專利名稱：一種具有耐火特性的埋弧實芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有耐火特性的埋弧實芯焊絲。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代建筑向大跨度、超高層發(fā)展，為減輕整體結(jié)構(gòu)的重量，縮短工期，增大空間，對建筑用鋼材提出了越來越高的要求，建筑用鋼正向高強(qiáng)度、高性能、大型化方向發(fā)展。由于高層和超高層的鋼結(jié)構(gòu)建筑的日益增加，對高樓火災(zāi)的防范措施也在不斷增強(qiáng)，鋼結(jié)構(gòu)自身抵御火災(zāi)能力要求也越來越高。因此高層建筑用鋼的耐火能力越來越引起人們的關(guān)注。80年代末日本開展了耐火鋼的研究，通過在鋼中添加微量耐熱性高的Cr、Mo、Nb等·合金元素，開發(fā)了耐火溫度為600°C的建筑用耐火鋼。在國內(nèi)，各大鋼廠從90年代末開始從事耐火鋼方面的研究。到目前為止，寶鋼、武鋼和鞍鋼已經(jīng)研制開發(fā)了多個系列的高性能建筑用系列新鋼種，這其中就包括高性能耐火耐候建筑結(jié)構(gòu)鋼，并成功應(yīng)用于中國南極站、北京國家大劇院的建筑。鋼結(jié)構(gòu)中的高強(qiáng)及耐火建筑鋼材的大規(guī)模，推動了建筑高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)及焊接材料的發(fā)展。但相對于鋼材的迅猛發(fā)展，焊接工藝和焊接材料的開發(fā)比較滯后，國內(nèi)建筑鋼材所需焊接材料，除焊條基本上可從國內(nèi)擇優(yōu)采購?fù)?，相?yīng)的氣保護(hù)實芯焊絲和埋弧焊絲與國外發(fā)達(dá)國家相比仍有很大差距，一些重點工程中的焊接材料基本上全部依賴進(jìn)口。在我國現(xiàn)階段的焊材開發(fā)中，尚沒有出現(xiàn)具有耐火特性的專用耐火鋼埋弧焊材，如專利號為200610025064. 2的“一種高性能建筑用埋弧焊絲及盤條”和專利號為CN92113132. I的“低碳高錳、硅微鈦、鋁高韌性埋弧焊絲”，它們只是作為普通的建筑鋼用埋弧焊絲，其性能結(jié)果中都沒有焊材耐火性能的專述。日本作為開發(fā)耐火鋼較早的國家，在開發(fā)鋼種的同時，也對其專用焊材進(jìn)行了深入的研究，如專利號為JP02200393A的“SUBMERGED ARC WELDINGWIRE AND FLUX FOR FIRERESISTANT STEEL”(埋弧焊絲與焊劑)和專利號為 JP02052196A的“WELDING WIRE FOR FIRE RESISTANT STEEL”(CO2氣體保護(hù)焊焊絲)都是專門針對耐火鋼材的焊接。JP02200393A所陳述的埋弧焊絲在化學(xué)成分中主要有C 0. 01 0. 15%,Si ^ 0. 5%, Mn 0. 4 2. 5%, Mo 0. 06 0. 08%, Nb 0. 003 0. 030%，其他為 Fe 和雜質(zhì)元素，其中(Mo+20Nb)的含量必須控制在0. 15 I. 25%之間。此焊絲主要依靠Nb和Mo的聯(lián)合作用，特別強(qiáng)調(diào)了 Nb元素對高溫強(qiáng)度的影響。其成分中沒有Ti元素的添加，忽略了Ti元素對焊縫區(qū)針狀鐵素體形成的促進(jìn)作用以及對焊縫韌性的改善作用。該焊絲還必須匹配專用的埋弧焊劑，在應(yīng)用條件上有所限制。JP02052196A所陳述的氣體保護(hù)焊絲在化學(xué)成分中主要有 C 0. 03 0. 12%, SiO. 4 I. 00%, Mn 0. 9 2. 5%, Mo 0. I 0. 5%, Nb0. 005 0. 025%, Cu ^ 0. 5%, P ^ 0. 