一種超高強(qiáng)氣體保護(hù)焊絲及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種焊接材料及其制造方法，尤其涉及一種氣體保護(hù)焊接材料及其制 造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代機(jī)械裝備的高參數(shù)、大型化和輕量化的發(fā)展要求，采用80kg級(jí)及以上強(qiáng) 度級(jí)別的鋼材也成為許多國內(nèi)制造行業(yè)的第一選擇。比如，在工程機(jī)械制造領(lǐng)域中的起重 機(jī)、混凝土泵車，又比如，在礦山機(jī)械制造領(lǐng)域中的煤機(jī)液壓支架，或是，在水電行業(yè)領(lǐng)域中 的水電壓力鋼管。同時(shí)，港口機(jī)械，海洋結(jié)構(gòu)，客貨車輛及特種車輛等相關(guān)制造領(lǐng)域也都需 要大量使用強(qiáng)度級(jí)別較高的鋼材。同時(shí)，由于富氬氣體保護(hù)焊接是一種高效、廉價(jià)、可靠的 自動(dòng)化或半自動(dòng)化焊接方式，因此，在以上制造領(lǐng)域中都會(huì)廣泛采用到此種氣體保護(hù)焊接 方式。
[0003] 用于80kg級(jí)及以上強(qiáng)度級(jí)別的鋼材的焊接材料通常都會(huì)含有一定含量的主合金 元素，而不含有微合金元素，這樣焊接材料所形成的焊縫金屬的碳當(dāng)量就會(huì)較高，相應(yīng)地， 焊縫金屬的抗裂性就會(huì)較差，成本也相對(duì)較高。為了提供于下游終端用戶加工鋼鐵材料的 便利性，如下料、切割、焊接制作、彎曲成形等加工步驟，現(xiàn)有技術(shù)中的高強(qiáng)度的鋼材會(huì)通過 低合金或微合金化來提高其強(qiáng)度。然而，隨著抗拉強(qiáng)度的提高，超高強(qiáng)度焊接材料的低溫沖 擊韌性則會(huì)會(huì)大大地降低，為了使得超高強(qiáng)度焊接材料也具有良好的強(qiáng)韌性能，一般會(huì)加 入大于2%以上的Ni含量，由此會(huì)導(dǎo)致焊接材料的成本大幅地提高。
[0004][0005][0006][0007] 由上述中國專利文獻(xiàn)所公開的技術(shù)方案可以得知，高強(qiáng)度焊接材料的高強(qiáng)度主要 源于添加一定量的淬透性合金化元素（例如，C、Cr、Mo、W、Ni及Cu等元素），以此來提高焊 縫金屬的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種超高強(qiáng)氣體保護(hù)焊絲，其合金含量低、碳當(dāng)量低，由該 焊絲焊接后形成的焊縫金屬同時(shí)具有較高的強(qiáng)度、較大的低溫韌性以及較好的塑性，并且 這三者之間的匹配性好。與此同時(shí)，采用該焊絲焊接形成的焊縫金屬還具有優(yōu)良的抗裂性 能和良好的焊接性能。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種超高強(qiáng)氣體保護(hù)焊絲，其化學(xué)元素質(zhì)量百 分比含量為：
[0010] C 0.06-0.12 %, Si 0.55-0.80 %, Mn 1.60-1.95 %,0<Cu^0. 20 %, CrO. 10-0. 35%, Mo 0. l〇-〇. 50%, Ni I. 00-1. 60%, Ti 0. 01-0. 20%, BO. 0005-0. 0060%, 余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 本技術(shù)方案中不可避免的雜質(zhì)除了 P和S元素之外，還包括A1、0、N和H元素。作為 不可避免的雜質(zhì)元素，這些雜質(zhì)元素的含量應(yīng)當(dāng)是越低越好。