CN1413795A

CN1413795A - 超低碳高强度气体保护焊丝材料

Info

Publication number: CN1413795A
Application number: CN 02158129
Authority: CN
Inventors: 田志凌; 马成勇; 何长红; 张晓牧; 彭云
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: CN1239292C

Abstract

本发明属于金属材料焊接用气体保护焊丝的材料领域。更适用于制备超低碳高强度的气体保护焊丝材料。组成该焊丝的化学成分(重量％)为：C0.01－0.05，Mn 1.00－3.00，Si 0.1－1.0，Ni 2.0－6.0，Mo 0.2－2.5，Ti 0.01－0.08，B 0.0002－0.008，RE 0.01－0.5，S≤0.01，P≤0.01，余量为Fe及其它不可避免的杂质。采用本发明焊丝与现有技术相比较，具有成份设计简单合理、使用方便，施焊后焊缝处金属冷裂纹敏感性小，而且焊缝处金属与母材性能结果相近等特点。

Description

超低碳高强度气体保护焊丝材料

技术领域

本发明属于金属材料焊接用气体保护焊丝的材料领域。更适用于制备超低碳高强度的气体保护焊丝材料。

背景技术

在700-800MPa级的低合金高强度钢和超细晶粒钢的施焊过程中，为了得到焊缝的金属强度与母材强度相匹配的结果，需采用对焊缝处添加必要的合金元素进行成分补偿，目的在于焊后得到在焊缝处的金属与母材成分和性能更接近的效果。但是由于采用传统的焊丝施焊后，焊缝处金属冷裂纹敏感性会有所增大，在施焊工艺中还需采取预热等补救方法措施，使工作时的工况条件变得恶化和复杂。由于碳元素是产生冷裂纹最敏感的元素，而其他的元素对促进产生冷裂纹的作用则相对碳要小些。而且多种碳当量的表达公式也表明，其他元素对促进冷裂纹敏感性的作用与碳元素相比较均很低。因此采用传统的焊丝进行施焊时，很难获得焊缝金属与母材性能相匹配的结果。尤其是在施焊时不需预热，而焊缝处金属强度应达到700-800MPa，同时还具有高的低温冲击韧性的焊丝材料，在现有技术的焊接材料中还很难有达到此使用要求的焊丝材料。

发明目的与内容

本发明的目的是提出一种成份设计简单和使用方便，施焊后焊缝处金属冷裂纹敏感性小，而且焊缝处金属与母材性能结果相近的超低碳高强度气体保护焊丝材料。

根据本发明的目的，我们所提出的超低碳高强度气体保护焊丝材料的理由是，在考虑到降低碳含量的同时，可采用通过调整其他合金元素含量的方式，来提高焊缝金属强度的效果，而且还能够降低焊缝金属产生冷裂纹的敏感性和不需预热就能进行焊接。该气体保护焊丝材料的设计，除了是针对700-800MPa级低合金高强度钢的焊接外，还针对800MPa级超细晶粒度的高强度钢进行焊接。因此本发明所提出的超低碳高强度气体保护焊丝材料，其特征在于该焊丝材料的具体化学成分(重量％)为：C 0.01-0.05％；Mn1.00-3.00％；Si 0.1-1.0％；Ni 2.0-6.0％；Mo 0.2-2.5％；Ti 0.01-0.08％；B0.0002-0.008％；RE 0.01-0.5％；S≤0.01；P≤0.01；余量为Fe和不可避免的杂质。在本发明的超低碳高强度气体保护焊丝材料中，采取对碳含量的限定是考虑到，碳元素是非常有效的硬化和固溶强化组元，同时碳化物在起到强化作用时，还常常作为裂纹源出现，因此采取对材料成分中的碳含量限制在0.01-0.05％，有利于降低焊缝金属的冷裂纹敏感性。在本发明的焊丝材料中，锰作为硬化元素加入，同时他还起到脱氧和脱硫的作用。硅元素的加入有脱氧效果，当硅以固溶态的形式存在时，他可以提高基体的屈服强度，但会使材料的韧脆转变温度提高作用。镍是提高材料韧性的重要元素之一，也是奥氏体稳定化的主要元素，加入镍元素有降低韧脆转变温度的作用。钼是固溶强化的主要元素，他与其他元素相结合容易形成碳化物。钛元素的加入容易形成碳化物、氮化物和氧化物，可防止硼氧化和氮化，但是钛的加入量过高，会导致焊缝内产生过多的针状铁素体，因此钛的加入量为0.01-0.08％。在本发明的材料中加入硼可抑制先共析铁素体的产生和降低固溶氮的含量，因此加入少量硼可以提高材料的韧性。加入稀土可以细化焊缝的晶粒，球化夹杂物相和有效的提高材料的韧性。硫和磷均为有害杂质，含量应控制在0.01％以内。其余量为铁和其它不可避免的杂质。本发明气保焊丝材料的制备与现有技术制备工艺相同。首先按本发明所设计成分进行配料和炼钢，经真空炉冶炼后铸锭，锻钢的开锻温度为1050℃、终锻温度为850℃，轧钢十余道次后再经900-1000℃的退火处理，将轧后盘条再经多道次的(拉拔-退火-拉拔...)拉拔后可得直径(根据设计者要求)为1.2mm或1.6mm的焊丝。

