CN112008290A - 一种eh40止裂钢用气体保护焊丝 - Google Patents

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Abstract

一种EH40止裂钢用气体保护焊丝，其化学成分重量百分比为：C 0.04‑0.10％；Si 0.40‑0.70％；Mn 1.70‑2.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti 0.015‑0.025％；Ni 1.00‑1.40％；N 0.0040‑0.0075％；余量为Fe和其他不可避免杂质，且，需同时满足：ECOD＝C+Mn/8+Ni/12，0.410～0.440％；Ti/N，3.30～3.50。本发明气体保护焊丝采用Ar 80％+CO2 20％混合气体进行保护，能够获得适应EH40焊接接头要求的焊缝，并具备优良的断裂韧性，焊缝屈服强度≥390MPa；抗拉强度≥510MPa，‑60℃冲击功大于120J，焊缝断裂韧性CTOD值δ0≥0.25mm(‑40℃)。

Description

一种EH40止裂钢用气体保护焊丝
技术领域
本发明涉及焊丝技术，特别涉及一种EH40止裂钢用气体保护焊丝。
背景技术
我国高技术船舶及高端海工用钢产品的国产化处于研发阶段，国内新型超大集装箱船、液化气船等高技术船舶和深海平台等高端海工的建造需要进口大量高等级钢板，包括高等级钢板焊接所需的配套焊接材料也基本全部依赖进口。高技术船舶用止裂钢、低温钢、极地钢以及优异CTOD性能海工钢和南海高湿热环境用钢等新型高等级钢板要顺利实现国产化生产和应用，相应的配套焊接材料至关重要。
目前国内所进口的止裂钢、液化气船用低温钢以及高端海工用钢配套焊接材料基本来自于神户制钢、林肯、现代、伊萨等几家。新开发产品的应用性能和应用效果，与焊接材料的化学成分匹配性有密切关系，国产新型高技术船舶及海工用钢在成分体系、显微组织和工艺路线等必然与国外产品存在差异，那么采用适应于国外钢板的焊接材料匹配所研发新产品，在焊接评价和应用性能方面的不适应会严重制约钢板材料的拓展应用。反之，开发适应国产化高端钢板的配套焊材将会极大地提升产品本身的应用效果，降低我国船舶工业建造成本，提升我国钢铁和船舶建造的竞争力。
对于大型集装箱船来说，随着装箱量的不断增加，对于一些特殊部位船板的要求也越来越高，强度级别逐步从EH36提升到EH40和EH47，其中EH40是目前应用最普遍的钢板。在强度级别提升的同时，也对钢板的止裂性能提出了更高的要求，在一定温度下的CTOD值需要达到规定的条件。相应的，对止裂钢的焊接接头也提出了同样的止裂要求，这就要求止裂钢匹配的焊接材料除了原来的常规性能要求外，还必须具有优良的止裂性能。
中国专利公开号CN101913035公开的一种低温钢焊接用高韧性气体保护焊丝，适用于-60℃以上的低温环境，采用Ni和Ti、Zr的氧化物提升低温韧性，具有优良的力学性能，屈服强度在500MPa左右，抗拉强度在600MPa左右，冲击功在-60℃大于90J，其主要合金成分为：C0.04-0.10％；Si0.20-0.60％；Mn1.20-1.60％；P0-0.010％；S0-0.008％；Ni1.5-2.0％；Ti0.02-0.10％；Mo0.10-0.30％；Zr0.02-0.08％；N0-0.0070％；O0-0.0025％；余量为Fe。该焊丝的强韧性能够符合止裂钢EH40匹配的要求，但是该焊丝对止裂性能没有特殊的设计。
中国专利公开号为CN 1611321公开的一种耐候气体保护焊丝的焊缝金属具有优良的力学性能和耐大气腐蚀能力，屈服强度大于450MPa，抗拉强度大于550MPa，-41℃冲击功≥100J，其主要合金成分为：C0-0.10％；Si0-0.60％；Mn1.2-1.6％；P0-0.030％；S0-0.030％；Ni0.20-0.60％；Cr0.30-0.90％；Cu0.10-0.60％；Ti0.03-0.12％；余量为Fe。该焊丝可应用于铁道车辆、建筑结构、工程机械、桥梁等行业的焊接，具有优良的耐大气腐蚀性能，但是该焊丝专利不具有良好的止裂特性。
其他如中国专利公开号CN101992365、CN10195390均是屈服强度超过700MPa的高强度气体保护焊丝，不适合EH40强度级别钢板的焊接。专利CN102773629则是一种低成本焊丝，具有较好的焊接工艺性，强度也符合要求，但是在韧性和止裂性能上不能满足要求。
综上分析，目前缺少一种在强度和韧性都适合EH40级别，有具有优良止裂性能的气体保护焊丝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种EH40止裂钢用气体保护焊丝，其为一种较低成本的匹配EH40止裂钢的高强高韧气体保护焊丝，该焊丝采用Ar80％+CO220％混合气体进行保护，能够获得适应EH40焊接接头要求的焊缝，并具备优良的断裂韧性，焊缝屈服强度≥390MPa；抗拉强度≥510MPa，-60℃冲击功大于120J，焊缝断裂韧性CTOD值δ0≥0.25mm(-40℃)。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种EH40止裂钢用气体保护焊丝，其化学成分重量百分比为：C 0.04-0.10％；Si0.40-0.70％；Mn 1.70-2.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti 0.015-0.025％；Ni 1.00-1.40％；N 0.0040-0.0075％；余量为Fe和其他不可避免杂质，且，需同时满足：
