CN1257039C - 一种高强度焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接材料领域。该焊条是一种在焊态下使用具有高强度的焊条，可用于焊接屈服强度大于950MPa级的高强度结构钢。本发明高强度焊条的特征在于组成焊条的熔敷金属化学成分为：C≤0.07%；Si 0.1-0.6%；Mn 1.2-1.9%；Ni 2.6-3.8%；Cr 0.41-1.50%；Mo 0.66-1.6%；Ti 0.003-0.03%；其余为Fe。本发明焊条与现有技术相比较具有成分设计合理。该焊条的熔敷金属具有良好的综合力学性能，其抗拉强度大于1000MPa；屈服强度在950MPa以上；在-50℃的冲击功大于27J。

Description

一种高强度焊条
所属领域
本发明属于焊接材料领域。特别适合于焊接屈服强度大于950Mpa级的高强度结构钢用高强度焊条。
背景技术
在现有技术的焊接材料领域中，有资料介绍过能达到高强度的焊接材料有：CN 1120479A；CN 1200317A；US 6114656A；US 5744782A；US5523540等几项专利文献，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，焊丝中的脱氧元素钛、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要比熔敷金属中含量低些。基于上述，焊丝的成分不适于与焊条的熔敷金属成分进行比较。专利文件CN1433869A所发明的高强度高韧性焊条，其熔敷金属的屈服强度为785Mpa级，在该专利的实施例中，焊条的熔敷金属力学性能是：σb＝895Mpa，σ0.2＝830Mpa，-50℃的冲击功Akv＝56J，在强度方面远不能满足屈服强度为950Mpa级高强度钢的焊接要求。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，它的熔敷金属力学性能是σg＝859Mpa；σb＝978Mpa；-40℃的冲击功Akv＝37J。该焊条的不足之处也是熔敷金属的屈服强度低，不能与母材的高强度性能相匹配。
发明内容
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的高强度焊条。
根据本发明目的，我们所提出的在焊态下使用具有高强度的焊条，其特征在于熔敷金属化学成分的重量％为：C≤0.07％；Si 0.1-0.6％；Mn 1.2-1.9％；Ni 2.6-3.8％；Cr 0.41-1.50％；Mo 0.66-1.6％；Ti 0.003-0.03％；其余为Fe。在本发明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0.1％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1.2％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1.9％时，熔敷金属的韧性会降低。在本发明焊条中加入的镍，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2.6％时，低温下冲击功则明显下降，但镍含量大于3.8％时，热裂纹敏感性则会增大。铬是碳化物的形成元素，对提高熔敷金属的强度有明显作用，但对低温韧性则有不良的影响，当Cr含量小于0.41％时，熔敷金属的强度达不到要求；当Cr含量大于1.5％时，熔敷金属的韧性明显恶化。加入钼元素在提高强度的同时对低温韧性也有一定的不良影响，因此，为达到所要求的强度，应控制钼含量不小于0.66％，但钼含量高于1.6％时，会对韧性不利。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0.003％-0.03％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。本发明高强度焊条的制备与现有技术相同，可以采用通过药皮实现合金化，也可以采用通过焊芯实现合金化。按本发明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。
采用本发明高强度焊条与现有技术相比较，具有成分设计简单、合理，采用该焊条进行焊接，能有效地提高焊条熔敷金属的屈服强度，经实践证明(见实施例)，本发明焊条的熔敷金属具有良好的综合力学性能，其抗拉强度大于1000MPa；屈服强度在950MPa以上；在-50℃的冲击功大于27J。
具体实施方式
本发明实施例的焊条，是通过焊芯合金化或部份焊芯十药皮实现合金化后，得到了综合力学性能良好的熔敷金属。按设定的成分要求，共冶炼了2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焊条。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；电弧电压23-24V；焊速为150-160mm/分钟；道间温度120-130℃。焊条熔敷金属的化学成分均列入表4；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(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为实施例焊条的熔敷金属化学成分(重量％)；表5为实施例焊条的熔敷金属力学性能。在下列各表中序号1-4为本发明实施例，序号5为对比例。
表1本发明实施例焊条的焊芯具体化学成分(重量％)
  元素序号   C   Si   Mn   Ni   Cr   Mo   Ti   Fe
  1   0.042   0.39   1.69   3.74   0.97   0.78   0.026   余
  2   0.045   0.26   1.28   2.71   0.61   0.64   0.011   余
  3   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   49   28   5.5   3.0   0.5   2.0   8.0   2.5   0   0   0   余   1#焊芯
  2   48   27   5.0   3.0   0.5   2.0   6.0   3.0   0   0   1.5   余   2#焊芯
  3   46   24   5.0   3.0   0.5   3.5   9.0   2.0   1   2   1.0   余   2#焊芯
  4   32   18   3.0   2.0   0.5   5.5   10   8.5   3.5   12   2.5   余   3#焊芯
  5   36   21   3.0   2.0   0.5   4.5   9.0   7   2.5   11   1.5   余   3#焊芯
表3本实施例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   0.045   0.38   1.81   3.70   0.94   0.76   0.019   余
  2   0.048   0.23   1.45   2.68   0.58   1.09   0.008   余
  3   0.051   0.44   1.34   3.27   0.86   0.93   0.014   余
  4   0.061   0.36   1.78   3.54   1.04   0.77   0.020   余
  5   0.060   0.29   1.54   3.29   0.73   0.44   0.017   余
表5本实施例焊条的熔敷金属力学性能

Claims (1)

1、一种在焊态下使用具有高强度的焊条，其特征在于该焊条的熔敷金属化学成分重量％为：C≤0.07％；Si 0.1-0.6％；Mn 1.2-1.9％；Ni 2.6-3.8％；Cr 0.41-1.5％；Mo 0.66-1.6％；Ti 0.003-0.03％；其余为Fe。
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