采用本发明所设计的超低碳高强度气体保护焊丝材料与现有技术焊丝材料相比较，具有成份设计简单合理、使用方便，施焊后焊缝处金属冷裂纹敏感性小，而且焊缝处金属与母材性能结果相近等特点。本发明气体保护焊丝材料与中国专利CN1358607A相比较，因本发明焊丝材料成分中碳含量低和不合铜，并且调整了镍元素的含量，所以本发明焊丝更适宜于无预热焊接高强度结构钢。与中国专利CN1328897A相比较，本发明焊丝材料成分中Ti含量低和适量调整Ni元素的含量，这样可以有助于焊缝金属强度的提高和低温韧性的改善。与日本专利特开昭60-96394相比较，因本发明焊丝材料通过严格限制了Al含量和调整Ti含量，这样不仅改善了焊缝韧性，而且还细化晶粒和改善了焊缝金属的低温韧性。本发明焊丝材料与美国专利5,774,782相比较，由于在本发明中加入了适量的稀土元素，而焊缝中稀土类元素与硫有很大的亲和力，具有明显的脱硫、改善硫化物夹杂的尺寸、形态和分布的作用，所以对改善焊缝韧性有明显效果(在实施例对比中，因美国专利施焊试验条件不同所以没比较)。另外在本发明焊丝材料中加入适量稀土元素还可以降低熔敷金属中的扩散氢含量，降低了气孔敏感性及其他与氢有关的焊接缺陷。再有本发明焊丝材料与传统高强焊丝材料相比，由于本发明焊丝材料成分设计合理，使焊缝金属淬硬性显著降低，对焊接高强度钢时可进一步降低预热温度或采用无预热焊接。同时本发明焊丝材料在焊接过程中，由于焊缝金属是在较宽的能量输入范围内都将获得以贝氏体为主的组织，所以对焊接工艺的适应性增强。这样可以在不同的焊接工艺条件下获得组织性能更稳定的焊缝金属。

具体实施方案

在采用本发明超低碳高强度气体保护焊丝材料的成分范围，我们共制备了五组实施例，为了对比方便，我们在以下的对比表中同样列入了两组成分的对比材料。本发明超低碳高强度气体保护焊丝材料与现有技术焊丝材料的成分对比列入表1；表2为本发明超低碳高强度气体保护焊丝实施例与现有技术焊丝的力学性能的比较；本发明超低碳高强度气体保护焊丝材料均采用真空炉进行冶炼的，初锻温度为1020℃和终锻温度为950℃，然后经12道次轧后于950℃进行退火处理，再进行拉拔使焊丝达到设定尺寸。在本发明实施例各表中的序号1-5为本发明实施例焊丝，序号6为中国专利CN1328897A，序号7为中国专利CN1328897A。

表1本发明实施例焊丝材料与现有技术焊丝材料的成分比较(重量％)

