CN110936050A - 一种高强钢用绞股焊丝及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强钢用绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮；药芯按重量百分比包括：石墨粉2‑4％，纳米二氧化钛0.2‑1％，金红石10‑20％，氧化钙2‑5％，钨粉1‑3％，金属铬0.8‑1.8％，氟化钠2.5‑4.2％，氟化锂0.12‑0.2％，三氧化二钇0.1‑0.4％，金属锰1‑2％，钛酸钾1‑2％，镍粉4‑10％，Ti‑Nb‑V‑Fe合金1.2‑2％，余量为铁粉。本发明公开了上述高强钢用绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，轧制成盘条，表面酸化处理，粗拉，表面酸化处理，细拉，除脂得到高强钢用绞股焊丝。

Description

一种高强钢用绞股焊丝及其制备工艺
技术领域
本发明涉及药芯焊丝技术领域，尤其涉及一种高强钢用绞股焊丝及其制备工艺。
背景技术
随着我国重型汽车行业的不断发展，钢铁仍是重装车辆制造的主要材料，但其内涵发生了重大变化，从先前软钢为主发展到以高强度钢板为主，结合先进的钢铁加工技术，钢铁材料强度不断提升，在实现车身轻量化的同时，又对与之匹配的高强度高韧性焊材提出了苛刻要求。
随着车身轻量化技术的发展，当钢板强度在1000MPa时，实心焊材焊接过程中对钢板的热输入相比药芯焊丝而言较大，钢板焊后强度不足，药芯焊丝的技术和成本优势得到体现，但制约药芯焊丝发展的瓶颈在于如何提高韧性的同时改善焊接电弧的稳定性。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强钢用绞股焊丝及其制备工艺，成本较低，在焊接过程中不仅能提高电弧的稳定性和焊道的成型，减少飞溅，而且不影响焊缝金属强度与韧性，杜绝了长期使用中焊缝金属的脆变现象。
一种高强钢用绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮；药芯按重量百分比包括：石墨粉2-4％，纳米二氧化钛0.2-1％，金红石10-20％，氧化钙2-5％，钨粉1-3％，金属铬0.8-1.8％，氟化钠2.5-4.2％，氟化锂0.12-0.2％，三氧化二钇0.1-0.4％，金属锰1-2％，钛酸钾1-2％，镍粉4-10％，Ti-Nb-V-Fe合金1.2-2％，余量为铁粉。
优选地，药芯与外皮的重量比为2.5-3.5：10。
优选地，Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为2-4％，铌元素所占质量百分比为14-18％，钒元素所占质量百分比为8-12％。
优选地，纳米二氧化钛、Ti-Nb-V-Fe合金、三氧化二钇的质量比为0.4-0.8：1.4-1.8：0.2-0.3。
优选地，氟化钠和氟化锂的质量比为2.8-4：0.14-0.18。
上述高强钢用绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为6-8mm盘条，一次热处理后对盘条表面酸化处理，然后粗拉至直径为3-4mm，经过二次热处理后表面酸化处理，然后细拉至直径为1-1.2mm，表面除脂处理，绞制得到高强钢用绞股焊丝。
优选地，一次热处理的温度为850-900℃，一次热处理的时间为10-20min。
优选地，二次热处理的温度为750-820℃，二次热处理的时间为10-30min。
本发明技术效果如下：
(1)当钢板强度在1000MPa时，采用本发明焊丝进行焊接，具有良好的焊接工艺性能，施焊过程飞溅小，成型美观，而且所得焊接接头可长期使用中减少发生脆变现象，同时具有良好的综合性能，焊后接头强度能实现与1000MPa高强钢板的等强匹配，尤其与高强度钢结构的组织稳定性和强韧性相匹配；
(2)纳米二氧化钛与Ti-Nb-V-Fe合金复配，Ti-Nb-V-Fe合金可有效的细化晶粒微合金化元素，在两次热处理过程中可延缓奥氏体再结晶和细化晶粒，温度先为850-900℃再为750-820℃时，轧制后不会再结晶，可有效伸长奥氏体晶粒，配合纳米二氧化钛可将伸长的奥氏体晶粒相变为细小的晶粒，显著改善焊缝金属的冲击韧性，可确保焊接接头具有足够的蠕变强度、持久强度及良好高温组织稳定性，而三氧化二钇可配合纳米二氧化钛作用，在焊接过程中不仅能提高电弧的稳定性和焊道的成型，减少飞溅，而且不影响焊缝金属强度与韧性，杜绝了长期使用中焊缝金属的脆变现象，保证其使用寿命以及工作稳定性；氟化钠与氟化锂相配合，可促进焊接过程中的短路熔滴过渡的电弧稳定性；
(3)本发明焊丝同时具有良好的焊接工艺性能和加工工艺性能。本发明焊丝所得焊接接头的综合机械性能为：屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥700MPa，伸长率≥20％，室温条件下的冲击韧性Akv≥60J。
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
一种高强钢用绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮，药芯与外皮的重量比为2.5：10；药芯按重量百分比包括：石墨粉4％，纳米二氧化钛0.2％，金红石20％，氧化钙2％，钨粉3％，金属铬0.8％，氟化钠4.2％，氟化锂0.12％，三氧化二钇0.4％，金属锰1％，钛酸钾2％，镍粉4％，Ti-Nb-V-Fe合金2％，余量为铁粉。
其中Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为2％，铌元素所占质量百分比为18％，钒元素所占质量百分比为8％。
