專利名稱：用于焊接高強鋼的氣體保護焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料焊接用的氣體保護焊絲，尤其適用于焊接800MPa級別高強度高韌性工程結(jié)構(gòu)用鋼。
背景技術(shù)：
隨著工程機械新鋼種強度與韌性的不斷提高，現(xiàn)有焊絲焊縫強韌性與基材相比差距較大，高強度系列焊接材料每年需大量進口，無法滿足國內(nèi)重點工程需求。為了滿足我國工程機械、石油管線、壓力容器、汽車制造等新一代高性能工程結(jié)構(gòu)用鋼等行業(yè)氣體保護焊焊接材料的需求，迫切需要開發(fā)新一代高強度高韌性氣保護焊絲。氣體保護焊具有焊接工藝性好，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。隨著工程機械新鋼種強度與韌性的不斷提高，目前，尚無真正用于800MPa級氣體保護焊焊絲，而是普遍采用低匹配的Mn-Si-Mo系焊絲JS-60。該焊絲不足之處在于焊縫金屬抗拉強度低于700MPa，且低溫沖擊韌性較差。ESAB公司生產(chǎn)的ST700混合氣體保護焊絲，熔敷金屬雖已達到700MPa，但不足之處是其低溫沖擊韌性較差，不能滿足結(jié)構(gòu)在低溫服役下的使用要求。日本專利P2000-218391A介紹了一種氣體保護焊絲，該焊絲的焊縫金屬具有良好的低溫沖擊韌性，但不足之處是抗拉強度不能穩(wěn)定達到700MPa。低溫沖擊韌性不能滿足高強度工程系列結(jié)構(gòu)鋼種在低溫服役下強韌性匹配使用技術(shù)要求。中國專利公開號為CN1413795A的專利，雖然其焊絲能與700-800MPa的高強鋼匹配使用，但其不足是由于Ni含量較高，在焊絲的拉拔中易拉斷，并且制造工藝相對復(fù)雜，而且還由于含有價格較貴的Mo元素，使其生產(chǎn)成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種與700-800MPa的高強鋼匹配焊接用、既能達到高強度，又能使接頭具有優(yōu)良的高韌性、冶煉工藝穩(wěn)定的用于焊接高強鋼的氣體保護焊絲。
實現(xiàn)上述目的技術(shù)內(nèi)容為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種用于焊接高強鋼的氣體保護焊絲，其在于焊絲的化學(xué)成分重量百分比為C0.04～0.12、Mn1.50～2.10、Si0.50～1.0、Ni0.9～2.0、Ti0.09～0.25、B0.002～0.010、Cu0.10～0.55、Cr0.20～0.60、S≤0.015、P≤0.020、Als≤0.015，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素。
其在于Ni的重量百分比為1.2～1.80。
其在于Ni的重量百分比為1.4～1.60。
其在于Cu的重量百分比為0.30～0.50。
本發(fā)明的實施是通過混合氣體(80％Ar+20％CO2)保護進行焊接。焊絲中加入合適的Ti、B、Ni、Cr、Cu等微量合金元素，促使在焊縫金屬中產(chǎn)生大量高密度位錯的細針狀鐵素體組織。其具體作用金屬元素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，而擴大針狀鐵素體轉(zhuǎn)變的區(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，細化二次晶粒。焊絲中加入Ti可以細化焊縫金屬組織。Ti與N具有極高的親和力，Ti與N結(jié)合成TiN質(zhì)點，作為晶核，促使焊縫中針狀鐵素體的形成。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→鐵素體相轉(zhuǎn)變溫度，有利于晶粒內(nèi)針狀鐵素體的形成。
金屬元素Si、Mn在焊絲中加入Si、Mn，以使其在過渡到焊縫中時，通過脫氧反應(yīng)形成氧化物夾雜或氧硫復(fù)合物夾雜。還有一部分夾雜物是Ti脫氮形成的氮化物。這些夾雜物可作為針狀鐵素體的形核質(zhì)點。形核質(zhì)點的數(shù)量直接決定針狀鐵素體針片的大小。Si重量百分比控制在0.50～1.00，在焊接時起脫氧作用與強化焊縫作用。Mn重量百分比控制在1.40～2.10；Mn是焊縫強韌化的有效元素，在焊縫中有利于脫氧，防止引起熱裂紋的鐵硫化物的形成。
