專利名稱：一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料焊接用氣體保護(hù)焊絲，尤其是一種用于高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼板焊 接的高韌性低合金實(shí)芯焊絲。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)用于高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼板(830MPa、900MPa級)焊接的氣體保護(hù)焊絲品種單一， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長的高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼板氣體保護(hù)焊的需求。國內(nèi)普遍采用低匹配的Mn-Si 系焊絲ER83-1用于高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼板的焊接，但其成本高，不適合大范圍推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲，熔敷金屬抗拉強(qiáng) 度大于830MPa，屈服強(qiáng)度大于730Mpa，能滿足830MPa、900MPa級鋼板的焊接，相對于焊絲 ER83-1，在保證強(qiáng)度和沖擊韌性的前提下，其合金含量降低近50%，極大地降低了成本，適 合大范圍推廣應(yīng)用。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲， 該焊絲材料組成的化學(xué)成分重量百分比為C 彡 0. 10，Si 0. 4 0. 8，Mn 1. 2 1. 9，Ni 1. 0 2. 5，Mo 0. 25 0. 55，Cr 0. 18 0.35，Ti 0. 05 0.20，B 0. 0005 0. 005，S 彡 0. 015，P 彡 0. 015，余量為 Fe 及其
它不可避免的雜質(zhì)。焊絲材料組成的化學(xué)成分中，控制Mn/Si = 2. 5 3. 0。焊絲表面鍍有銅，焊絲最終含銅的重量百分比為Cu ( 0. 50。本發(fā)明采用Mn-Ni-Cr-Mo-Ti-B合金設(shè)計(jì)，并配合Si元素，使得該焊絲在保證強(qiáng)度 和沖擊韌性的前提下，其合金含量大大降低。鉻是抗腐蝕性的基本元素，能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性；又能顯著提高強(qiáng)度、 硬度和耐磨性，但過量的鉻含量將會引起碳化物偏析，將導(dǎo)致降低沖擊韌性，因此本焊絲中 的鉻的重量含量應(yīng)在0. 18 0.35%。鎳能提高鋼的強(qiáng)度，又能保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能在 高溫下有防銹和耐熱能力，能提高鋼的抗疲勞性能，減少鋼對缺口的敏感性，降鋼的低溫脆 性轉(zhuǎn)變溫度，因此本焊絲中的鎳的重量含量應(yīng)在1. 0 2. 5%。鉬產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠 的強(qiáng)度和抗蠕變能力，可抑制合金鋼由于回火而引起的脆性，因此本焊絲中的鉬的重量含 量應(yīng)在0. 25 0. 55%。鈦是碳氮化物的形成元素，是鋼中的強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì) 化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性，改善焊接性能，因此本焊絲中的鈦的重量含量應(yīng)在 0. 05 0. 20%。錳是硬化元素，同時(shí)還起到了脫氧和脫硫的作用，但過高的錳容易造成Mn的偏
3析，從而降低金屬的韌性，因此本焊絲中錳的含量應(yīng)在1. 2 1. 9%。硼可以降低固溶氮的含量，因此加入少量的硼可以提高材料的韌性。S、P有害元素，會對加工性能產(chǎn)生一些不利影響，主要會降低鋼的延展性和韌性， 在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋，還會降低鋼的耐腐蝕性能。因此這些元素必須盡可能控制在最 小范圍內(nèi)。本焊絲中S、P的重量含量控制為S彡0. 015 %，P彡0. 015%。本發(fā)明提供的一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲，有益效果如下1、與現(xiàn)有的ER83-1焊絲相比，合金含量比較如表1所示表 1 由上表中可以看出，本焊絲通過對化學(xué)成分進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，其合金總含量與現(xiàn) 有的ER83-1相比，大大降低，最低僅為2. 