CN1709635A

CN1709635A - 用于焊接高强钢的气体保护焊丝

Info

Publication number: CN1709635A
Application number: CNA2005100190596A
Authority: CN
Inventors: 缪凯; 黄治军; 刘吉斌; 曹修悌; 王玉涛; 胡因洪; 胡家国
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: CN100423880C

Abstract

本发明涉及一种高强度高韧性钢的气体保护焊丝。其主要目的解决目前用于高强度高韧性工程新钢种用气保护焊焊接材料的焊缝的强度与韧性不匹配问题。其技术措施：其在于焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.04～0.12、Mn：1.50～2.10、Si：0.50～1.0、Ni：0.9～2.0、Ti：0.09～0.25、B：0.002～0.010、Cu：0.10～0.55、Cr：0.20～0.60、S≤0.015、P≤0.020、Als≤0.015，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。本发明焊丝采用混合气体(80％Ar+20％CO₂)保护。本发明的焊缝金属抗拉强度达到805MPa，－30℃冲击功Akv≥127J。

Description

用于焊接高强钢的气体保护焊丝

一、技术领域

本发明涉及一种金属材料焊接用的气体保护焊丝，尤其适用于焊接800MPa级别高强度高韧性工程结构用钢。

二、背景技术

随着工程机械新钢种强度与韧性的不断提高，现有焊丝焊缝强韧性与基材相比差距较大，高强度系列焊接材料每年需大量进口，无法满足国内重点工程需求。为了满足我国工程机械、石油管线、压力容器、汽车制造等新一代高性能工程结构用钢等行业气体保护焊焊接材料的需求，迫切需要开发新一代高强度高韧性气保护焊丝。气体保护焊具有焊接工艺性好，生产效率高，焊接成本低，节能、适应全位置焊接，便于实现自动化和半自动化焊接生产等特点。随着工程机械新钢种强度与韧性的不断提高，目前，尚无真正用于800MPa级气体保护焊焊丝，而是普遍采用低匹配的Mn-Si-Mo系焊丝JS-60。该焊丝不足之处在于焊缝金属抗拉强度低于700MPa，且低温冲击韧性较差。ESAB公司生产的ST700混合气体保护焊丝，熔敷金属虽已达到700MPa，但不足之处是其低温冲击韧性较差，不能满足结构在低温服役下的使用要求。日本专利P2000-218391A介绍了一种气体保护焊丝，该焊丝的焊缝金属具有良好的低温冲击韧性，但不足之处是抗拉强度不能稳定达到700MPa。低温冲击韧性不能满足高强度工程系列结构钢种在低温服役下强韧性匹配使用技术要求。中国专利公开号为CN1413795A的专利，虽然其焊丝能与700-800MPa的高强钢匹配使用，但其不足是由于Ni含量较高，在焊丝的拉拔中易拉断，并且制造工艺相对复杂，而且还由于含有价格较贵的Mo元素，使其生产成本增加。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种与700-800MPa的高强钢匹配焊接用、既能达到高强度，又能使接头具有优良的高韧性、冶炼工艺稳定的用于焊接高强钢的气体保护焊丝。

实现上述目的技术内容：

为达到上述目的，本发明提出了一种用于焊接高强钢的气体保护焊丝，其在于焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.04～0.12、Mn：1.50～2.10、Si：0.50～1.0、Ni：0.9～2.0、Ti：0.09～0.25、B：0.002～0.010、Cu：0.10～0.55、Cr：0.20～0.60、S≤0.015、P≤0.020、Als≤0.015，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。

其在于Ni的重量百分比为：1.2～1.80。

其在于Ni的重量百分比为：1.4～1.60。

其在于Cu的重量百分比为：0.30～0.50。

本发明的实施是通过混合气体(80％Ar+20％CO₂)保护进行焊接。焊丝中加入合适的Ti、B、Ni、Cr、Cu等微量合金元素，促使在焊缝金属中产生大量高密度位错的细针状铁素体组织。其具体作用：