030%, S^O. 030%，其他為 Fe 和雜質(zhì)元素。該焊絲焊接過程中采用CO2氣體保護(hù)，與埋弧焊工藝不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，根據(jù)耐火鋼焊接專用埋弧焊材缺乏的現(xiàn)狀和建筑耐火鋼焊接應(yīng)用的要求，提出一種冶煉成分合理，高溫力學(xué)性能良好，能滿足490MPa級別耐火鋼焊接用的具有耐火特性的埋弧實芯焊絲。該焊絲熔敷金屬的室溫抗拉強(qiáng)度Rm彡550MPa,屈服強(qiáng)度彡460MPa, 600°C高溫屈服強(qiáng)度彡250MPa,且低溫沖擊韌性和焊接工藝性能良好。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的該埋弧實芯焊絲的化學(xué)成分重量百分比為C0.03% 0. 12%, S ^ 0. 015%, P ^ 0. 03%, Si 0.1% 0.4%、Mn I. 25% I. 8%、Ni 0.2% 0. 55%, Mo 0. 25% 0. 6%、Cr 0.2% 0.5%、Ti 0. 15% 0. 35%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明合金系的設(shè)計原則是該焊絲主要通過焊縫區(qū)合金元素的微合金化手段來實現(xiàn)，應(yīng)用固溶強(qiáng)化、第二相析出強(qiáng)化等高溫強(qiáng)化機(jī)制，來滿足耐火鋼焊接的高溫強(qiáng)度要求。本發(fā)明焊絲化學(xué)成份的設(shè)計原則如下
Mo :鑰是提高鋼的高溫強(qiáng)度最為有效的元素。目前已有的耐火鋼中均以鑰作為高溫強(qiáng)化元素。鑰固溶于鐵素體中，強(qiáng)化了鐵素體基體，高溫下鑰在鐵素體中擴(kuò)散速度較慢，顯著提高了鋼的高溫強(qiáng)度與蠕變強(qiáng)度。同時固溶的鑰容易晶界上偏聚，起強(qiáng)化晶界的作用。Mo還可增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲先共析鐵素體的轉(zhuǎn)變而有利于形成貝氏體結(jié)構(gòu)，并強(qiáng)烈抑制珠光體轉(zhuǎn)變，高位錯密度的貝氏體組織呈現(xiàn)了良好的高溫性能。同時Mo在滲碳體內(nèi)的固溶度僅為4%，極易析出碳化物，在高溫時Mo與C、N結(jié)合形成碳氧化物，發(fā)生釘扎作用，這些碳化物可以導(dǎo)致在高溫下的二次硬化，使高溫屈服強(qiáng)度增強(qiáng)。為使得焊絲有顯著的高溫性能，焊絲中Mo含量不低于0. 25%，同時Mo作為一種貴金屬元素，不易多加，較高的Mo含量也容易增加焊縫金屬的淬硬性，因此應(yīng)控制在0. 6%以下。Ti :微量的Ti在鋼中生成難溶的細(xì)小彌散的第二相粒子，釘扎奧氏體晶界，抑制熱影響區(qū)奧氏體晶粒長大，改善焊后韌性，而且這種細(xì)小彌散分布析出相對加熱時阻止奧氏體晶粒的長大，阻礙拉伸過程中塑性滑移都會起到有利作用。Ti與氧結(jié)合力強(qiáng)，在焊接過程中容易燒損，添加量一般不低于0. 15%，其在焊縫中過渡系數(shù)甚微，適量使用即可，此焊絲添加量控制在0. 35%以下。Cr =Cr可以有效地提高鋼的高溫抗氧化性和抗蠕變性能，可以有效地提高鋼的高溫強(qiáng)度。Cr在鐵素體中的擴(kuò)散系數(shù)較高，容易與碳結(jié)合形成碳化物。鑒于Cr具有的高溫強(qiáng)化作用，且焊絲成本的控制，其含量控制在0. 2 % 0. 5%之間。Mn :Mn作為微合金鋼焊縫金屬中的主要合金元素，顯著影響奧氏體擴(kuò)散，Mn是奧氏體穩(wěn)定元素，使奧氏體相變移向較低的溫度。Mn作為此焊絲中主要的脫氧劑，含量不低于1.25%。它還具有細(xì)化晶粒和固溶強(qiáng)化的作用。