6805%，合金含量降低近一半，根據(jù)目前合金金屬 的市價(jià)計(jì)算，成本降低了近2000元/噸，大大降低了成本；同時(shí)，具有強(qiáng)度高、韌性好，抗裂 性好等特點(diǎn)，其熔敷金屬抗拉強(qiáng)度大于830MPa，屈服強(qiáng)度大于730Mpa。焊接后，焊縫成形美 觀，飛濺小，裂紋敏感性低，能滿足830MPa、900MPa級鋼板的焊接，在保證強(qiáng)度的前提下，沖 擊韌性也極優(yōu)，并大大降低了成本。 2、在開發(fā)本產(chǎn)品時(shí)，采用了正交試驗(yàn)法考察C、Mn、Mn/Si、Ti、Mo、Ni、七個(gè)成分因 素，及這七個(gè)成分因素影響中強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲熔敷金屬的強(qiáng)度及韌性位級表。S、P元素 沒有列入正交試驗(yàn)表，因其成分保持在一定的水平(如< 0. 020% )是焊材行業(yè)通行的做 法。通過試驗(yàn)，按照極差R的大小，把各合金元素對熔敷金屬的強(qiáng)化及韌化的作用以大小順 序排列出來，結(jié)論是，強(qiáng)化效果最顯著的是C，其次是Cr、Mo和Mn，再次是Mn/Si和Ni，最弱 的是Ti ；韌化效果最顯著的是Ti，其次是Ni，再次Mn/Si，較弱的是C、Mn、Ni、Mo。顯然，Mn/ Si在對焊縫金屬的強(qiáng)化和韌化過程中起著非常重要的作用，試驗(yàn)證明，Mn/Si為3時(shí)，焊縫 金屬的強(qiáng)度及韌性指標(biāo)最好，考慮到金屬中Mn、Si的還原反應(yīng)產(chǎn)物MnO和Si02如果殘留在 金屬內(nèi)部將為形成非金屬夾渣物缺陷。研究表明，如采用Mn、Si共同脫氧，當(dāng)Mn、Si的比例 合適時(shí)，則可得到Fe0-Mn0-Si02氧化物溶液，其熔點(diǎn)比液態(tài)金屬低很多，流動性好，可在液 態(tài)金屬凝固之前浮出表面，不會產(chǎn)生非金屬夾渣，而Mn/Si應(yīng)在1. 5以上，因而Mn/Si應(yīng)控 制在2. 5 3. 0時(shí)，能較好地控制焊縫金屬的強(qiáng)度及韌性指標(biāo)。3、焊絲表面鍍銅是為了提高焊絲在焊接過程中的導(dǎo)電性，銅元素的存在，使焊絲 的導(dǎo)電性能大幅提高，這樣，焊絲在使用過程中送絲順暢，而且焊接過程電弧穩(wěn)定，但銅元 素殘存在焊縫中，將造成焊縫脆，韌性下降，一股來說，焊縫中銅元素含量超過0. 8 %，將導(dǎo) 致焊縫“V”型缺口沖擊功急驟下降，因此焊絲基體及鍍銅總量應(yīng)< 0. 50%。4、本發(fā)明的焊絲合金體系適合，其盤條冶煉、軋制及焊絲拉拔工藝容易實(shí)現(xiàn)，質(zhì)量穩(wěn)定，可廣泛用于機(jī)械工程、鐵路橋梁、海洋設(shè)施、高壓容器、油氣輸送管等大型、重要結(jié)構(gòu) 低合金高強(qiáng)鋼的焊接。
具體實(shí)施例方式一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲，焊絲材料組成的化學(xué)成分重量百分比為C 彡 0. 10，Si 0. 4 0. 8，Mn 1. 2 1. 9，Ni 1. 0 2. 5，Mo 0. 25 0. 55，Cr 0. 18 0.35，Ti 0. 05 0.20，B 0. 0005 0. 005，S 彡 0. 015，P 彡 0. 015，余量為 Fe 及其
它不可避免的雜質(zhì)。焊絲材料組成的化學(xué)成分中，Mn/Si = 2. 5 3. 0。焊絲表面鍍有銅，焊絲最終含銅的重量百分比為Cu ( 0. 50。實(shí)施例1采用90噸電爐，選用低S、P的鋼坯進(jìn)行焊絲鋼冶煉，精冶煉出焊絲用鋼，再軋制成 焊接用鋼盤條，經(jīng)過拉絲、鍍銅、繞線工序制成2mm的焊絲。該焊絲的化學(xué)成分為按重 量百分比計(jì)為:C 0. 071，Si 0. 63，Mn 1. 62，Nil. 32，Mo 0. 35，Cr 0. 22，Ti 0. 06，B 0. 004， S 0. 006, P 0.010，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。在經(jīng)過拉拔制成焊絲后表面鍍銅，焊絲銅 含量為0. 12%。采用上述①1. 2mm焊絲，使用混合氣體(80% Ar+20% C02)保護(hù)，在Q345鋼板進(jìn)行 熔敷金屬力學(xué)性能試驗(yàn)，同時(shí)用本焊絲使用混合氣體(80% Ar+20% C02)保護(hù)在坡口及墊 板上堆焊隔離層，堆焊隔離層的厚度加工后大于等于3. 0mm,焊接規(guī)范為焊接電流260 290A，焊接電壓27 31V，焊接速度33 士 1. 5cm/min，氣體流量20L/s，焊接線能量17kJ/cm。 