專利名稱：一種高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，為一種金屬材料焊接用氣體保護(hù)焊絲，具體涉及一種 尤其適用于焊接85(T950MPa級別高強(qiáng)度高韌性工程結(jié)構(gòu)用鋼的高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲。
背景技術(shù)：
隨著工程機(jī)械新鋼種強(qiáng)度與韌性的不斷提高，用于工程機(jī)械、石油管線、壓力容 器、跨海大橋、軍工軍艦等新一代高性能工程結(jié)構(gòu)用鋼種具有高強(qiáng)度、高韌性特點，強(qiáng)度級 別達(dá)到了 85(T950 Mpa。因而對焊接接頭的性能也提出了更高的要求，焊縫熔敷金屬抗拉強(qiáng) 度必須達(dá)到與母材相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度85(T950Mpa，并且還要滿足低溫服役條件下的低溫沖擊韌性 的要求，即要求具有高強(qiáng)度又必須具有高韌性。同時氣體保護(hù)焊絲有焊接工藝性好，生產(chǎn)效 率高，焊接成本低，節(jié)能，適應(yīng)全位置焊接，便于實現(xiàn)自動化和半自動化焊接生產(chǎn)等特點。中國專利CN1290661C介紹了一種高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲，該焊絲的化學(xué) 成份重量百分比為C: 0. 04 0. 12、Si: 0. 40 0. 80、Mn: 1. 40 2. 00、S:彡 0. 015、 P:彡 0.020、Ni: 0. 40 1. 00、Cr :0. 20 0. 50、Ti: 0. 06 0. 20、Cu:0. 30 0. 50、B 0. 002 0. 0079、Al: ^ 0. 02、余量為Fe ；焊縫金屬低溫沖擊功_60°C為173J，具有良好的低 溫沖擊韌性，但不足之處是抗拉強(qiáng)度為735Mpa，不能滿足800Mpa級及以上的高強(qiáng)度工程系 列結(jié)構(gòu)鋼種在低溫服役下強(qiáng)韌性匹配使用的技術(shù)要求。中國專利CN101439446A介紹了一種高強(qiáng)高韌性氣體保護(hù)焊絲，該焊絲熔敷金屬 抗拉強(qiáng)度為78(T850Mpa，低溫沖擊韌功_20°C為70J，低溫沖擊韌性較差，不能滿足目前高 強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)在低溫下服役的高韌性的使用要求。中國專利公開號為CN101524795A的專利，該焊絲化學(xué)元素重量百分比為C: 0. 02 0. 055、Si:彡 0. 30,Mn: 0. 6 0. 9、Cr 彡 0. 80、Ni 6. 8 8. 0、Mo: 0. 45 0. 60、 V: ^ 0. 035、Ti+ Al: ^ 0. 075、Re: ^ 0. 40、余量為Fe。該焊絲所得熔敷金屬抗拉強(qiáng)度為 800Mpa、-4(TC條件下沖擊韌性Akv為100J，強(qiáng)度和韌性都有所提高，但從該焊絲公開專利 的內(nèi)容和化學(xué)成份可以看出1、該焊絲加入了較高的價格昂貴的Ni元素(Ni 6.纊8.0)，導(dǎo) 致生產(chǎn)成本偏高。2、該焊絲對元素S、P未做限制，眾所周知S、P在焊縫中易發(fā)生熱裂和冷 裂紋，當(dāng)S、P過高時，會降低該焊絲的熔敷金屬強(qiáng)度和韌性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種與85(T950Mpa及以上的高強(qiáng)鋼匹配焊接 使用、既能穩(wěn)定達(dá)到高強(qiáng)度，又能使接頭具有優(yōu)良的沖擊韌性、冶煉工藝穩(wěn)定的用于焊接高 強(qiáng)鋼的高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是一種用于焊接高強(qiáng)鋼的氣體保護(hù)焊 絲，其化學(xué)成份及重量百分比(％)為C: 0. 02 0. 12、Mn: 1. 20 2. 10、Si 0. 20 1. 00、 S:彡 0.010、P:彡 0.015、Ni: 2. 00 3. 50、Mo: 0. 20 0. 80、Ti 0. 20 0. 30、Cr 0.60 1· 20, V ^ 0. 05,B 0. 005 0. 010,Al: ( 0. 015,Cu: ( 0. 35、余量為 Fe ；
