CN113828963A - 一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝及其应用 - Google Patents

一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝及其应用，属于建筑结构用焊接材料制备技术领域。本发明焊丝的化学成分及质量百分比为：C 0.06～0.12，Si 0.30～0.55，Mn 1.50～2.00，S≤0.010，P≤0.010，Ni 1.60～2.50，Mo 0.30～0.65，Cu 0.30～0.50，Co 0.1～0.5，Ti 0.06～0.10，O≤0.01，余量为Fe。本发明提供的焊丝熔敷金属屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥830MPa，‑40℃冲击功Akv达到100J以上，抗震性屈强比≤0.90，具有良好的综合力学性能，也能保证耐大气腐蚀性能。

Description

一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝及其 应用
技术领域
本发明涉及一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝及其应用，属于建筑结构用焊接材料制备技术领域。
背景技术
为满足工程机械领域、建筑领域及跨海大桥等要求其钢种高耐候、高强度、高韧性并要求屈服强度级别达到690MPa以上的需求，针对工程、建筑及海洋大气环境，钢厂已经研制出具有高强韧性、高耐蚀性、抗震的屈服强度690MPa以上级别的Q690耐候钢。随之对焊接接头的性能也提出了更高的要求，焊接接头必须具有与基材相当的强韧性及耐候性能，抗拉强度要达到830MPa以上强度的要求。相应的焊接材料也必须同时满足这种要求，并且还要兼具经济性。但目前尚无能满足需求的相应气保护焊丝。
因此，提供一种屈强比适当、高韧性、耐蚀、抗裂性优异的超低氢690MPa级配套用气保焊丝是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决现有上述技术问题，提供一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝及其应用。
本发明的技术方案：
一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝，该焊丝的组成成分及质量百分比为：C 0.06～0.12，Si 0.30～0.55，Mn 1.50～2.00，S≤0.010，P≤0.010，Ni 1.60～2.50， Mo 0.30～0.65，Cu 0.30～0.50，Co 0.1～0.5，Ti 0.06～0.10，O≤0.01，余量为Fe。
进一步限定，Co的质量百分比为0.2～0.4。
进一步限定，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.092，Si 0.42，Mn 1.8，S0.0017，P 0.0049，Ni 1.85，Mo 0.40，Cu 0.45，Co 0.21，Ti 0.030，O 0.0092，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步限定，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.084，Si 0.51，Mn 1.90，S0.0020， P 0.0061，Ni 2.30，Mo 0.51，Cu 0.48，Co 0.23，Ti 0.034，O 0.0089，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步限定，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.086，Si 0.50，Mn 1.68，S0.0042， P 0.0045，Ni 2.39，Mo 0.41，Cu 0.35，Co 0.24，Ti 0.049，O 0.0099，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步限定，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.098，Si 0.49，Mn 1.88，S0.00023， P 0.0047，Ni 2.25，Mo 0.49，Cu 0.43，Co 0.21，Ti 0.052，O 0.0095，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步限定，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.10，Si 0.47，Mn 1.92，S0.0030，P 0.0055，Ni 2.03，Mo 0.51，Cu 0.42，Co 0.23，Ti 0.072，O 0.0097，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步限定，焊丝熔敷金属力学性能为：屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥830MPa，-40℃冲击功Akv达到100J以上，抗震性屈强比≤0.90。
应用上述建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝的方法，具体焊接工艺参数为：焊接电流U为28～33V，焊接电流I为280A，焊接速度V为350～450mm/min，道间温度≤200℃，采用Ar和CO2作为保护气，气体流量为18～22L/min。
进一步限定，保护气中Ar的体积百分比为80％，CO2的体积百分比为20％。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的焊丝熔敷金属屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥830MPa，-40℃冲击功Akv达到100J以上，抗震性屈强比≤0.90，具有良好的综合力学性能，也能保证耐大气腐蚀性能。
(2)本发明通过加入强化合金元素影响焊缝组织和性能，利用Si、Mo和Ni的成分控制屈强比，同时本发明通过增加Cu、Co元素达到显著提高低温冲击韧性的作用，解决了在高强度下提高低温冲击韧性遇到的强韧性匹配，强度高会恶化冲击性能等问题。
(3)本发明中各元素具体作用如下：
