專利名稱：高強韌氣保焊絲材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于全位置自動焊接材料的制造領(lǐng)域。特別是在采用富氬氣體保護施焊后，焊縫處綜合力學性能好的高強度氣體保護焊絲材料。

背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，被使用在X80管線用鋼的氣保焊絲材料，其綜合的力學不理想而限制了該鋼的廣泛應用。例如公開專利(申請?zhí)?1128326.2)介紹了一種‘微鈦硼高韌性氣體保護焊絲’，該氣保焊絲的應用是采用Ar+20％CO2氣體進行保護焊接的，雖然施焊后的焊縫具有較好的低溫韌性，但是施焊處的熔敷金屬強度不能滿足X80鋼的使用條件，目前僅使用在X70強度級別鋼的焊絲材料。另外專利申請?zhí)?9105436.7還介紹了一種‘焊接用焊絲’專利，該焊絲材料是采用CO2氣體進行保護施焊的，雖然施焊處的熔敷金屬抗拉強度可達800MPa，但是低溫沖擊韌性確很低而不能滿足施焊鋼的使用要求。因此，目前已有氣保焊絲的綜合力學性能均不夠理想，其表現(xiàn)為不是強度低，就是低溫沖擊韌性低。
由于冶金技術(shù)的進步，因此對低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的應用，尤其在鋼的強度級別和低溫韌性水平都要有很高的要求。目前焊接材料的低溫韌性水平與鋼材韌性水平的差距還比較大，焊接結(jié)構(gòu)中焊縫的性能制約著鋼材性能的發(fā)揮和結(jié)構(gòu)整體性能的提高。管線用鋼是目前發(fā)展比較快和對使用性能要求較高的鋼種之一。管線鋼具有高強度和相當高的低溫沖擊韌性水平才可能滿足油、氣管線對使用性能的要求。管線現(xiàn)場裝配環(huán)焊縫主要采用全位置自動氣體保護焊接。該焊接方法又要求焊絲應具備高強、高韌和良好的焊接工藝性，以滿足全位置自動焊接和得到高性能焊接接頭的需要。此外，焊縫還要具備與鋼管相匹配的耐腐蝕性和耐應力腐蝕等性能。需要研究開發(fā)高強度和高韌性的焊接材料，提高焊縫熔敷金屬的綜合力學性能是提高結(jié)構(gòu)鋼服役性能的關(guān)鍵。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種成分設計合理、簡單、經(jīng)濟，并且具有優(yōu)良的綜合力學性能和良好的焊接工藝，熔敷金屬的屈服強度在550MPa級別，并適用于X80管線鋼的全位置氣體保護焊接的高強韌氣保焊絲材料。
根據(jù)本發(fā)明的目的和現(xiàn)有技術(shù)中的不足，我們所提出的解決方案是采用超低碳、多元合金化和微合金化，使本發(fā)明焊絲材料在保持高強度的基礎上，仍要具有相當高的低溫沖擊韌性和良好的焊接工藝性。采用微合金化設計可以使該焊絲材料在具有良好全位置焊接工藝性的情況下，可獲得高強、高韌的熔處敷金屬焊縫。因此本發(fā)明提出具有良好焊接工藝的高強韌氣保焊絲材料的具體化學成分重量％為C＜0.05；Si0.1-0.8％；Mn 0.5-2.0％；S＜0.01％；P＜0.015％；Ni 0.5-2.0％；Cr 0.05-0.50％；Mo 0.1-0.5％；Cu＜0.3％；Ti 0.01-0.25％；Re 0.05-0.5％；B 0.001-0.030％；余量為鐵及其它不可避免雜質(zhì)。為實現(xiàn)本發(fā)明目的并能夠獲得高強度、高韌性和良好焊接工藝的氣保焊絲材料，我們設計本發(fā)明焊絲材料成分的基本原理是通過提高焊縫熔敷金屬的高強、高韌效果以及提高焊接工藝性來實現(xiàn)的，即該焊絲材料在合金化過程中應使焊縫組織獲得細化并且還要形成更多的針狀鐵素體，以及改善焊接時熔滴過渡的表面張力和狀態(tài)。為此還要對該焊絲材料在合金化時抑制先共析鐵素體的生成，并且還要對已經(jīng)生成的先共析鐵素體改變其形態(tài)和尺寸，而且還要盡可能的減少先共析鐵素體對本焊絲材料所造成的有害影響。我們在抑制先共析鐵素體的基礎的同時，還需要提高針狀鐵素體形核率和擴大轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，從而提高焊縫在連續(xù)冷卻過程中針狀鐵素體的轉(zhuǎn)變量。