本發(fā)明的實施是通過混合氣體(80%Ar+20%C02)保護(hù)進(jìn)行焊接，焊絲中加入合適的Ni、 Mo、Ti、Cr、V、B、Cu等合金元素，采用多種強(qiáng)化機(jī)理，提高焊接接頭的強(qiáng)度和韌性，確保熔敷 金屬獲得較高的強(qiáng)度和在低溫服役條件下具有良好的韌性。其具體作用
C 是調(diào)整焊縫金屬強(qiáng)度的主要元素，必須保證焊絲中有一定的C含量，但在高強(qiáng)度焊 縫金屬中，過高的C含量促進(jìn)高C馬氏體的形成，會使焊縫金屬淬硬性增加，塑性降低，使焊 縫金屬冷裂紋敏感性增加，因此本發(fā)明將焊絲中的C含量控制在0. 02、. 12%，進(jìn)一步所述 本發(fā)明C元素的優(yōu)選范圍為0. 02、. 08%。Mn 是本發(fā)明焊絲成份中主要的強(qiáng)化元素之一，同時又是脫氧元素，在聯(lián)合的脫氧 過程中，形成的氧化物能夠促進(jìn)針狀鐵素體的形成，添加適量的Mn在合金化過程中形成能 夠提高焊縫金屬的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性，能構(gòu)改善焊接工藝性。本發(fā)明的Mn含量控制在
1.20 2· 10%
Si 在本發(fā)明中起脫氧作用和強(qiáng)化焊縫作用，本發(fā)明中Si含量控制在0.2(Tl. 00%。此 范圍是根據(jù)當(dāng)焊縫中Μη/Si ^ 3時，焊縫具有較好的脫氧效果，并考慮在氣體保護(hù)焊中兩種 元素的過渡系數(shù)而確定的。Ti、B 在焊縫中聯(lián)合加入Ti、B，可限制先共析鐵素體的轉(zhuǎn)變，而擴(kuò)大針狀鐵素體 的區(qū)域，從而在焊縫中可穩(wěn)定獲得大量的針狀鐵素體組織。還有利于抑制焊縫中奧氏體晶 粒長大，推遲奧氏體到鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度，促使焊縫金屬晶內(nèi)針狀鐵素體的形成，細(xì)化二次 晶粒。焊絲中加入Ti可以細(xì)化焊縫金屬組織。固溶的B在奧氏體晶界聚集降低晶界能量， 能控制先共析鐵素體的析出，B還能推遲奧氏體到鐵素體的相轉(zhuǎn)變溫度，有利于晶粒內(nèi)針狀 鐵素體的形成。進(jìn)一步所述本發(fā)明B元素的優(yōu)選范圍為0. 006、. 010%。Ni 元素是本發(fā)明焊絲成份中重要元素之一，有利于提高焊縫金屬的韌性尤其是 低溫沖擊韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。本發(fā)明M元素的含量控制在2. 0(Γ3. 50%。進(jìn)一步所述 本發(fā)明Ni元素的優(yōu)選范圍為2. 20^3. 00%。Mo 元素的固溶強(qiáng)化是提高焊縫強(qiáng)韌性的重要手段，本發(fā)明Mo元素的含量控制在
0. 2(Γθ. 80%οV:微量的V具有少量的析出強(qiáng)化效果，提高焊絲焊縫的抗張強(qiáng)度和屈服點，本發(fā) 明V元素含量控制在< 0. 05%。適量的Cu、Cr元素對焊縫強(qiáng)化有作用，以增加焊縫的耐大氣腐蝕性能。Cr還有助 于保持焊縫熱處理后性能維持在較高的水平。Al元素有利于在焊縫中脫氧，為了提高焊縫金屬的韌性，但其重量百分比含量應(yīng) 控制在小于0. 015的較低范圍內(nèi)為好。進(jìn)一步所述本發(fā)明Al元素的優(yōu)選范圍為< 0. 010%。S、P元素為有害元素，為防止在焊縫中出現(xiàn)熱裂和冷裂紋，故將其含量控制在較低 范圍內(nèi)，以提高焊縫純凈度和焊接性能以及進(jìn)一步提高焊縫強(qiáng)度和韌性。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明焊絲鋼冶煉工藝穩(wěn)定，易于實施，鋼坯的軋制及焊絲拉拔，鍍銅等性能優(yōu)良， 滿足焊接高強(qiáng)度高韌性新一代工程結(jié)構(gòu)鋼、海洋艦船、石油管線等高強(qiáng)度、高韌性系列鋼種 的焊接技術(shù)要求。