成分序号	C	Mn	Si	P	S	Ni	Mo	Ti	B	Cr	Cu	RE	Fe
成分序号	C	Mn	Si	P	S	Ni	Mo	Ti	B	Cr	Cu	RE	Fe	1	0.047	2.02	0.27	0.006	0.004	3.72	0.77	0.011	0.003	/	/	0.05	余
2	0.014	1.95	0.24	0.006	0.005	3.84	0.76	0.02	0.003	/	/	0.03	余	1	0.047	2.02	0.27	0.006	0.004	3.72	0.77	0.011	0.003	/	/	0.05	余
2	0.014	1.95	0.24	0.006	0.005	3.84	0.76	0.02	0.003	/	/	0.03	余	3	0.01	2.03	0.31	0.005	0.004	3.76	0.99	0.016	0.003	/	/	0.02	余
4	0.011	2.09	0.35	0.007	0.004	3.73	0.96	0.026	0.004	/	/	0.01	余	3	0.01	2.03	0.31	0.005	0.004	3.76	0.99	0.016	0.003	/	/	0.02	余
4	0.011	2.09	0.35	0.007	0.004	3.73	0.96	0.026	0.004	/	/	0.01	余	5	0.025	2.12	0.38	0.004	0.001	3.84	0.81	0.027	0.006	/	/	0.03	余
6	0.063	1.77	0.65	0.011	0.008	1.25	/	0.19	0.007	0.27	0.3	/	余	5	0.025	2.12	0.38	0.004	0.001	3.84	0.81	0.027	0.006	/	/	0.03	余
6	0.063	1.77	0.65	0.011	0.008	1.25	/	0.19	0.007	0.27	0.3	/	余	7	0.05	1.54	0.50	0.005	0.005	0.89	/	0.11	0.006	/	/	/	余

表2本发明实施例焊丝与现有技术焊丝的力学性能的比较

性能序号	σ_p0.2MPa	σ_bMPa	δ₅％	φ％	A_kv，J-50℃
性能序号	σ_p0.2MPa	σ_bMPa	δ₅％	φ％	A_kv，J-50℃	1	790	840	18.5	66.5	115
2	710	795	21	73	111	1	790	840	18.5	66.5	115
2	710	795	21	73	111	3	720	775	22	76.5	157
4	740	830	18.5	72	120	3	720	775	22	76.5	157
4	740	830	18.5	72	120	5	760	830	20	70	80
6	665	740	17	63	97	5	760	830	20	70	80
6	665	740	17	63	97	7	515	595	24	79	83

本发明实施例的试板焊接是参照GB/T8110-1995《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝标准》进行。试板料选用Q235钢板，尺寸为350mm×150mm×20mm。垫板选用厚度为3mm的Q235钢板。为防止在气体保护焊时，母材稀释对焊丝熔敷金属成分的影响，使用同一试验焊丝在坡口两侧分别堆焊厚度为10mm的隔离层，采用Ar+5％CO₂气体保护焊，焊接线能量为18kJ/cm。表3为施焊钢板的化学成分(重量％)，表4为施焊钢板的力学性能。本发明实施例的试验是采用序号3的焊丝进行实际钢板施焊，钢板选用800MPa级超细晶粒的回火态钢板，厚度为12mm，钢板开有V形对接坡口，施焊采用Ar+5％CO₂进行气体保护焊，经多道焊至填满坡口。焊接线能量为30kJ/cm时，焊接金属的力学性能为σ_b＝760MPa，A_kv(-40℃)＝88J。焊接线能量为20kJ/cm时，焊接金属的力学性能为σ_b＝795MPa，A_kv(-40℃)＝94J。焊接线能量为10kJ/cm时，焊接金属的力学性能为σ_b＝820MPa，A_kv(-40℃)＝136J。

表3施焊钢板的化学成分(重量％)

C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Mo	Nb	Ti	B	Fe
C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Mo	Nb	Ti	B	Fe	0.041	0.33	1.59	0.008	0.005	0.29	0.26	0.25	0.053	0.03	0.0008	余

表4施焊钢板的力学性能

性能实施例	σ_p0.2MPa	σ_bMPa	δ₅％	φ％	A_kv，J-40℃
性能实施例	σ_p0.2MPa	σ_bMPa	δ₅％	φ％	A_kv，J-40℃	焊后性能参数	815	833	20	70	43

根据上述所列举的实施例和施焊试验结果可看出，采用本发明实施例气保焊丝均能获得很高的强度、塑性，尤其是熔敷金属的低温冲击韧性更显优异。经试验证明，本发明超低碳高强度气体保护焊丝材料具有强度高、低温韧性好，而且工艺性能优良，焊接电弧稳定、飞溅小、成形美观、无气孔和施焊时不需预热、焊缝处不裂纹等优点。

Claims

1、一种超低碳高强度用气体保护焊丝，其特征在于该焊丝组成的化学成分(重量％)为：C 0.01-0.05，Mn 1.00-3.00，Si 0.1-1.0，Ni 2.0-6.0，Mo 0.2-2.5，Ti 0.01-0.08，B 0.0002-0.008，RE 0.01-0.5，S≤0.01，P≤0.01，余量为Fe及其它不可避免的杂质。