Si：有脱氧及强化焊缝基体强度的作用。可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成，但Si含量过高会使塑性和韧性下降，提高焊缝熔敷金属的屈强比，与Mo组合作用显著。Si含量对焊接工艺性能影响较大，含量提高时会提高熔池的流动性，焊缝成形美观，但是会增加裂纹倾向。因此，本发明中Si含量为 0.30％～0.55％。
Mo：是强碳化物形成元素，可以明显提高焊缝强度，且在提高强度的同时对塑韧性损伤不大，因此在满足强度的前提下，限制Mo含量。它作为一种高熔点物质，有良好的细化晶粒作用，可明显的提高钢的屈强比，防止回火脆性，因此，本发明中Mo含量为 0.30％～0.65％。
Ni：是一种常用的获得优良低温韧性的元素。强化铁素体并细化和增多珠光体，提高钢的强度，对钢的塑性影响较小，它可提高淬透性，促进针状铁素体的形成，能提高焊缝的强度和韧性，尤其中低温冲击韧性，降低韧脆转变温度，含镍钢的碳含量可适当降低，因而可使韧性和塑性有所改善，并调控屈强比。因此，本发明中Ni含量为1.60％～2.50％。
Cu：在钢中的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，加入铜还能提高钢的强度和屈强比，同时有细化晶粒作用，显著提高-40℃低温冲击韧性。铜含量超过0.75％时，经固溶处理和时效后，可产生时效强化作用。含量低时，其作用与镍相似，但较弱。含量较高时，可能导致铜脆现象造成脆断。因此，本发明中Cu含量为0.30％～0.50％，最佳0.30％～0.45％既能保证低温-40℃冲击性能，也能保证耐大气腐蚀性能。
Ti：是一种微合金强化元素；Ti与C、N亲合力较强，易于形成沉淀相而成为形核质点及晶界的钉扎质点达到细化钢的晶粒组织的效果，从而提高焊缝的强度和韧性。Ti还与S有较强亲合力，达到球化非金属夹杂及改善性能不均匀目的。因此，本发明中Ti含量为0.02％～0.10％。
Co：钴和镍、锰一样，和铁形成连续固溶体，钴和铝同是降低钢的淬透性的元素，同时通过细化晶粒，改善-40℃冲击韧性。因此，本发明加入了Co元素，Co含量为 0.1～0.5％。
O：控制熔敷金属中的含氧量，在保持焊道成形和脱渣性的条件下，含氧量越低韧性越好。因此，本发明中O含量为≤0.01％。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1：
本实施例焊丝的组成成分及质量百分比(Wt.％)为：C 0.092，Si 0.42，Mn 1.80，S0.0017，P 0.0049，Ni 1.85，Mo 0.40，Cu 0.45，Co 0.21，Ti 0.030，O 0.0092，余量为Fe 和其他不可避免的杂质。
利用0.5t电炉冶炼该焊丝，经过锻轧和拉拔镀铜后，加工成直径Φ1.2mm规格的焊丝。
本实施例获得的焊丝的气保焊焊接试验采80％Ar+20％CO2进行保护，焊接工艺参数如下表：
表1焊接工艺参数
Figure BDA0003315280790000041
本实施例的焊丝的熔敷金属拉伸性能、屈强比、冲击韧性、耐大气腐蚀性能见表2。
实施例2：
本实施例与实施例1不同处为：本实施例焊丝的组成成分及质量百分比(Wt.％)为： C 0.084，Si 0.51，Mn 1.90，S 0.0020，P 0.0061，Ni 2.30，Mo 0.51，Cu 0.48，Co0.23， Ti 0.034，O 0.0089，余量为Fe和其他不可避免的杂质。焊丝制备和焊接试验方式与实施例1相同，本实施例的焊丝的熔敷金属拉伸性能、屈强比、冲击韧性、耐大气腐蚀性能见表2。
实施例3：
本实施例与实施例1不同处为：本实施例焊丝的组成成分及质量百分比(Wt.％)为： C 0.086，Si 0.50，Mn 1.68，S 0.0042，P 0.0045，Ni 2.39，Mo 0.41，Cu 0.35，Co0.24， Ti 0.049，O 0.0099，余量为Fe和其他不可避免的杂质。焊丝制备和焊接试验方式与实施例1相同，本实施例的焊丝的熔敷金属拉伸性能、屈强比、冲击韧性、耐大气腐蚀性能见表2。
实施例4：
本实施例与实施例1不同处为：本实施例焊丝的组成成分及质量百分比(Wt.％)为： C 0.098，Si 0.49，Mn 1.88，S 0.0023，P 0.0047，Ni 2.25，Mo 0.49，Cu 0.43，Co0.21， Ti 0.052，O 0.0095，余量为Fe和其他不可避免的杂质。焊丝制备和焊接试验方式与实施例1相同，本实施例的焊丝的熔敷金属拉伸性能、屈强比、冲击韧性、耐大气腐蚀性能见表2。
实施例5：
本实施例与实施例1不同处为：本实施例焊丝的组成成分及质量百分比(Wt.％)为： C 0.10，Si 0.47，Mn 1.92，S 0.0030，P 0.0055，Ni 2.03，Mo 0.51，Cu 0.42，Co 0.23，Ti 0.072，O 0.0097，余量为Fe和其他不可避免的杂质。焊丝制备和焊接试验方式与实施例1相同，本实施例的焊丝的熔敷金属拉伸性能、屈强比、冲击韧性、耐大气腐蚀性能见表 2。
对比例1：
本对比例与实施例1不同处为：本实施例焊丝的组成成分及质量百分比(Wt.％)为： C 0.07，Si 0.45，Mn 1.85，S 0.0030，P 0.005，Ni 2.30，Mo 0.42，Cu 0.6，Co 0.03，Ti0.05， O 0.006，余量为Fe和其他不可避免的杂质。焊丝制备和焊接试验方式与实施例1相同，本对比例的焊丝的熔敷金属拉伸性能、屈强比、冲击韧性、耐大气腐蚀性能见表2。
对比例2：
本对比例与实施例1不同处为：本实施例焊丝的组成成分及质量百分比(Wt.％)为：C 0.08，Si 0.42，Mn 1.82，S 0.004，P 0.006，Ni 2.32，Mo 0.43，Cu 0.52，Co 0.03，Ti0.05， O 0.006，余量为Fe和其他不可避免的杂质。焊丝制备和焊接试验方式与实施例1相同，本对比例的焊丝的熔敷金属拉伸性能、屈强比、冲击韧性、耐大气腐蚀性能见表2。
对比例3：
本对比例与实施例1不同处为：本实施例焊丝的组成成分及质量百分比(Wt.％)为： C 0.08，Si 0.48，Mn 1.86，S 0.003，P 0.004，Ni 2.35，Mo 0.41，Cu 0.15，Co 0.2，Ti0.04， O 0.007，余量为Fe和其他不可避免的杂质。焊丝制备和焊接试验方式与实施例1相同，本对比例的焊丝的熔敷金属拉伸性能、屈强比、冲击韧性、耐大气腐蚀性能见表2。
表2焊丝的熔敷金属拉伸性能、屈强比、冲击韧性、耐大气腐蚀性能
Figure BDA0003315280790000051
注：耐大气腐蚀指数评价熔敷金属耐大气腐蚀性能：I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49 (％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Cu)-9.10(％Ni)-33.39(％Cu)2≥6.5 。