2、本發(fā)明焊絲用于85(T950Mpa強(qiáng)度級別鋼種的焊接，采用混合氣體 (80%Ar+20%C02)保護(hù)時，本發(fā)明的焊縫金屬抗拉強(qiáng)度達(dá)到彡850Mpa ；屈服強(qiáng)度彡720Mpa ； 伸長率彡22% ；低溫沖擊韌性_30°C條件下的Akv彡181J ；_40°C條件下Akv彡175J ；-50°C 條件下Akv彡162J。3、本發(fā)明焊絲具有優(yōu)良的焊接工藝性能，焊接電弧穩(wěn)定，飛濺小，無氣孔、成型美 觀，適用于全位置焊接。
具體實施例方式本實施例是一種用于焊接高強(qiáng)高韌鋼的氣體保護(hù)焊絲，其化學(xué)成份及重量百分比 (%)為C: 0. 02 0. 12、Mn: 1. 20 2· 10、Si 0. 20 1. 00、S:彡 0. 010、P: ^ 0. 015, Ni 2. 00 3. 50、Mo 0. 20 0. 80、Ti 0. 20 0. 30、Cr 0. 6(Tl. 20、V 彡 0. 05、B 0. 005 0. 010,Al: ( 0. 015,Cu: ( 0. 35、余量為 Fe ；
焊絲的制備工藝與現(xiàn)有技術(shù)相同。經(jīng)冶煉、軋制和拉拔(生產(chǎn)過程中進(jìn)行一次熱處理) 成焊絲，表面凈化處理，焊絲的直徑為Φ 1.2mm，組成該焊絲的化學(xué)元素的具體重量百分比 參見表一(表一。共5組)
表一
權(quán)利要求
一種高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲，其特征在于，其成分及質(zhì)量百分比為C0.02～0.12Mn 1.20～2.10Si 0.20～1.00S ≤0.010P ≤0.015Ni 2.00～3.50Mo 0.20～0.80Ti 0.20～0. 30Cr 0.60～1.20V ≤0.05B 0.005～0.010Cu≤0.35 Al≤0.015余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲，其特征在于，所述C的質(zhì)量 百分比為0. 02、. 08%ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲，其特征在于，所述M的重 量為 2. 20 3· 00%ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲，其特征在于，所述B的重量 為 0. 006 0. 010%ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲，其特征在于，所述Al的重 量為≤0. 010%O
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲。該焊絲的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為C:0.02～0.12、Mn:1.20～2.10、Si:0.20～1.00、S≤0.010、P:≤0.015、Ni:2.00～3.50、Mo:0.20～0.80、Ti:0.20～0.30、Cr0.60～1.20、V≤0.05、B0.005～0.010、Al≤0.015、Cu≤0.35、余量為Fe；本發(fā)明焊絲用于850～950Mpa強(qiáng)度級別鋼種的焊接，采用混合氣體(80%Ar+20%CO2)保護(hù)時，本發(fā)明的焊縫金屬抗拉強(qiáng)度達(dá)到≥850Mpa；屈服強(qiáng)度≥720MPa；伸長率≥22%；低溫沖擊韌性 -30℃條件下的Akv≥181J；-40℃條件下Akv≥175J；-50℃條件下Akv≥162J。
文檔編號B23K35/30GK101992365SQ20101059522
公開日2011年3月30日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者毛天平, 馬宏勝 申請人:成都新大洋焊接材料有限責(zé)任公司