在超高強(qiáng)氣體保護(hù)焊絲中，磷 與硫均不利于焊縫金屬的塑韌性能，因此，其含量需要嚴(yán)格控制，在本發(fā)明的技術(shù)方案中可 以將磷含量控制為< 〇. 〇15wt. %，而將硫含量控制為< 0,01Owt. %。另外，為了減少夾雜 的產(chǎn)生，提高焊縫金屬的塑韌性，并提高焊縫金屬的潔凈度，可以將控制Al < 0. 02wt. %。 同時(shí)，為了提高焊縫金屬的韌性，可以控制〇彡〇. 〇〇5wt. %，N彡0. 006wt. %且 H 彡 0. 0002wt. %。
[0012] 本發(fā)明所述的超高強(qiáng)氣體保護(hù)焊絲中的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理為：
[0013] C :碳可以有效地提高焊縫金屬的強(qiáng)度。但是，含量過高的碳元素會(huì)影響焊縫金屬 的塑性、韌性以及冷裂紋敏感性能，因此，基于本發(fā)明的技術(shù)方案，將焊絲中的碳含量應(yīng)控 制在0. 06-0. 12wt. %范圍之間。
[0014] 優(yōu)選地，可以將焊絲中的碳含量控制為0. 06-0,1Owt. %。
[0015] Si :硅固溶在鐵素體和奧氏體中，其可以提高焊縫金屬的強(qiáng)度。同時(shí)，添加一定含 量的硅還可以增加焊縫金屬的流動(dòng)性，使得焊絲在焊接過程中具有良好的焊接工藝性能。 然而，硅含量過高會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬的韌性急劇下降，故將本發(fā)明所述的焊絲中硅的質(zhì)量百 分比含量設(shè)計(jì)為〇. 55-0. 80%。
[0016] 優(yōu)選地，還可以將該焊絲中硅的質(zhì)量百分比含量設(shè)定為0. 55-0. 75%。
[0017] Mn :錳是增加焊縫金屬強(qiáng)韌性的有益元素之一。錳含量的增加不僅有利于防止焊 縫金屬出現(xiàn)熱裂紋，還有利于焊縫金屬的脫氧。不過，若錳含量過高就容易導(dǎo)致焊絲鋼鑄坯 中出現(xiàn)偏析和裂紋，也容易使得焊縫金屬的碳當(dāng)量過大，并降低焊縫金屬的韌性。因而，本 發(fā)明所述的氣體保護(hù)焊絲中的錳元素的含量應(yīng)該控制為I. 60-1. 95wt. %。
[0018] 更為優(yōu)選的是，將錳元素的含量控制為1. 70-1. 90wt. %。
[0019] Cu:當(dāng)銅含量小于0.5wt. %時(shí)，其作用主要表現(xiàn)為固溶強(qiáng)化，其析出強(qiáng)化作用 并不明顯，而當(dāng)銅含量大于0. 5wt. %時(shí)，析出強(qiáng)化起主要作用，本技術(shù)方案要采用Cu的 固溶強(qiáng)化作用，但是，銅含量的增加會(huì)導(dǎo)致碳當(dāng)量的增加，從而使得熱裂紋敏感性也相 應(yīng)增加。綜合各種因素，本發(fā)明所述的氣體保護(hù)焊絲中的銅的質(zhì)量百分比含量設(shè)定為ο < Cu 彡 0· 20%〇
[0020] 優(yōu)選地，銅的質(zhì)量百分比含量可以為0 < Cu < 0. 15%。
[0021] Cr :鉻可以提高焊縫金屬的淬透性，從而提高其強(qiáng)度。但是含量過高的鉻會(huì)降低焊 縫金屬的韌性，同時(shí)還會(huì)增加焊縫金屬冷裂紋敏感性。一定含量的鉻元素才可以細(xì)化鐵素 體晶粒，從而增加焊縫金屬二次組織的強(qiáng)韌性。鑒于此，本發(fā)明的技術(shù)方案中的鉻含量控制 為 0· 10-0. 35wt. %〇
[0022] 優(yōu)選地，還可以將上述技術(shù)方案中的鉻含量進(jìn)一步地控制為0. 10-0. 30wt. %。
