CN1192851C - 一种低合金高强度高韧性电焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接材料领域。特别是采用低合金材料制备的电焊条，适用于焊接屈服强度大于780MPa级的高强度高韧性钢材。本发明高强高韧电焊条的特征在于组成该电焊条的熔敷金属化学成分为：C≤0.07%；Si 0.16-0.48%；Mn 1.17-1.52%；Ni 2.81-3.62%；Cr 0.08-0.33%；Mo 0.67-1.08%；Ti 0.005-0.025%；其余为Fe。采用本发明电焊条与现有技术相比较，具有成分设计简单、合理。本发明焊条的熔敷金属具有优良的综合力学性能，其抗拉强度大于850MPa；屈服强度在785MPa以上；在-50℃的冲击功大于55J；在-80℃的冲击功大于32J。

Description

一种低合金高强度高韧性电焊条
技术领域
本发明属于焊接材料领域。特别是采用低合金材料制备的电焊条，适用于焊接屈服强度大于780Mpa级的高强度高韧性钢种。
背景技术
在现有技术的焊接材料领域中，用于焊后追求得到高强度、高韧性的焊接材料有CN1120479A；CN1042680A；CN1200317A；US6114656A等专利文献，在这些文献中分别介绍了不同的焊丝成分组成与使用性能等，但通过文章可看出该类专利均属气保焊、埋弧焊等焊丝材料。在焊接过程中，焊丝的脱氧元素钛、硅、锰等都有较大烧损，如保护气体不同，则烧损程度也不同，采用CO2气体保护焊时的烧损程度就远高于Ar气保护焊。而埋弧焊焊丝的成分也与熔敷金属的成分有区别，当采用高硅焊剂时，会有部分硅从焊剂中向熔敷金属中过渡，因此焊丝中的硅含量应比熔敷金属中含量低些。基于上述，焊丝的成分不适于与电焊条的熔敷金属成分进行比较。作为焊接材料被用在船舶、压力容器等大型结构件的制造时，由于采用的钢板多为高强度钢，承受动载荷，而且还常在低温环境下使用，因此，对焊接材料不仅要求具有高的强度，还要具有良好的低温韧性。目前已知的高强度焊接材料(1998年冶金工业出版社出版的“低合金钢焊接基本数据手册”)有：HQ100钢专用配套焊条的熔敷金属的力学性能是σs＝859Mpa；σb＝978Mpa；-40℃的冲击功Akv＝37J。该类电焊条的主要缺点是低温韧性差，与高强度、高韧性的母材匹配效果不理想。
发明目的与内容
本发明的目的是提出一种成分设计合理，能提高焊条熔敷金属屈服强度和低温韧性的低合金高强度高韧性电焊条。
根据本发明目的，我们所提出的组成低合金高强度高韧性电焊条的熔敷金属化学成分(重量％)为：C≤0.07％；Si 0.16-0.48％；Mn 1.17-1.52％；Ni2.81-3.62％；Cr 0.08-0.33％；Mo 0.67-1.08％；Ti 0.005-0.025％；其余为Fe。在本发明电焊条的熔敷金属成分中，我们对各化学元素的限定理由分别叙述如下：在本发明电焊条的成分中，碳有提高熔敷金属强度的效果，同时对降低其韧性和抗裂性能都有明显的作用，为提高韧性和改善抗裂性能，碳的含量应尽量低些。但是，焊接过程中，焊芯、药皮中的铁合金和碳酸盐等物质都有可能向熔敷金属中过渡碳，所以，碳含量应限制在≤0.07％。在本发明电焊条成分中加入的硅是焊接过程中有效的脱氧元素，当熔敷金属中的硅含量小于0.16％时，不可能充分的脱氧，使焊缝中可能产生气孔等焊接缺陷；当含硅量超过0.6％时，则对焊缝的低温韧性有损害。锰元素具有良好的脱氧和脱硫效果，能有效地提高熔敷金属的强度，当含锰量小于1.17％时，熔敷金属的强度达不到要求，同时也不利于防止焊接热裂纹的产生；当含锰量大于1.52％时，熔敷金属的韧性会降低。在本发明成分中加入的镍可以通过细化α相的晶粒来提高熔敷金属的韧性，降低其脆性转变温度；当镍含量小于2.81％时，低温下冲击功达不到使用要求，但镍含量大于3.62％时，热裂纹敏感性则会增大。再有，铬是碳化物的形成元素，对提高材料的强度有明显作用，但对低温韧性也有明显的不良影响，因此要想获得理想的低温韧性，铬含量应控制在0.33％以下。加入钼元素在提高材料强度的同时对低温韧性没有明显的不良影响，因此，为达到所要求的强度，应控制钼含量不小于0.67％，但钼含量高于1.08％时，会对材料的韧性不利。钛是强烈的脱氧元素，它与氮有很强的亲合力，所形成的TiN质点可以作为晶核，促进针状铁素体的生成，具有细化组织提高韧性的效果。但是，钛元素的过渡系数很小，绝大部份钛在焊接时被电弧烧损，为了改善本发明焊条的韧性，钛元素的含量应控制在0.005％-0.025％范围内。在本发明焊条中的硫、磷都属于对熔敷金属的韧性有很大危害的元素，应该尽量降低。其余为Fe。本发明低合金高强度高韧性电焊条的制备与现有技术相同，可以采用通过药皮形成合金化的电焊条，也可以采用通过焊芯形成合金化的电焊条。按本发明电焊条的熔敷金属合金成分进行冶炼并铸成钢锭，再经锻造、轧制盘条、拔丝成设定尺寸的电焊条合金焊芯；当采用药皮合金化时，通常使用市售的H08E焊芯，在通用的油压型焊条压涂机上压制成焊条，然后经低温烘干和高温烘干。
采用本发明低合金高强度高韧性电焊条与现有技术相比较，具有成分设计简单、合理，采用该电焊条进行施焊，能有效地提高焊条熔敷金属屈服强度和低温韧性，经实践证明(见实施例)本发明电焊条的熔敷金属具有优良的综合力学性能，其抗拉强度大于850MPa；屈服强度在785MPa以上；在-50℃的冲击功大于55J；在-80℃的冲击功大于32J。在低温韧性方面有明显的改善。
具体实施方式