另外在本發(fā)明焊絲材料中的合金化元素，在焊接過程中所形成的細小彌散氧化物還能夠作為針狀鐵素體的形核質(zhì)點，能有效的降低針狀鐵素體形核的自由能，從而促進針狀鐵素體的適量增多。因此，在本發(fā)明成分中所添加的各種元素對該焊絲材料的性能均有重要的作用。下面在詳細介紹各元素在本發(fā)明焊絲材料成分中的作用 碳元素有提高焊縫熔敷金屬強度和降低材料韌性的重要元素，也是影響焊接工藝性的重要元素，控制碳含量在合適的范圍是改善焊接工藝性和焊縫強韌化的基礎。碳是強脫氧元素，不同的碳含量能夠改變焊接時金屬熔滴表面的碳、氧等的含量和不同合金元素的燒損量。在采用超低碳含量時有效地改善了焊接時金屬熔滴的過渡狀態(tài)和表面張力，從而改善了焊縫成型。同時碳含量還影響焊縫金屬的氫致裂紋敏感性和應力腐蝕性能。碳含量過高會使焊縫金屬的韌性、抗裂性和應力腐蝕性能均降低。本發(fā)明焊絲嚴格限制碳含量，成分中碳含量控制在＜0.05％。
硅為脫氧元素，改善焊接工藝性，同樣是提高焊縫熔敷金屬強度和降低焊縫韌性的作用。當焊絲材料中硅含量偏低則脫氧不充分，易造成焊縫氧含量過高而影響焊縫的低溫沖擊韌性。當焊絲材料中加入適量的硅元素時可以改善其焊接工藝性和提高焊縫金屬的的強度，但是過量的硅含量會降低焊縫金屬的低溫韌性。本發(fā)明焊絲成分中硅含量為0.1-0.8％。
錳是本發(fā)明焊絲成分中主要的強化元素之一，錳同時又是脫氧元素，在聯(lián)合脫氧的過程中形成的氧化物能夠促進針狀鐵素體的形成。添加適量的錳在合金化過程中能夠提高焊縫金屬的強度和低溫沖擊韌性，能夠改善焊接工藝性。本發(fā)明焊絲成分中錳含量為0.5---2.0％。
鎳是本發(fā)明焊絲成分中重要元素之一。Ni能夠提高焊縫的強度和低溫沖擊韌性，是提高低溫韌性的主要合金化元素。但是，鎳含量超過2.5％時容易造成焊縫處的熱裂傾向增高。本發(fā)明焊絲成分中鎳含量為0.5-2.5％。
鉻元素有提高焊縫熔敷金屬強度的作用，添加適量的鉻元素，不僅保證了焊縫處在高的低溫韌性基礎上還可提高其強度。但是過量的鉻會降低焊縫處低溫韌性。本發(fā)明焊絲成分中鉻含量為0.05-0.5％。
鉬是強化焊縫合金的重要元素之一。過高含量的鉬會造成焊縫處脆化。但添加適量的鉬不僅能夠顯著提高焊縫熔敷金屬的高強，而且還不損害焊縫的低溫沖擊紉性。本發(fā)明焊絲成分中鉬含量為0.1-1.0％。
鈦是細化焊縫晶粒和組織的合金調(diào)諧元素，添加適量的鈦有改善焊絲焊接工藝性和焊縫組織以及提高材料低溫紉性的作用。微合金成分中的鈦能夠?qū)ε鸬难趸鸬奖Ｗo作用，不但能提高硼的過渡系數(shù)，而且還利于發(fā)揮硼元素的有益作用。但是鈦含量過高會對焊縫低溫韌性造成危害。本發(fā)明焊絲成分中鈦含量為0.01-0.25％。
硼是促進焊縫熔敷金屬針狀鐵素體形成的有益元素之一。焊縫中適量的硼能夠提高焊縫的低溫紉性。硼元素是通過在奧氏體晶界上偏聚來抑制先共析鐵素體的形成，從而獲得焊縫組織細化和形成更多的針狀鐵素體。但是添加過量的硼也會降低焊縫的低溫紉性，并且還有增大熱裂的傾向。本發(fā)明焊絲成分中硼含量0.001-0.030％。， 稀土元素能夠改善焊縫中硫化物等夾雜物大小和形態(tài)，并且能夠減少夾雜物的數(shù)量和凈化焊縫組織。適當?shù)南⊥猎睾靠梢愿纳坪缚p的低溫沖擊韌性和提高焊接工藝性。本發(fā)明焊絲成分中稀土元素含量0.05-0.5％。
硫是有害的雜質(zhì)元素，硫含量過高會影響焊縫韌性和抗應力腐蝕性能等，需要嚴格限制含硫量。本發(fā)明焊絲成分中硫含量小于0.010％。
磷和硫一樣都是有害的雜質(zhì)元素，需要嚴格限制含磷量。本發(fā)明焊絲成分中磷含量小于0.015％。
本發(fā)明在超低碳含量的合金材料基礎上，通過對成分中硼、鈦、稀土等微合金化元素的合理匹配，使本發(fā)明的高強高韌氣保焊絲材料獲得具有突出低溫韌性和焊接工藝性的使用效果，該氣保焊絲適用于Ar+5-50％CO2保護氣體的全位置自動和半自動焊接。