金属元素Ti、B：在焊缝中联合加入Ti、B，可限制先共析铁素体的转变，而扩大针状铁素体转变的区域，从而在焊缝中可稳定获得大量的针状铁素体组织。还有利于抑制焊缝中奥氏体晶粒长大，推迟奥氏体到铁素体的转变温度，促使焊缝金属晶内针状铁素体的形成，细化二次晶粒。焊丝中加入Ti可以细化焊缝金属组织。Ti与N具有极高的亲和力，Ti与N结合成TiN质点，作为晶核，促使焊缝中针状铁素体的形成。固溶的B在奥氏体晶界聚集降低晶界能量，能控制先共析铁素体的析出，B还能推迟奥氏体→铁素体相转变温度，有利于晶粒内针状铁素体的形成。

金属元素Si、Mn：在焊丝中加入Si、Mn，以使其在过渡到焊缝中时，通过脱氧反应形成氧化物夹杂或氧硫复合物夹杂。还有一部分夹杂物是Ti脱氮形成的氮化物。这些夹杂物可作为针状铁素体的形核质点。形核质点的数量直接决定针状铁素体针片的大小。Si重量百分比控制在0.50～1.00，在焊接时起脱氧作用与强化焊缝作用。Mn重量百分比控制在1.40～2.10；Mn是焊缝强韧化的有效元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹的铁硫化物的形成。

金属C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu诸元素，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。焊丝中C的重量百分比控制在0.04～0.12，C元素含量对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响。当C含量较低时，焊缝强度较低，焊缝金属中铁素体比例较高。当C含量较高时，焊缝韧性下降，焊缝中珠光体比例增加。因此C含量过高或过低均会影响焊缝中针状铁素体含量。

焊丝中Ni有利于提高焊缝金属的韧性尤其是低温冲击韧性，降低脆性转变温度。Ni重量百分比控制在0.90～2.00。Ni含量太高时，不仅导致焊丝强度及硬度过高、使焊缝与母材成分差别加大，也使焊丝成本增加。

适量的Cu、Cr对焊缝有强化作用，以增加焊缝的耐大气腐蚀性能。Cu重量百分比含量小于0.55时，以固溶强化方式提高焊缝强度，并降低针状铁素体起始转变温度，提高针状铁素体含量；当Cu重量百分比含量大于0.55时，以析出方式强化焊缝，但对焊缝韧性不利。因此将焊丝中Cu重量百分比含量控制在0.20～0.55。焊缝中含一定的Cr元素有利于提高焊缝中针状铁素体含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝强韧性。Cr还有助于保持焊缝热处理后性能维持在较高的水平。

Als元素有利于在焊缝中脱氧，为了提高焊缝金属的韧性，但其重量百分比含量应控制在小于0.01较低范围内为好。

S、P元素为有害元素，故将其含量控制在较低范围内，以提高焊缝纯净度和焊接性能及进一步提高焊缝耐候性能。

本发明气体保护焊丝具有如下优点：

1、本焊丝钢冶炼工艺稳定、易于实施，钢坯的轧制及焊丝拉拨、镀铜等性能优良，满足焊接高强度高韧性新一代工程结构钢、海洋舰船、石油管线等高强度、高韧性系列钢种的焊接技术要求。

2、本发明焊丝用800MPa强度级别钢种的焊接，采用混合气体(80％Ar+20％CO₂)保护时，焊缝金属的抗拉强度达到805MPa，-30℃冲击功Akv达到127J。

3、焊丝具有优良的焊接工艺性能，焊接电弧稳定，飞溅小，无气孔、成型美观，适应于全位置焊接。

四、具体实施方式

下面用实施例进一步详述本发明：本发明焊丝所用合金体系，其盘条冶炼、轧制及焊丝拉拔工艺容易实施，焊丝成本较低。

实施例1：采用0.5吨电炉进行焊丝钢冶炼。其焊丝钢的化学成份重量百分比为：C：0.050、Mn：1.78、Si：0.53、Ni：1.0、Ti：0.11、B：0.003、Cu：0.12、Cr：0.26、Als：0.010、S：0.004、P：0.011，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。冶炼后焊丝钢拉拔成规格为Φ1.6mm的焊丝，经表面镀铜后成为成品焊丝。采用混合气体(80％Ar+20％CO₂)保护进行焊接时，焊接规范为：焊接电流330～360A，焊接电压26～28V，焊接速度30cm/min，气体流量18-20L/min，焊接线能量19KJ/cm。焊接试板厚20mm，坡口角度45°，带12mm垫板，根部间隙为12m。熔敷金属的力学性能为：ReL＝740MPa，Rm＝805MPa，A＝19％，Z＝64％，焊缝冲击功Akv(20℃)＝134J，冲击功Akv(-20℃)＝130J，冲击功Akv(-30℃)＝127J，焊缝具有优良的低温冲击韧性及优良的强韧性匹配。

