鈮鈦硼微合金高強度氣體保護焊絲的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鈮鈦硼微合金高強度氣體保護焊絲，其化學成份為(wt％)：C 0.04～0.15、Mn 1.00～2.00、Si 0.30～1.20、Ni 0.60～1.80、Ti 0.11～0.20、Mo 0.10～0.80、Nb 0.01～0.05、B 0.002～0.012、S≤0.10、P≤0.20，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。該焊絲工藝性能良好，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。焊絲所用合金體系合適，其盤條的冶煉、軋制及焊絲的拉拔、鍍銅容易實現(xiàn)，生產(chǎn)成本較低。焊絲可廣泛用于工程機械、鐵路橋梁、海洋設(shè)施、高壓容器、油氣管線等大型重要結(jié)構(gòu)800MPa級低合金高強鋼的焊接。
【專利說明】
鈮鈦硼微合金高強度氣體保護焊絲
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種鈮鈦硼微合金高強度氣體保護焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在海洋艦船、工程機械、輸油管線重要大型焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制作過程中，為了減輕自重、降低能耗、提高壽命，逐步采用了高強度與高韌性兼?zhèn)涞慕Y(jié)構(gòu)鋼板，對相應(yīng)配套氣體保護焊絲的需求也正在日益增加。但氣體保護焊絲的品種單一，迄今為止，尚無成熟的800MPa級商品化氣體保護焊絲。日本專利P2000-218391A公開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達到SOOMPa。日本專利JP3-52795A公開的氣體保護焊絲中復(fù)合加入了微量Nb、Ti和B等合金元素，其不足之處是:一是過高的Nb含量(0.15-0.35wt% )，與Ti和B的添加量失配，易增加焊縫金屬熱裂傾向；二打含量(0.01-0.1Owt% )偏低，不利于穩(wěn)定過渡到焊縫中促進細針狀鐵素體的形成。ESAB公司生產(chǎn)的ST800混合氣體保護焊絲，熔敷金屬抗拉強度雖已達到800MPa，但不足之處是其沖擊韌性不能滿足結(jié)構(gòu)在低溫服役下的使用要求。中國專利“超低碳高強度氣體保護焊絲材料”(公開號:CN1413795A)的焊絲成份范圍為(wt% ):C 0.01?0.05,Mn
1.00 ?3.00、Si 0.1 ?1.0、Ni 2.0 ?6.0、Mo 0.2 ?2.5、Ti 0.01 ?0.08、B 0.0002 ?
0.008、Re 0.01?0.5、S < 0.01、P < 0.01、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。該焊絲相應(yīng)焊縫金屬的強度和韌性均能與SOOMPa級鋼板匹配，但因焊絲中加入了大量的貴金屬鎳(^ 3.85wt% )，成本偏高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種焊縫金屬組織和性能均勻、抗拉強度多SOOMpa、低溫沖擊韌性高、焊接工藝性能良好、生產(chǎn)成本相對較低、廣泛用于相應(yīng)強度級別低合金高強鋼重要結(jié)構(gòu)多層焊的氣體保護焊絲。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種熔敷金屬強度高、低溫韌性好的氣體保護焊絲，其特征是在焊縫中采用鈮鈦硼微合金化和焊絲的化學成份設(shè)計(wt%):C 0.04?
0.15、Mn 1.00 ?2.00、Si 0.30 ?1.20、Ni 0.60 ?1.80、Ti 0.11 ?0.20、Mo 0.10 ?