上述高强钢用绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为6mm盘条，一次热处理20min，一次热处理的温度为850℃，接着对盘条表面进行酸化处理，然后粗拉至直径为4mm，二次热处理10min，二次热处理的温度为820℃，再对盘条表面进行酸化处理，然后细拉至直径为1mm，表面除脂处理，绞制得到高强钢用绞股焊丝。
实施例2
一种高强钢用绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮，药芯与外皮的重量比为3.5：10；药芯按重量百分比包括：石墨粉2％，纳米二氧化钛1％，金红石10％，氧化钙5％，钨粉1％，金属铬1.8％，氟化钠2.5％，氟化锂0.2％，三氧化二钇0.1％，金属锰2％，钛酸钾1％，镍粉10％，Ti-Nb-V-Fe合金1.2％，余量为铁粉。
其中Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为4％，铌元素所占质量百分比为14％，钒元素所占质量百分比为12％。
上述高强钢用绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为8mm盘条，一次热处理10min，一次热处理的温度为900℃，接着对盘条表面进行酸化处理，然后粗拉至直径为3mm，二次热处理30min，二次热处理的温度为750℃，再对盘条表面进行酸化处理，然后细拉至直径为1.2mm，表面除脂处理，绞制得到高强钢用绞股焊丝。
实施例3
一种高强钢用绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮，药芯与外皮的重量比为2.8：10；药芯按重量百分比包括：石墨粉3.5％，纳米二氧化钛0.4％，金红石18％，氧化钙3％，钨粉2.5％，金属铬1％，氟化钠4％，氟化锂0.14％，三氧化二钇0.3％，金属锰1.3％，钛酸钾1.6％，镍粉6％，Ti-Nb-V-Fe合金1.8％，余量为铁粉。
其中Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为2.5％，铌元素所占质量百分比为17％，钒元素所占质量百分比为9％。
上述高强钢用绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为6.5mm盘条，一次热处理18min，一次热处理的温度为870℃，接着对盘条表面进行酸化处理，然后粗拉至直径为3.7mm，二次热处理15min，二次热处理的温度为800℃，再对盘条表面进行酸化处理，然后细拉至直径为1.1mm，表面除脂处理，绞制得到高强钢用绞股焊丝。
实施例4
一种高强钢用绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮，药芯与外皮的重量比为3.2：10；药芯按重量百分比包括：石墨粉2.5％，纳米二氧化钛0.8％，金红石12％，氧化钙4％，钨粉1.5％，金属铬1.6％，氟化钠2.8％，氟化锂0.18％，三氧化二钇0.2％，金属锰1.7％，钛酸钾1.4％，镍粉8％，Ti-Nb-V-Fe合金1.4％，余量为铁粉。
其中Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为3.5％，铌元素所占质量百分比为15％，钒元素所占质量百分比为11％。
上述高强钢用绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为7.5mm盘条，一次热处理12min，一次热处理的温度为890℃，接着对盘条表面进行酸化处理，然后粗拉至直径为3.3mm，二次热处理25min，二次热处理的温度为780℃，再对盘条表面进行酸化处理，然后细拉至直径为1.1mm，表面除脂处理，绞制得到高强钢用绞股焊丝。
实施例5
一种高强钢用绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮，药芯与外皮的重量比为3：10；药芯按重量百分比包括：石墨粉3％，纳米二氧化钛0.6％，金红石15％，氧化钙3.5％，钨粉2％，金属铬1.3％，氟化钠3.4％，氟化锂0.16％，三氧化二钇0.25％，金属锰1.5％，钛酸钾1.5％，镍粉7％，Ti-Nb-V-Fe合金1.6％，余量为铁粉。
其中Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为3％，铌元素所占质量百分比为16％，钒元素所占质量百分比为10％。
上述高强钢用绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为7mm盘条，一次热处理15min，一次热处理的温度为880℃，接着对盘条表面进行酸化处理，然后粗拉至直径为3.5mm，二次热处理20min，二次热处理的温度为790℃，再对盘条表面进行酸化处理，然后细拉至直径为1.1mm，表面除脂处理，绞制得到高强钢用绞股焊丝。
采用本实施例所得高强钢用绞股焊丝进行焊接，电弧稳定，飞溅少，焊缝脱渣性优良。
对比例1
一种绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮，药芯与外皮的重量比为3：10；药芯按重量百分比包括：石墨粉3％，纳米二氧化钛0.6％，金红石15％，氧化钙3.5％，钨粉2％，金属铬1.3％，氟化钠3.4％，氟化锂0.16％，三氧化二钇0.25％，金属锰1.5％，钛酸钾1.5％，镍粉7％，余量为铁粉。