金屬C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu諸元素，可以提高焊縫金屬的淬透性，抑制先共析鐵素體的產(chǎn)生，促進針狀鐵素體的形成。焊絲中C的重量百分比控制在0.04～0.12，C元素含量對焊縫的強韌性及其組織組成有較大的影響。當C含量較低時，焊縫強度較低，焊縫金屬中鐵素體比例較高。當C含量較高時，焊縫韌性下降，焊縫中珠光體比例增加。因此C含量過高或過低均會影響焊縫中針狀鐵素體含量。
焊絲中Ni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。Ni重量百分比控制在0.90～2.00。Ni含量太高時，不僅導(dǎo)致焊絲強度及硬度過高、使焊縫與母材成分差別加大，也使焊絲成本增加。
適量的Cu、Cr對焊縫有強化作用，以增加焊縫的耐大氣腐蝕性能。Cu重量百分比含量小于0.55時，以固溶強化方式提高焊縫強度，并降低針狀鐵素體起始轉(zhuǎn)變溫度，提高針狀鐵素體含量；當Cu重量百分比含量大于0.55時，以析出方式強化焊縫，但對焊縫韌性不利。因此將焊絲中Cu重量百分比含量控制在0.20～0.55。焊縫中含一定的Cr元素有利于提高焊縫中針狀鐵素體含量，減少先共析鐵素體，并有細化鐵素體晶粒的作用，提高焊縫強韌性。Cr還有助于保持焊縫熱處理后性能維持在較高的水平。
Als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0.01較低范圍內(nèi)為好。
S、P元素為有害元素，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及進一步提高焊縫耐候性能。
本發(fā)明氣體保護焊絲具有如下優(yōu)點1、本焊絲鋼冶煉工藝穩(wěn)定、易于實施，鋼坯的軋制及焊絲拉撥、鍍銅等性能優(yōu)良，滿足焊接高強度高韌性新一代工程結(jié)構(gòu)鋼、海洋艦船、石油管線等高強度、高韌性系列鋼種的焊接技術(shù)要求。
2、本發(fā)明焊絲用800MPa強度級別鋼種的焊接，采用混合氣體(80％Ar+20％CO2)保護時，焊縫金屬的抗拉強度達到805MPa，-30℃沖擊功Akv達到127J。
3、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，適應(yīng)于全位置焊接。
具體實施例方式
下面用實施例進一步詳述本發(fā)明本發(fā)明焊絲所用合金體系，其盤條冶煉、軋制及焊絲拉拔工藝容易實施，焊絲成本較低。
實施例1采用0.5噸電爐進行焊絲鋼冶煉。其焊絲鋼的化學(xué)成份重量百分比為C0.050、Mn1.78、Si0.53、Ni1.0、Ti0.11、B0.003、Cu0.12、Cr0.26、Als0.010、S0.004、P0.011，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素。冶煉后焊絲鋼拉拔成規(guī)格為Φ1.6mm的焊絲，經(jīng)表面鍍銅后成為成品焊絲。采用混合氣體(80％Ar+20％CO2)保護進行焊接時，焊接規(guī)范為焊接電流330～360A，焊接電壓26～28V，焊接速度30cm/min，氣體流量18-20L/min，焊接線能量19KJ/cm。焊接試板厚20mm，坡口角度45°，帶12mm墊板，根部間隙為12m。熔敷金屬的力學(xué)性能為ReL＝740MPa，Rm＝805MPa，A＝19％，Z＝64％，焊縫沖擊功Akv(20℃)＝134J，沖擊功Akv(-20℃)＝130J，沖擊功Akv(-30℃)＝127J，焊縫具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性及優(yōu)良的強韌性匹配。
實施例2采用0.5噸電爐進行焊絲鋼冶煉。其焊絲鋼的化學(xué)成份重量百分比為C0.072、Mn1.86、Si0.65、Ni1.28、Ti0.16、B0.0058、Cu0.26、Cr0.35、Als0.011、S0.005、P0.010，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素。冶煉后將焊絲鋼拉拔成規(guī)格為Φ1.2mm的焊絲，經(jīng)表面鍍銅后成為成品焊絲。進行DB685鋼板厚為10mm平焊對接試驗，采用混合氣體(80％Ar+20％CO2)保護進行焊接。焊接規(guī)范為焊接電流200～220A，焊接電壓23V，焊接速度20cm/min，氣體流量18L/min，焊接線能量15KJ/cm。焊接接頭板拉試驗斷在焊外17mm處，接頭冷彎d＝3a、120°完好；焊縫系列溫度沖擊功Akv分別為144J(20℃)、131J(0℃)、122J(-20℃)、77(-40℃)，熱影區(qū)系列溫度沖擊功Akv分別為170J(20℃)、138J(0℃)、120J(-20℃)、58J(-40℃)。