0.80^ Nb 0.01 ?0.05、B 0.002 ?0.012、S < 0.10、P ( 0.20、余量為 Fe 及不可避免的雜兀!素。
[0005]要使焊縫金屬抗拉強度達到彡SOOMPa的同時，又獲得良好的低溫沖擊韌性，關(guān)鍵是形成以高密度位錯細針狀鐵素體為主的焊縫組織。為此，本發(fā)明在焊絲中加入了適量地鈮、硼和其它合金元素，當這些合金元素過渡到焊縫中時，對焊縫組織和性能的作用機制是:
[0006]微量B在焊縫連續(xù)冷卻過程中非平衡偏聚在奧氏體晶界上，將抑制先共析鐵素體的形核，擴大針狀鐵素體轉(zhuǎn)變的區(qū)域；Nb、B復(fù)合加入時，明顯降低針狀鐵素體的起始轉(zhuǎn)變溫度，以提高針狀鐵素體的位錯密度。另外，在板條間形成的Nb(C，N)的微小顆粒釘雜在板條邊界上可有效阻礙板條的粗化，使在多層焊時，焊縫金屬的組織和性能保持均勻穩(wěn)定。
[0007]為防止B的氧化和氮化，在焊絲中加入了 Ti。在熔滴過渡和熔池反應(yīng)階段，形成T1、S1、Mn、Al等的氧化物夾雜或氧硫復(fù)合夾雜物。其中部分夾雜物在高溫下長大，分離而進入渣中，部分因快速冷卻而留在焊縫中。當奧氏體過冷到針狀鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)域時，夾雜物誘發(fā)針狀鐵素體在晶內(nèi)形核。相比之下，Ti的氧化物具有更強的促進晶內(nèi)異質(zhì)形核的作用。
[0008]因此，當Nb、T1、B聯(lián)合加入時，三者之間存在交互作用，在一定適宜的匹配范圍，即將焊絲中Ti含量控制在0.11?0.20%、B含量控制在0.002?0.012%，、Nb含量控制在0.01?0.05%時，可以在焊縫中創(chuàng)造有利于獲得大量高密度位錯細針狀鐵素體的動力學條件。
[0009]焊絲中還添加了 C、Mn、S1、N1、Mo等其它合金元素，其加入范圍和作用是:焊絲中的C含量控制在0.05?0.15%。焊絲中加入適宜的C，主要作用是保證焊縫金屬具有一定的淬透性。其次要作用是形成Nb、Ti等的第二相粒子。另外，一定的碳含量還有助于改善熔滴過渡特性和電弧穩(wěn)定性。但過多的C會使焊縫金屬淬硬性增加，塑性降低，裂紋敏感性增加。
[0010]焊絲中的Si含量控制在0.20?1.00。在氣體保護焊絲中，Si是主要的脫氧及強化元素之一，當焊絲中Si的含量低于0.20%時，脫氧不充分，使焊縫中氧含量過高；當焊縫中Si含量過高時，會使焊縫金屬硬化，焊接飛濺增加，焊絲工藝性能下降。
[0011]焊絲中的Mn含量控制在1.00?2.00內(nèi)。Mn與Si起聯(lián)合脫氧作用，當焊縫中Mn/Si?3時，具有較好的脫氧效果。當焊絲中Mn含量低于1.00時，在熔滴和熔池反應(yīng)階段脫氧不充分，使焊縫中氧含量過高，且使焊縫強度偏低。當焊絲中Mn含量過高時，易造成Mn的偏析，在錳偏析帶易產(chǎn)生M-A島狀組織，降低焊縫金屬的塑性，焊縫金屬的低溫沖擊韌性明顯下降。
[0012]焊絲中的Ni含量控制在0.60?1.80。Ni明顯提高焊縫金屬的韌性，尤其是其低溫沖擊韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。同時Ni在焊縫金屬中起著重要的強化作用。因此，焊絲中的Ni含量不應(yīng)低于0.60，但Ni屬于貴重元素，不宜多加。
[0013]焊絲中的Mo含量控制在0.10?0.80。適量Mo與B聯(lián)合加入時，可以抑制先共析鐵素體轉(zhuǎn)變，促進過冷奧氏體在中溫區(qū)的轉(zhuǎn)變。但過高的Mo含量會導(dǎo)致焊縫金屬塑性下降、冷裂紋敏感性增加。
[0014]S、P元素對焊縫金屬低溫韌性有危害作用，應(yīng)盡量降低。要求焊絲中S < 0.10、P 彡 0.20。
[0015]總之，本發(fā)明通過對氣體保護焊絲進行合理的化學成份設(shè)計，對焊縫金屬進行了合適的Nb、T1、B微合金化，從而在焊縫中穩(wěn)定獲得了大量的、具有高密度位錯的針狀鐵素體；在板條間形成的Nb (C，N)的微小顆粒釘雜在板條邊界上，可有效阻礙板條的粗化。焊絲中加入適量的S1、Mn，強化焊縫中鐵素體基體，并對焊縫進行聯(lián)合脫氧，使焊縫中的氧含量適中。焊絲中加入適量的Ni，以進一步提高焊縫金屬的強度和低溫沖擊韌性。焊絲加入適量的Mo，以促進過冷奧氏體的中溫轉(zhuǎn)變；合理的焊絲成份設(shè)計使焊縫金屬具有了合適的合金體系，并最終使焊縫具有優(yōu)異的強韌性匹配。本發(fā)明焊絲具有如下優(yōu)點:
[0016]1.采用混合氣體(80% Ar+20% CO2)保護電弧焊時，在控制適宜的焊接工藝參數(shù)和層間溫度條件下，焊縫金屬的抗拉強度達到彡800MPa，-30°C沖擊功Akv彡100J，且多層焊時，焊縫金屬性能均勻穩(wěn)定。可廣泛用于工程機械、鐵路橋梁、海洋設(shè)施、高壓容器、油氣管線等大型重要結(jié)構(gòu)SOOMPa級低合金高強鋼的焊接。
[0017]2.該焊絲采用M21混合氣體(80% Ar+20% CO2)保護焊接時，焊絲工藝性能良好，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。
[0018]3.本發(fā)明焊絲所用合金體系合適，其盤條的冶煉、乳制及焊絲的拉拔、鍍銅容易實現(xiàn)，生產(chǎn)成本較低。
【具體實施方式】
[0019]下面用實施例對本發(fā)明焊絲作進一步詳述:
[0020]實施例:選用低S、P廢鋼原料，采用0.2噸電爐進行焊絲鋼冶煉。冶煉過程中注意控制鋼中氣體含量和合金加入順序。焊絲鋼的化學成份為(wt% ):C 0.065、Mn 1.82、Si
0.58、S 0.0062、P 0.014、Ni 1.42、Ti 0.18、Mo 0.32、B 0.0078、Nb 0.024。冶煉后將焊絲鋼經(jīng)乳制、拉拔、表面鍍銅等工序加工成規(guī)格為Φ1.2mm的焊絲。
[0021]本發(fā)明焊絲采用混合氣體(80% Ar+20% CO2)保護進行熔敷金屬試板的焊接，隨即對熔敷金屬的力學性能和焊絲的工藝性能進行了評定。焊接規(guī)范為:焊接電流230?270A，焊接電壓23?25，焊接速度21.5cm/min，氣體流量18L/min，焊接線能量17.2KJ/cm。焊接板厚18mm，坡口角度45°，帶1mm墊板，根部間隙為16mm。恪敷金屬的力學性能為:σ s= 696MPa，σ b= 824MPa，δ 5= 17%, Ψ = 63%，熔敷金屬系列溫度沖擊功A kv分別為152J(20°C )、134J(-20°C )、125J(_30°C )、102J(_40°C )。
[0022]焊絲采用混合氣體(80% Ar+20% CO2)保護，進行工程機械用鋼HQ620DB平焊對接檢驗。HQ620DB 鋼板化學成份為(wt% ):C 0.055、Si 0.267、Mn 1.482、P 0.010、S 0.003、Nb 0.045、Ni 0.304、Mo 0.156、Cu0.538、Ti 0.021，鋼板抗拉強度 σ ,為 775MPa。焊接規(guī)范為:焊接電流220?240A，焊接電壓22?24V，焊接速度20?22cm/min，平均焊接線能量17.3KJ/cm0焊接板厚20mm，坡口角度75°，鈍邊1mm，根部不留間隙。焊縫金屬的化學成份為(wt% ):C 0.048、Si 0.46^ Mn 1.62^ P0.012、S 0.004、Ni 1.22、Mo 0.24、Ti 0.044、Nb 0.023、B 0.0074。接頭板拉檢驗結(jié)果反映接頭斷在焊縫外16mm處，焊縫金屬系列溫度沖擊功 Akv分別為 157J (0°C ),138J (-300C ),132J (-40°C )、121J (-50。。)。焊接接頭冷彎 d=3a、180° 完好。
【主權(quán)項】
1.一種鈮鈦硼微合金高強度氣體保護焊絲，其特征是:焊絲的化學成份為):C0.04 ?0.15、Mn 1.00 ?2.00、Si 0.30 ?1.20、Ni 0.60 ?1.80、Ti 0.11 ?0.20、Mo0.10 ?0.80、Nb 0.01 ?0.05、B 0.002 ?0.012、S ≤ 0.10、P ≤ 0.20，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)元素。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮鈦硼微合金高強度氣體保護焊絲，其特征是:焊絲的化學成份為(wt% ):C 0.065、Mn 1.82、Si 0.58、S 0.0062、P 0.014、Ni 1.42、Ti 0.18、Mo.0.32、B 0.0078、Nb 0.024，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。
【文檔編號】B23K35/30GK105880868SQ201410645441
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月2日
【發(fā)明人】劉德舉, 莫春秀
【申請人】重慶奧格美氣體有限公司