Claims (10)

1.一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于，所述的焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.06～0.12，Si 0.30～0.55，Mn 1.50～2.00，S≤0.010，P≤0.010，Ni 1.60～2.50，Mo 0.30～0.65，Cu 0.30～0.50，Co 0.1～0.5，Ti 0.06～0.10，O≤0.01，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于，所述的Co的质量百分比为0.2～0.4。
3.根据权利要求1所述的一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.092，Si 0.42，Mn 1.8，S 0.0017，P 0.0049，Ni1.85，Mo 0.40，Cu 0.45，Co 0.21，Ti 0.030，O 0.0092，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.084，Si 0.51，Mn 1.90，S 0.0020，P 0.0061，Ni 2.30，Mo 0.51，Cu 0.48，Co 0.23，Ti 0.034，O 0.0089，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.086，Si 0.50，Mn 1.68，S 0.0042，P 0.0045，Ni 2.39，Mo 0.41，Cu 0.35，Co 0.24，Ti 0.049，O 0.0099，余量为Fe。
6.根据权利要求1所述的一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.098，Si 0.49，Mn 1.88，S 0.0023，P 0.0047，Ni 2.25，Mo 0.49，Cu 0.43，Co 0.21，Ti 0.052，O 0.0095，余量为Fe。
7.根据权利要求1所述的一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于，焊丝组成成分及质量百分比为：C 0.10，Si 0.47，Mn 1.92，S 0.0030，P 0.0055，Ni2.03，Mo 0.51，Cu 0.42，Co 0.23，Ti 0.072，O 0.0097，余量为Fe。
8.根据权利要求1项所述的一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝，其特征在于，所述的焊丝熔敷金属力学性能为：屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥830MPa，-40℃冲击功Akv达到100J以上，抗震性屈强比≤0.90。
9.应用权利要求1～8任一项所述的建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝的方法，其特征在于，焊接工艺参数为：焊接电流U为28～33V，焊接电流I为280A，焊接速度V为350～450mm/min，道间温度≤200℃，采用Ar和CO2作为保护气，气体流量为18～22L/min。
10.根据权利要求4所述的建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝的应用方法，其特征在于，所述的保护气中Ar的体积百分比为80％，CO2的体积百分比为20％。
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