实施例2：采用0.5吨电炉进行焊丝钢冶炼。其焊丝钢的化学成份重量百分比为：C：0.072、Mn：1.86、Si：0.65、Ni：1.28、Ti：0.16、B：0.0058、Cu：0.26、Cr：0.35、Als：0.011、S：0.005、P：0.010，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。冶炼后将焊丝钢拉拔成规格为Φ1.2mm的焊丝，经表面镀铜后成为成品焊丝。进行DB685钢板厚为10mm平焊对接试验，采用混合气体(80％Ar+20％CO₂)保护进行焊接。焊接规范为：焊接电流200～220A，焊接电压23V，焊接速度20cm/min，气体流量18L/min，焊接线能量15KJ/cm。焊接接头板拉试验断在焊外17mm处，接头冷弯d＝3a、120°完好；焊缝系列温度冲击功Akv分别为144J(20℃)、131J(0℃)、122J(-20℃)、77(-40℃)，热影区系列温度冲击功Akv分别为170J(20℃)、138J(0℃)、120J(-20℃)、58J(-40℃)。

实施例3：采用0.5吨电炉进行焊丝钢冶炼。其焊丝钢的化学成份重量百分比为：C：0.068、Mn：1.70、Si：0.70、Ni 1.30、Ti 0.19、B：0.007、Cu 0.36、Cr 0.40、Als：0.014、S：0.006、P：0.011、余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。冶炼后将焊丝钢拉拔成规格为Φ1.2mm的焊丝，经表面镀铜后成为成品焊丝。焊丝采用80％Ar+20％CO₂作为保护气体，焊接19mm厚新一代工程机械结构用钢HG70E。焊接规范为：焊接电流220～240A，焊接电压25V，焊接速度26cm/min，气体流量18L/min，焊接线能量13.3KJ/cm。焊接接头板拉试验断在焊外16mm处，接头冷弯d＝3a、120°完好，焊接接头的抗拉强度、冷弯性能优良。焊缝系列冲击功Akv(20℃)＝103J，Akv(0℃)＝98J，Akv(-20℃)＝90J，Akv(-40℃)＝63J。热影响区系列温度冲击功Akv(20℃)＝136J、Akv(0℃)＝131J、Akv(-20℃)＝111J、Akv(-40℃)＝77J。

实施例4：采用0.5吨电炉进行焊丝钢冶炼。其焊丝钢的化学成份重量百分比为：C：0.065、Mn：1.85、Si：0.70、Ni：1.85、Ti：0.20、B：0.006、Cu：0.48、Cr：0.46、Als：0.011、S：0.005、P：0.011、余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。冶炼后将焊丝钢拉拔成规格为Φ1.2mm的焊丝，经表面镀铜后成为成品焊丝。焊丝采用80％Ar+20％CO₂作为保护气体，焊接19mm厚新一代工程机械结构用钢HG785。焊接规范为：焊接电流240～260A，焊接电压31V，焊接速度33cm/min，气体流量18L/min，焊接线能量14.1KJ/cm。接头强度达到Rm 850MPa，接头冷弯d＝3a、120°完好，焊缝冲击功Akv(-20℃)为92J、热影响区Akv(-20℃)为72J。

Claims

1、用于焊接高强钢的气体保护焊丝，其特征在于焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.04～0.12、Mn：1.50～2.10、Si：0.50～1.0、Ni：0.9～2.0、Ti：0.09～0.25、B：0.002～0.01、Cu：0.10～0.55、Cr：0.20～0.60、S≤0.015、P≤0.020、Als≤0.015，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素。

2、根据权利要求1所述的用于焊接高强钢的气体保护焊丝，其特征在于Ni的重量百分比为：1.2～1.80。

3、根据权利要求1所述的用于焊接高强钢的气体保护焊丝，其特征在于Ni的重量百分比为：1.4～1.60。

4、根据权利要求1所述的用于焊接高强钢的气体保护焊丝，其特征在于Cu的重量百分比为：0.30～0.50。