專利名稱：一種高強高韌性氣體保護焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強高韌性氣體保護焊絲，屬于高強鋼配套焊接材料領(lǐng)域，特別適用于800MPa級別高強鋼的氣體保護焊接。

背景技術(shù)：
隨著我國工業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵材料的強度級別逐漸向高強度高韌性的方向發(fā)展。工程機械、水電水利、石油化工等行業(yè)目前已開始大量使用強度級別為800Mpa的鋼種，然而國內(nèi)針對這種超高強鋼配套焊接材料的研發(fā)還比較滯后，現(xiàn)有焊絲多達不到等強匹配的要求，即使開發(fā)成功的少量焊絲不是成本較高，焊后需要熱處理，就是焊縫金屬的低溫沖擊韌性和工藝性達不到要求，另外目前研發(fā)的焊絲中Mo和Ni的含量均很高，而且焊接過程中還需預熱，大大提高了焊絲的成本和焊接難度，因此開發(fā)高強高韌性且工藝性良好的氣體保護焊絲非常迫切。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種適用于800MPa級別的高強度、高韌性、低成本、工藝性好的氣體保護焊絲。
實現(xiàn)本發(fā)明目的所涉及的技術(shù)方案是高強高韌性氣體保護焊絲的化學成份(重量百分比)為C 0.02-0.05；Si 0.30-0.80；Mn 2.0-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.70-1.2；Mo 0.70-1.2；Ti 0.02-0.12；B0.003-0.005；Ni 2.0-3.2；RE 0.05-0.1；Nb 0-0.06；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明焊絲強度級別很高，并且要求具有優(yōu)良的低溫韌性，因此在成分設(shè)計上，采用超低碳的設(shè)計思路，碳控制在0.05％以下，以達到降低焊縫金屬的冷裂敏感性和提升低溫韌性的要求。碳含量的減少導致的強度降低，主要通過添加Mn、Ni、Mo、Cr等元素來彌補。本焊絲的特點之一就是將Mn和Cr的含量提升到一個較高的水平，降低Ni和Mo元素的含量，以達到降低成本的目的，另外添加Ti、B、RE等微合金元素，限制S、P等元素的含量，來提高焊縫金屬的強韌性和改善工藝性。
碳是焊縫金屬中最重要的合金元素之一，是提高熔敷金屬強度的重要元素，也是影響焊接工藝性的重要元素。碳含量過高，會導焊縫中形成高碳馬氏體組織，降低焊縫金屬的抗裂性、韌性和應力腐蝕性能。所以本發(fā)明研制的焊絲碳含量確定在0.02％～0.08％之間。
錳是奧氏體穩(wěn)定化元素，能夠降低奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度。焊縫金屬中Mn充當固溶強化組元，增加Mn含量有助于細化晶粒，增加針狀鐵素體的含量，同時減少晶界先共析鐵素體和側(cè)板條鐵素體的含量，從而改善焊縫金屬的韌性。焊縫金屬中Mn還可以起到脫氧的作用，而且有利于提高焊縫金屬的抗熱裂紋及層狀撕裂的能力。因此本發(fā)明焊絲將Mn定在2.0-2.50％之間。
硅為脫氧元素，焊縫中Si通過與O反應形成SiO2，起到脫氧的作用。在Mn與Si比例合適時，其脫氧效果極佳，有助于改善韌性。一般來講，添加過量硅對韌性是有害的，有研究表明在超低碳焊縫金屬中為保持較高的低溫韌性Si的含量不應高于0.5％?？紤]到Si的燒損情況，因此本焊絲將Si定在0.30-0.80％之間。
鉬可降低相變溫度，抑制先共析鐵素體的生成，促進針狀鐵素體的轉(zhuǎn)變，增加針狀鐵素體的比例，并能提高碳氮化物的沉淀強化效果，因而Mo可提高強度，細化晶粒，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，提高Nb的碳氮化合物的沉淀強化效果。本焊絲將Mo定在0.7-1.2％之間。
加入適量的鉻，可抑制先共析鐵素體的生成，增加焊縫金屬中針狀鐵素體的含量，從而提高焊縫金屬的強韌性。
Ti和B作為微合金元素同時加入，加入微量的Ti與N形成TiN顆粒，能有效阻止焊縫金屬的晶粒長大，細化晶粒，Ti還能減少先共析鐵素體形成，增加針狀鐵素體含量，但含B量低時效果不明顯。B能偏析在晶界與N形成化合物，起固氮作用，同時加入B可使CCT曲線右移，抑制先共析鐵素體析出，得到更多的針狀鐵素體，從而提高焊縫韌性，但B的加入需在添加Ti的前提下，保證B不被氧化。
稀土元素能夠改善焊縫金屬中夾雜物的大小和形態(tài)，達到凈化焊縫金屬的目的。適當?shù)南⊥猎剡€可以改善焊縫的低溫韌性和工藝性能。本發(fā)明焊絲成分中稀土元素定在0.05-0.1％。