采用本发明实施例的电焊条，通过焊芯合金化或部份焊芯十药皮实现合金化后，得到具有优良综合力学性能的熔敷金属。我们按设定的成分要求，共冶炼了3炉钢，钢锭先锻成110mm的方坯，再轧成φ8mm的盘条，最后拉拔成直径为φ4mm的合金焊芯。锻造温度1180℃，终锻温度为850℃；拉拔道次为5道次。为实现药皮合金化，我们选择了优质的H08E盘条，并拉拔成直径为φ4mm的焊芯，焊芯的具体化学成分均列入表1。实施例焊条的药皮成分配比见表2；焊条的制备是在通常的油压型焊条压涂机上压制成电焊条。电焊条经80℃低温烘干和400℃的高温烘干后供焊接试板用。焊接用试板为低合金钢板，厚度为20mm；钢板的化学成分见表3；焊接坡口尺寸、取样位置及试验方法等均按国家标准GB/T5118(低合金钢焊条)的规定进行实施。本发明实施例的焊接条件如下：直流电源反极性，焊接电流150-160A；电压23-24V；焊速为150-160mm/分钟；道间温度120-130℃。电焊条熔敷金属的化学成分均列入表4；电焊条熔敷金属的力学性能列入表5。
在本发明实施例中所列举的各表分别为：表1为本发明实施例焊条的焊芯具体化学成分对比(重量％)；表2为实施例焊条的药皮成分配比(重量％)；表3为实施例用低合金钢钢板的化学成分(重量％)；表4为实施例电焊条的熔敷金属化学成分(重量％)；表5为实施例电焊条的熔敷金属力学性能。在下列各表中序号1-6为本发明实施例，序号7为对比例。
表1本发明实施例焊条的焊芯具体化学成分对比(重量％)
   元素序号  C  Si  Mn  Ni  Cr  Mo  Ti   Fe
    1  0.045  0.13  1.45  3.38  0.27  0.88  0.014   余
    2  0.040  0.25  1.04  3.72  0.19  0.75  0.008   余
    3  0.047  0.36  1.28  1.67  0.11  0.52  0.023   余
    4  0.058  0.02  0.49  /  /  /  /   余
表2本实施例焊条的药皮成分配比(重量％)
   成分序号   大理石   萤石   金红石   冰晶石   碱面   硅铁   钛铁   金属锰   金属铬   镍粉   钼粉   铁粉   备注(序号)
    1   46   27   5.5   3.0   0.5   2.0   7.0   1.0   0   0   0   余   1#焊芯
    2   47   25   5.5   3.0   0.5   2.0   7.0   2.0   0   0   0   余   2#焊芯
    3   45   24   5.0   3.0   0.5   2.0   8.0   2.5   0   4.0   0.5   余   3#焊芯
    4   46   23   5.0   3.0   0.5   3.0   7.0   1.5   1.0   5.0   1.0   余   3#焊芯
    5   38   22   3.5   2.0   0.5   2.0   10   5.0   1.0   11   3.5   余   4#焊芯
    6   36   23   3.0   2.0   0.5   5.0   11   6.5   0.5   9.5   2.5   余   4#焊芯
    7   35   22   3.0   2.0   0.5   3.0   12   8.0   2.0   6.0   1.5   余   4#焊芯
表3本实施例采用低合金钢钢板的化学成分(重量％)
    C     Si     Mn     Ni     Cr     Mo     Cu   Fe
    0.11     0.22     0.85     1.21     0.62     0.50     0.35   余
表4本实施例电焊条的熔敷金属化学成分(重量％)
  元素序号   C   Si   Mn   Ni   Cr   Mo   Ti   Fe
   1   0.047   0.22   1.41   3.30   0.23   0.82   0.019   余
   2   0.042   0.34   1.22   3.62   0.15   0.72   0.014   余
   3   0.051   0.39   1.52   2.90   0.08   0.67   0.025   余
   4   0.048   0.45   1.34   3.11   0.33   0.81   0.022   余
   5   0.058   0.16   1.17   3.43   0.27   1.08   0.005   余
   6   0.059   0.48   1.39   2.81   0.13   0.76   0.008   余
   7   0.061   0.31   1.68   1.77   0.52   0.44   0.011   余
表5本实施例电焊条熔敷金属的力学性能

Claims (1)

1、一种电焊条，其特征在于组成该电焊条的熔敷金属化学成分重量％为：C≤0.07％；Si 0.16-0.48％；Mn 1.17-1.52％；Ni 2.81-3.62％；Cr 0.08-0.33％；Mo 0.67-1.08％；Ti 0.005-0.025％；其余为Fe。
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