ECOD＝C+Mn/8+Ni/12，0.410～0.440％；
Ti/N，3.30～3.50。
在本发明所述EH40止裂钢用气体保护焊丝的成分设计中：
C元素增加可减少晶界多边形铁素体，细化再热区晶粒，提高焊缝金属的强度和韧性，但是C含量过高时容易形成淬硬组织，降低低温韧性并增加产生裂纹的倾向。因此将C含量控制在0.04-0.10％，获得适合的强韧性。
Mn可以起脱氧作用，防止导致热裂纹产生的碳化铁夹杂物形成，促使铁素体晶粒和碳化物细化，从而提高焊缝的强度和韧性。本发明中Mn含量控制在较高的水平，用来调节焊缝强度。将Mn含量控制在1.70-2.20％。
加入适量Si可以脱氧，也可以一定程度的提高强度，但是加入过多会导致焊缝韧性的下降。在气体保护焊中Si元素是主要的脱氧剂，因此将Si含量控制在0.40-0.70％。
Ni在焊缝金属中作为强化元素，通过晶粒细化和固溶强化提高焊缝的强度，同时也能降低焊缝金属的韧脆转变温度。本发明中的强韧性主要依靠其他元素来实现，加入适量的Ni主要是与C、Mn元素综合作用提高焊缝的断裂韧性，因此将Ni含量控制在1.00-1.40％。
Ti与奥氏体中的N反应生成TiN颗粒，TiN具有很低的溶解度，在焊缝中形成很细的弥散物，可以有效的阻止晶粒长大，同时成为针状铁素体的形核核心，大大提高焊缝的韧性。因此将Ti含量控制在0.015-0.025％，N含量控制在0.0040-0.0075％。
S、P是焊缝中的主要有害元素，将会降低焊缝金属的低温韧性，尽量控制在一个较低的水平，其中S小于0.005％，P小于0.010％。
本发明设计的核心在于满足EH40止裂钢力学性能要求前提下，采用低C高Mn来获得适当的强度，同时这两个元素与Ni进行组合，获得优良的断裂韧性。
一般认为Ni的加入有利于提高焊缝金属的韧塑性，对于止裂性能也有帮助，但是单纯依靠Ni来提高焊缝的止裂性能需要添加2.5％以上的Ni才会有效果。焊缝的止裂性能与组织的类型以及晶粒的尺寸相关，因此设计成分体系时在兼顾满足强韧要求的前提下，通过对几个主要元素的组合控制来形成韧塑性优良的组织，同时能够在不同焊接热输入情况下控制晶粒的长大。C、Mn、Ni、Ti是主要的控制元素，其中C、Mn、Ni元素在提高焊缝CTOD值时贡献度不同，将它们按照一定的比例控制在一个范围内就能获得优良的止裂性能，将这三种元素对止裂性能的贡献定义COD当量：ECOD＝C+Mn/8+Ni/12，经试验验证，将ECOD＝C+Mn/8+Ni/12的值控制在0.410～0.440％之间能获得优良的止裂性能。本发明由于是气体保护焊丝，需要加入较大含量的Si元素进行脱氧，因此容易产生淬硬组织，采用降低C含量，提高Ni含量的方法来提升低温韧性。
另外，Ti元素也是关键元素，在COD当量控制在0.410～0.440％期间时，0.015-0.025％的Ti含量在固化焊缝中的N元素同时，形成细小的TiN促进针状铁素体的形成，提高焊缝的低温韧性，稳定焊缝的止裂能力，其中Ti/N的比值控制在3.30～3.50之间。
本发明的有益效果：
1.本发明焊丝焊前不需预热，焊后不用热处理，适用于单道焊和多道焊。
2.本发明采用Ar80％+CO2 20％混合气体保护焊接，所得熔敷金属具有适宜的强度和优良低温冲击韧性，焊缝屈服强度大于390Mpa，抗拉强度大于510Mpa，焊缝冲击韧性大于120J(-60℃)。
3.本发明焊丝采用Ar80％+CO2 20％混合气体保护焊接后具有优良的断裂韧性，δ0≥0.25mm(-40℃)。
本发明通过采用Ar80％+CO2 20％混合气体保护焊接，可以实现对EH40高性能集装箱船用止裂钢的焊接，具有优良的力学性能和止裂性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
根据本发明的化学成分范围，冶炼5炉焊丝钢(焊丝成分如表1所示)，拉拔成直径1.2mm的焊丝，采用Ar80％+CO2 20％混合气体保护焊接，焊接电流260～290A，焊接电压27～31V，焊接速度33cm/min。焊缝熔敷金属性能如表2和表3所示。
试验结果表明，本发明的实施例满足EH40止裂钢的性能要求以及断裂韧性要求。
表1焊丝化学成分，单位：wt％
Figure BDA0002076465060000051
表2焊缝金属拉伸及冲击性能
Figure BDA0002076465060000052
表3焊缝金属CTOD值
Figure BDA0002076465060000061

Claims (1)

1.一种EH40止裂钢用气体保护焊丝，其化学成分重量百分比为：C 0.04-0.10％；Si0.40-0.70％；Mn 1.70-2.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti 0.015-0.025％；Ni 1.00-1.40％；N 0.0040-0.0075％；余量为Fe和其他不可避免杂质，且，需同时满足：
ECOD＝C+Mn/8+Ni/12，0.410～0.440％；
Ti/N，3.30～3.50。
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