其中Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为3％，铌元素所占质量百分比为16％，钒元素所占质量百分比为10％。
上述绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为7mm盘条，一次热处理15min，一次热处理的温度为880℃，接着对盘条表面进行酸化处理，然后粗拉至直径为3.5mm，二次热处理20min，二次热处理的温度为790℃，再对盘条表面进行酸化处理，然后细拉至直径为1.1mm，表面除脂处理，绞制得到绞股焊丝。
采用本对比例所得绞股焊丝进行焊接，电弧较稳定，飞溅较多，焊缝脱渣性较好。
对比例2
一种绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮，药芯与外皮的重量比为3：10；药芯按重量百分比包括：石墨粉3％，金红石15％，氧化钙3.5％，钨粉2％，金属铬1.3％，氟化钠3.4％，氟化锂0.16％，三氧化二钇0.25％，金属锰1.5％，钛酸钾1.5％，镍粉7％，Ti-Nb-V-Fe合金1.6％，余量为铁粉。
其中Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为3％，铌元素所占质量百分比为16％，钒元素所占质量百分比为10％。
上述绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为7mm盘条，一次热处理15min，一次热处理的温度为880℃，接着对盘条表面进行酸化处理，然后粗拉至直径为3.5mm，二次热处理20min，二次热处理的温度为790℃，再对盘条表面进行酸化处理，然后细拉至直径为1.1mm，表面除脂处理，绞制得到绞股焊丝。
采用本对比例所得绞股焊丝进行焊接，电弧稳定，飞溅较多，焊缝脱渣性较好。
对比例3
一种绞股焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮，药芯与外皮的重量比为3：10；药芯按重量百分比包括：石墨粉3％，纳米二氧化钛0.6％，金红石15％，氧化钙3.5％，钨粉2％，金属铬1.3％，氟化钠3.4％，氟化锂0.16％，三氧化二钇0.25％，金属锰1.5％，钛酸钾1.5％，镍粉7％，Ti-Nb-V-Fe合金1.6％，余量为铁粉。
其中Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为3％，铌元素所占质量百分比为16％，钒元素所占质量百分比为10％。
上述绞股焊丝制备工艺，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为7mm盘条，接着对盘条表面进行酸化处理，然后粗拉至直径为3.5mm，再对盘条表面进行酸化处理，然后细拉至直径为1.1mm，表面除脂处理，绞制得到绞股焊丝。
采用本对比例所得绞股焊丝进行焊接，电弧不稳定，飞溅少，焊缝脱渣性较差。
采用实施例5所得高强钢用绞股焊丝与对比例1-3所得绞股焊丝对10mm厚Q1100高强钢板进行平板对接焊接试验，采用短路熔滴过渡，焊接电流为100A-130A，焊接电压为16V-18V，焊接速度以确保单面焊双面成型质量为标准。
其结果如下：
Figure BDA0002282917290000081
Figure BDA0002282917290000091
上述焊接接头的力学性能采用GB/T229-2007及GB/T228-2002标准检测。
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)

1.一种高强钢用绞股焊丝，其特征在于，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮；药芯按重量百分比包括：石墨粉2-4％，纳米二氧化钛0.2-1％，金红石10-20％，氧化钙2-5％，钨粉1-3％，金属铬0.8-1.8％，氟化钠2.5-4.2％，氟化锂0.12-0.2％，三氧化二钇0.1-0.4％，金属锰1-2％，钛酸钾1-2％，镍粉4-10％，Ti-Nb-V-Fe合金1.2-2％，余量为铁粉。
2.根据权利要求1所述高强钢用绞股焊丝，其特征在于，药芯与外皮的重量比为2.5-3.5：10。
3.根据权利要求1所述高强钢用绞股焊丝，其特征在于，Ti-Nb-V-Fe合金中，钛元素所占质量百分比为2-4％，铌元素所占质量百分比为14-18％，钒元素所占质量百分比为8-12％。
4.根据权利要求1所述高强钢用绞股焊丝，其特征在于，纳米二氧化钛、Ti-Nb-V-Fe合金、三氧化二钇的质量比为0.4-0.8：1.4-1.8：0.2-0.3。
5.根据权利要求1所述高强钢用绞股焊丝，其特征在于，氟化钠和氟化锂的质量比为2.8-4：0.14-0.18。
6.一种如权利要求1-5任一项所述高强钢用绞股焊丝制备工艺，其特征在于，将外皮轧制成U型凹槽，将药芯置于U型凹槽类，挤压轧制成内含药芯的O型闭合管；接触焊接将O型闭合管焊合，送入轧机轧制成直径为6-8mm盘条，一次热处理后对盘条表面酸化处理，然后粗拉至直径为3-4mm，经过二次热处理后表面酸化处理，然后细拉至直径为1-1.2mm，表面除脂处理，绞制得到高强钢用绞股焊丝。
7.根据权利要求6所述高强钢用绞股焊丝制备工艺，其特征在于，一次热处理的温度为850-900℃，一次热处理的时间为10-20min。
8.根据权利要求6所述高强钢用绞股焊丝制备工艺，其特征在于，二次热处理的温度为750-820℃，二次热处理的时间为10-30min。
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