[0023] Mo :鉬因可以存在于固溶體相和碳化物相中而具有固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用， 同時(shí)，鉬還具有細(xì)化晶粒的作用，從而兼具提高焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性的作用。鉬是減小回 火脆性的元素，其可以提高多層多道焊縫金屬的回火穩(wěn)定性；但鉬的含量過高會(huì)使得焊縫 組織產(chǎn)生較多的淬硬組織，增加焊縫金屬的冷裂紋敏感性。另外，鉬金屬的添加成本也相對(duì) 較高?；诖耍瑢⒈景l(fā)明所述的超高強(qiáng)氣體保護(hù)焊絲中的鉬含量應(yīng)控制為〇. 10-0. 50wt. %。
[0024] 優(yōu)選地，鉬含量還可以進(jìn)一步地控制為0. 20-0. 50wt. %。
[0025] Ni :鎳可以提高焊縫金屬的韌性，尤其是提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性，并降低脆 性轉(zhuǎn)變溫度。在一定添加范圍內(nèi)，隨著鎳含量的增加，可以提高焊縫金屬的強(qiáng)度，可是一旦 鎳含量超過該添加范圍之后，焊縫金屬的強(qiáng)度就不會(huì)隨其含量的增加而增加。此外，鎳元素 是一種昂貴的合金金屬元素，在添加時(shí)需要考慮其對(duì)于生產(chǎn)成本所造成的影響。故而，在本 發(fā)明的技術(shù)方案中將鎳含量控制為I. 00-1. 60wt. %。
[0026] 作為一種更為優(yōu)選的設(shè)定范圍，可以將鎳含量控制為I. 20-1. 60wt. %。
[0027] Ti和B :鈦與氧、氮形成鈦的氧化物與氮化物，作為晶內(nèi)二次焊縫組織的形核質(zhì) 點(diǎn)，強(qiáng)化了晶內(nèi)。硼在奧氏體晶界偏聚，抑制先共析鐵素體的形核與長大，強(qiáng)化了晶界。但 是硼含量過高時(shí)，將會(huì)引起硼脆。鈦、硼聯(lián)合加入的復(fù)合作用是含量稍高一些的鈦可優(yōu)先與 氧、氮結(jié)合，從而可以保護(hù)硼不被氧化；然而鈦含量也不易過高，其原因在于：Ti含量過高 而形成的氧化物與氮化物尺寸大小不均勻，尺寸較大的氧、氮化物在焊縫金屬中便會(huì)以夾 雜物的形式存在，從而會(huì)大幅地降低焊縫金屬的塑性。由此，在本發(fā)明所述的超高強(qiáng)氣體保 護(hù)焊絲中，需要控制鈦含量為0.01-0. 20wt. %，并且控制硼含量為0.0005-0. 0060wt. %。
[0028] 優(yōu)選地，可以將鈦含量控制為0. 03-0. 15wt. %。
[0029] 優(yōu)選地，可以將硼含量控制為0. 0015-0. 0050wt. %。
[0030] 較之于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的超高強(qiáng)氣體保護(hù)焊絲中不含W和Re等微合金元 素。同時(shí)，本發(fā)明的焊絲中的合金元素的添加量較少，其碳當(dāng)量較低，使得焊絲的生產(chǎn)成本 相對(duì)較低，因此其具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0031] 另外，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的超高強(qiáng)氣體保護(hù)焊絲中的Cu元素主要起到 了固溶強(qiáng)化的作用，而現(xiàn)有技術(shù)中的Cu元素在其所公開的技術(shù)方案中起到的是析出強(qiáng)化 的作用。
[0032] 此外，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所述的超高強(qiáng)氣體保護(hù)焊絲在添加 Ti元素的基 礎(chǔ)上，還添加了 B元素，以