實施例3采用0.5噸電爐進行焊絲鋼冶煉。其焊絲鋼的化學(xué)成份重量百分比為C0.068、Mn1.70、Si0.70、Ni 1.30、Ti 0.19、B0.007、Cu 0.36、Cr 0.40、Als0.014、S0.006、P0.011、余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素。冶煉后將焊絲鋼拉拔成規(guī)格為Φ1.2mm的焊絲，經(jīng)表面鍍銅后成為成品焊絲。焊絲采用80％Ar+20％CO2作為保護氣體，焊接19mm厚新一代工程機械結(jié)構(gòu)用鋼HG70E。焊接規(guī)范為焊接電流220～240A，焊接電壓25V，焊接速度26cm/min，氣體流量18L/min，焊接線能量13.3KJ/cm。焊接接頭板拉試驗斷在焊外16mm處，接頭冷彎d＝3a、120°完好，焊接接頭的抗拉強度、冷彎性能優(yōu)良。焊縫系列沖擊功Akv(20℃)＝103J，Akv(0℃)＝98J，Akv(-20℃)＝90J，Akv(-40℃)＝63J。熱影響區(qū)系列溫度沖擊功Akv(20℃)＝136J、Akv(0℃)＝131J、Akv(-20℃)＝111J、Akv(-40℃)＝77J。
實施例4采用0.5噸電爐進行焊絲鋼冶煉。其焊絲鋼的化學(xué)成份重量百分比為C0.065、Mn1.85、Si0.70、Ni1.85、Ti0.20、B0.006、Cu0.48、Cr0.46、Als0.011、S0.005、P0.011、余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素。冶煉后將焊絲鋼拉拔成規(guī)格為Φ1.2mm的焊絲，經(jīng)表面鍍銅后成為成品焊絲。焊絲采用80％Ar+20％CO2作為保護氣體，焊接19mm厚新一代工程機械結(jié)構(gòu)用鋼HG785。焊接規(guī)范為焊接電流240～260A，焊接電壓31V，焊接速度33cm/min，氣體流量18L/min，焊接線能量14.1KJ/cm。接頭強度達到Rm 850MPa，接頭冷彎d＝3a、120°完好，焊縫沖擊功Akv(-20℃)為92J、熱影響區(qū)Akv(-20℃)為72J。
權(quán)利要求
1.用于焊接高強鋼的氣體保護焊絲，其特征在于焊絲的化學(xué)成分重量百分比為C0.04～0.12、Mn1.50～2.10、Si0.50～1.0、Ni0.9～2.0、Ti0.09～0.25、B0.002～0.01、Cu0.10～0.55、Cr0.20～0.60、S≤0.015、P≤0.020、Als≤0.015，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于焊接高強鋼的氣體保護焊絲，其特征在于Ni的重量百分比為1.2～1.80。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于焊接高強鋼的氣體保護焊絲，其特征在于Ni的重量百分比為1.4～1.60。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于焊接高強鋼的氣體保護焊絲，其特征在于Cu的重量百分比為0.30～0.50。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強度高韌性鋼的氣體保護焊絲。其主要目的解決目前用于高強度高韌性工程新鋼種用氣保護焊焊接材料的焊縫的強度與韌性不匹配問題。其技術(shù)措施其在于焊絲的化學(xué)成分重量百分比為C0.04～0.12、Mn1.50～2.10、Si0.50～1.0、Ni0.9～2.0、Ti0.09～0.25、B0.002～0.010、Cu0.10～0.55、Cr0.20～0.60、S≤0.015、P≤0.020、Als≤0.015，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明焊絲采用混合氣體(80％Ar+20％CO
文檔編號B23K35/30GK1709635SQ200510019059
公開日2005年12月21日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者繆凱, 黃治軍, 劉吉斌, 曹修悌, 王玉濤, 胡因洪, 胡家國 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司