但Mn元素的過量會造成焊縫成型不美觀，超過2%還會影響焊縫的韌性，因此極限添加量設(shè)定為I. 8%。Si Si元素是縮小Y區(qū)的元素，能顯著提高珠光體相變溫度，在較高的溫度下形成較為粗大的碳化物。Si也是作為重要的脫氧元素加入的，它對焊縫組織和性能的影響，主要是通過與氧的作用而體現(xiàn)出來的，特別是當(dāng)Mn-Si同時存在時，Mn/Si比例合適時,脫氧效果較好，還有助于改善韌性。埋弧焊過程中Si元素可大量通過焊劑過渡到焊縫中，因此在焊絲中添加量要比氣體保護(hù)焊時較少，處于0. 1% 0. 4%之間。Ni:Ni是擴(kuò)大Y相區(qū)的元素，還可使CCT曲線右移，因而可促使針狀鐵素體的形成，使焊縫韌性提高。焊縫中Ni元素對韌性的影響一般受到Mn元素添加量的影響，當(dāng)兩種元素處于最佳配比時，焊縫金屬有最佳的強(qiáng)韌性匹配，在此焊絲中Ni元素的含量在
0.2% 0. 55%之間。本發(fā)明埋弧實芯焊絲具有良好的高溫屈服強(qiáng)度，并能滿足耐火鋼應(yīng)用要求；與堿性燒結(jié)焊劑匹配，工藝良好，脫渣容易；在保證高溫強(qiáng)度的同時，具備低的碳當(dāng)量，熔敷金屬的沖擊韌性良好。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本發(fā)明實施例在200kg真空電爐完成焊絲鋼的冶煉，其化學(xué)成分見表I。然后軋制成￠5. 5mm盤條，盤條經(jīng)過機(jī)械除銹一酸洗一硼化一烘干一拉拔一砂洗一堿洗一酸洗一活化一化學(xué)鍍銅一清洗一烘干一定徑拋光一層繞一包裝等工序，最終實芯焊絲的直徑為·0 4mm0本發(fā)明熔敷金屬焊接實驗采用規(guī)格20X 120X 300mm的試板，表面去除銹污。焊接電流520 550A，焊接電壓28 30V，焊接速度23. 5 25m/s，匹配焊劑選用經(jīng)350°C保溫2h烘干的SJlOl和伊薩10. 62焊劑，焊后檢測熔敷金屬相關(guān)力學(xué)性能。其結(jié)果見表2和表3。從實施例可以看出，本發(fā)明埋弧實芯焊絲具備良好的低溫沖擊韌性，600°C高溫屈服強(qiáng)度達(dá)到室溫屈服的70%強(qiáng)，可以滿足490MPa級別建筑耐火鋼的焊接工藝要求。表I本發(fā)明實施例埋弧實芯焊絲的化學(xué)成分
權(quán)利要求
1 .一種具有耐火特性的埋弧實芯焊絲，其特征在于該焊絲的化學(xué)成分重量百分比為C 0. 03% 0. 12%、S 彡 0. 015%、P 彡 0. 03%、Si 0. I % 0. 4%、Mn I. 25% I. 8%、Ni0. 2% 0. 55%、Mo 0. 25% 0. 6%、Cr 0.2% 0.5%、Ti 0. 15% 0. 35%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有耐火特性的埋弧實芯焊絲，其化學(xué)成分重量百分比為C0.03％～0.12％、S≤0.015％、P≤0.03％、Si0.1％～0.4％、Mn1.25％～1.8％、Ni0.2％～0.55％、Mo0.25％～0.6％、Cr0.2％～0.55％、Ti0.15％～0.35％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明埋弧實芯焊絲具有良好的高溫屈服強(qiáng)度，能滿足490MPa級別耐火鋼的焊接要求；與堿性燒結(jié)焊劑匹配，工藝良好，脫渣容易；在保證高溫強(qiáng)度的同時，具備低的碳當(dāng)量，熔敷金屬的沖擊韌性良好。
文檔編號B23K35/30GK102717206SQ20111007785
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者傅博, 劉孟, 程剛 申請人:鞍鋼股份有限公司