特征在于，其组分中，锰元素所占质量百分比与硅元素所占质量百分比的比为0.74-0.90：0.085-0.095。
6.根据权利要求1所述气体保护实心绞股焊丝，其特征在于，所述实心绞股焊丝直径为1.2-1.8mm。
7.一种如权利要求1-6任一项所述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，其特征在于，包括：将原料经电炉冶炼，锻造，热轧制成盘条，机械剥壳，酸洗除锈，烘干，干法拔丝，真空退火，抛光，绞合，缠绕成卷得到气体保护实心绞股焊丝。
8.根据权利要求7所述气体保护实心绞股焊丝的制备方法，其特征在于，真空退火过程中，退火温度为590-630℃，且采用随炉冷却方式。
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