本發(fā)明所設計的高強度、高韌性氣體保護焊絲材料的制備方法是與現(xiàn)有技術(shù)制備方法相同，首先按要求進行配料和高純凈冶煉，然后再進行常規(guī)的鍛造、軋制和焊絲拉拔或鍍銅們的加工工藝，最終獲得按設計要求尺寸的，直徑為φ0.8-φ1.2毫米的鍍銅或不鍍銅氣體保護焊絲材料。
采用本發(fā)明所設計的高強高韌氣體保護焊絲材料與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有該焊絲材料的成分設計合理、簡單、經(jīng)濟，并且施焊后的焊縫熔敷金屬具有高的強度和低溫韌性等優(yōu)良的綜合力學性能，而且還具備對保護氣體中CO2含量適用范圍寬、全位置自動焊接工藝性優(yōu)良特點。

具體實施例方式 本發(fā)明實施例是按照上述設計的高強韌氣保焊絲材料成分范圍，我們共實施了7組的試驗，為了方便與現(xiàn)有技術(shù)的對比，我們將8組實施例分為4組為本發(fā)明高強韌氣保焊絲材料，和4組為現(xiàn)有技術(shù)材料的實施例。本發(fā)明實施例的制備是按照試驗要求進行的配料，采用電爐進行冶煉，然后在于1050℃進行軋制，焊絲的拉拔或鍍銅均為現(xiàn)有技術(shù)的加工方法，最終將獲得試驗對比用氣保焊絲的尺寸為φ1.0毫米的鍍銅或不鍍銅氣體保護焊絲材料。本發(fā)明中的實施例是采用熔敷金屬焊接試驗(焊接工藝參數(shù)焊絲直徑1.2mm，焊接電流220A，焊接電壓22V，線能量14KJ/CM)和全位置自動焊接試驗(焊接工藝參數(shù)焊絲直徑1.0mm，焊接電流180--200A，焊接電壓19--22V，線能量12--14KJ/CM)。
本發(fā)明實施例的對比結(jié)果見表1、表2。表1為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)材料成分重量％的比較結(jié)果。表2為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)材料的綜合力學性能比較結(jié)果。在對比表中，序號1-4為本發(fā)明焊絲材料的實施例，序號4-8為現(xiàn)有技術(shù)材料的實施例。
表1為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)材料成分重量％的比較結(jié)果
表2為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)材料的綜合力學性能比較結(jié)果

權(quán)利要求
1.一種高強韌氣保焊絲材料，其特征在于該焊絲材料的具體化學成分重量％為C＜0.05；Si 0.1-0.8％；Mn 0.5-2.0％；S＜0.01％；P＜0.015％；Ni 0.5-2.0％；Cr 0.05-0.50％；Mo 0.1-0.5％；Cu＜0.3％；Ti 0.01-0.25％；Re 0.05-0.5％；B 0.001-0.030％；余量為鐵及其它不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明屬于全位置自動焊接材料的制造領(lǐng)域。特別是在采用富氬氣體保護施焊后，焊縫處綜合力學性能好的高強度氣體保護焊絲材料。本發(fā)明焊絲的具體成分重量％為C＜0.05；Si 0.1-0.8％；Mn 0.5-2.0％；S＜0.01％；P＜0.015％；Ni 0.5-2.0％；Cr 0.05-0.50％；Mo 0.1-0.5％；Cu＜0.3％；Ti 0.01-0.25％；Re 0.05-0.5％；B 0.001-0.030％；余量為鐵。本發(fā)明焊絲材料與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有該焊絲材料的成分設計合理、簡單、經(jīng)濟，并且施焊后的焊縫熔敷金屬具有高的強度和低溫韌性等優(yōu)良的綜合力學性能，而且還具備對保護氣體中CO2含量適用范圍寬、全位置自動焊接工藝性優(yōu)良等特點。
文檔編號B23K35/30GK101116930SQ200710121638
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者魏金山, 田志凌, 云 彭, 冉 李 申請人:鋼鐵研究總院