S、P元素降低焊縫金屬的低溫沖擊韌性，應嚴格限制他們在焊絲中的含量，以保證焊縫金屬中S、P控制在較低的水平。
本焊絲通過成分的優(yōu)化設(shè)計，在保持高強度的同時，還具有優(yōu)良的低溫韌性，可實現(xiàn)800MPa級別鋼種的不預熱焊接。

具體實施例方式 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明 實施案例1 本焊絲的制備完全按照試驗要求來進行配料，采用脫硫鐵水，控制入爐鐵水硫含量，采用轉(zhuǎn)爐煉鋼，選用S、P含量低的原材料，采用頂?shù)讖秃洗禑捁に?，嚴格控制煉鋼終點成分、出鋼溫度等參數(shù)，將方坯熱軋成Φ5.5mm的盤條，經(jīng)表面除氧化皮、拔絲處理，制成Φ1.2mm的鍍銅或不鍍銅焊絲，焊絲的化學成分為C 0.04；Si 0.46；Mn 2.05；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.92；Mo 0.94；Ti 0.09；B 0.003；Ni 2.81；RE 0.07；Nb 0.03。
采用混合保護氣體(95％Ar+5％CO2)保護下的熔覆金屬焊接試驗來完成，具體規(guī)范為電流270-300A，焊接電壓28-30V，焊接速度24-30cm/min。焊接試板厚度為25mm，帶15mm墊板，根部間隙15mm，坡口角度45℃。焊后測得熔覆金屬的性能為Rm＝885MPa，ReL＝810MPa，-50℃沖擊功AKV＝145J。
實施案例2 采用與案例1相同的工藝來冶煉和拉拔焊絲，所得焊絲成分為C 0.032；Si 0.61；Mn 2.15；P＜0.010；S＜0.010；Cr 1.08；Mo 0.88；Ti 0.11；B 0.004；Ni 3.10；RE 0.09；Nb 0.04。采用混合保護氣體(95％Ar+5％CO2)保護下熔覆金屬焊接試驗來完成，具體規(guī)范為電流260-300A，焊接電壓27-30V，焊接速度25-30cm/min。焊接試板厚度為25mm，帶15mm墊板，根部間隙15mm，坡口角度45℃。焊后測得熔覆金屬的性能為Rm＝875MPa，ReL＝815MPa，-50℃沖擊功AKV＝162J。
實施案例3 采用與案例1相同的工藝來冶煉和拉拔焊絲，所得焊絲成分為C 0.048；Si 0.56；Mn 2.10；P＜0.010；S＜0.010；Cr 1.15；Mo 0.74；Ti 0.04；B 0.005；Ni 2.25；RE 0.06；Nb 0.01采用混合保護氣體(95％Ar+5％CO2)保護下熔覆金屬焊接試驗來完成，具體規(guī)范為電流290-350A，焊接電壓28-30V，焊接速度26-31cm/min。焊接試板厚度為25mm，帶15mm墊板，根部間隙15mm，坡口角度45℃。焊后測得熔覆金屬的性能為Rm＝845MPa，ReL＝790MPa，-50℃沖擊功AKV＝87J。
權(quán)利要求
1.一種高強高韌性氣體保護焊絲，其化學成分按重量％為C0.02-0.05；Si 0.30-0.80；Mn 2.0-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.70-1.2；Mo 0.70-1.2；Ti 0.02-0.12；B 0.003-0.005；Ni 2.0-3.2；RE 0.05-0.1；Nb 0-0.06；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強高韌性氣體保護焊焊絲，適應于800MPa級別高強鋼的焊接。其化學成分(按重量％計)為C 0.02-0.05；Si 0.30-0.80；Mn 2.0-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.70-1.2；Mo 0.70-1.2；Ti 0.02-0.12；B 0.003-0.005；Ni 2.0-3.2；RE 0.05-0.1；Nb 0-0.06；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明焊絲具有成分設(shè)計簡單、經(jīng)濟、工藝性好等特點，且焊縫金屬具有很高的強韌性，適合于對低溫韌性要求較高位置的焊接。經(jīng)實驗，利用該焊絲焊接焊縫金屬Rm≥800MPa，ReL＞760MPa；焊縫金屬-50℃沖擊功AkV≥37J。
文檔編號B23K35/30GK101722386SQ200910244370
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者許良紅, 章軍, 陳延清 申請人:首鋼總公司