用焊絲在坡口及墊板上堆焊隔離層，且隔離層的厚度加工后不小于3mm，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度 為885MPa，屈服強(qiáng)度為785MPa，延伸率為18%，_20°C沖擊吸收功為145J，達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 的要求。采用上述焊絲進(jìn)行WCF80對接焊時(shí)，接頭強(qiáng)度為915MPa，斷裂在母材，焊縫_20°C 沖擊值為124J，熱影響區(qū)-20°C沖擊值為110J，D = 3a, 120度彎曲試驗(yàn)，結(jié)果為完好，因而 完全適合900MPa級鋼板的焊接。實(shí)施例2采用90噸電爐，選用低S、P的鋼坯進(jìn)行焊絲鋼冶煉，精冶煉出焊絲用鋼，再軋制成 焊接用鋼盤條，經(jīng)過拉絲、鍍銅、繞線工序制成2mm的焊絲。該焊絲的化學(xué)成分為按重 量百分比計(jì)為C 0. 076, Si 0. 66, Mn 1. 65, Ni 1. 35, Mo 0. 33, Cr 0. 26, Ti 0. 08, B 0.003， S 0. 004, P 0.013，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。在經(jīng)過拉拔制成焊絲后表面鍍銅，焊絲銅 含量為0. 10%。采用上述①1. 2mm焊絲，使用混合氣體(80% Ar+20% C02)保護(hù)，同時(shí)用本焊絲使 用混合氣體(80% Ar+20% C02)保護(hù)在坡口及墊板上堆焊隔離層，堆焊隔離層的厚度加工 后大于等于3. 0mm，在Q345鋼板進(jìn)行熔敷金屬力學(xué)性能試驗(yàn)，焊接規(guī)范為焊接電流260 290A，焊接電壓27 31V，焊接速度33 士 1. 5cm/min，氣體流量20L/s，焊接線能量17kJ/cm。 用焊絲在坡口及墊板上堆焊隔離層，且隔離層的厚度加工后不小于3mm，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度 為845MPa，屈服強(qiáng)度為765MPa，延伸率為17%，_20°C沖擊吸收功為78J，達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的 要求。
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采用上述焊絲進(jìn)行WCF80對接焊時(shí)，接頭強(qiáng)度為915MPa，斷裂在母材，焊縫_20°C 沖擊值為77J，熱影響區(qū)-20°C沖擊值為84J，D = 3a, 120度彎曲試驗(yàn)，結(jié)果為完好，因而完 全適合900MPa級鋼板的焊接。實(shí)施例3采用90噸電爐，選用低S、P的鋼坯進(jìn)行焊絲鋼冶煉，精冶煉出焊絲用鋼，再軋制成 焊接用鋼盤條，經(jīng)過拉絲、鍍銅、繞線工序制成on. 2mm的焊絲。該焊絲的化學(xué)成分為按重 量百分比計(jì)為C 0. 062, Si 0. 44, Mn 1. 32, Ni 1. 02, Mo 0. 26, Cr 0. 19, Ti 0. 06, B 0.002， S 0. 006, P 0.015，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。在經(jīng)過拉拔制成焊絲后表面鍍銅，焊絲銅 含量為0. 09%。采用上述①1. 2mm焊絲，使用混合氣體(80% Ar+20% C02)保護(hù)，在Q345鋼板進(jìn)行 熔敷金屬力學(xué)性能試驗(yàn)，同時(shí)用本焊絲使用混合氣體(80% Ar+20% C02)保護(hù)在坡口及墊 板上堆焊隔離層，堆焊隔離層的厚度加工后大于等于3. 0mm,焊接規(guī)范為焊接電流260 290A，焊接電壓27 31V，焊接速度33 士 1. 5cm/min，氣體流量20L/s，焊接線能量17kJ/cm。 用焊絲在坡口及墊板上堆焊隔離層，且隔離層的厚度加工后不小于3mm，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度 為835MPa，屈服強(qiáng)度為745MPa，延伸率為19%，_20°C沖擊吸收功為88J，達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的 要求。采用上述焊絲進(jìn)行WCF80對接焊時(shí)，接頭強(qiáng)度為895MPa，斷裂在母材，焊縫_20°C 沖擊值為86J，熱影響區(qū)-20°C沖擊值為78J，D = 3a, 120度彎曲試驗(yàn)，結(jié)果為完好，因而完 全適合900MPa級鋼板的焊接。實(shí)施例4采用90噸電爐，選用低S、P的鋼坯進(jìn)行焊絲鋼冶煉，精冶煉出焊絲用鋼，再軋制成 焊接用鋼盤條，經(jīng)過拉絲、鍍銅、繞線工序制成2mm的焊絲。該焊絲的化學(xué)成分為按重 量百分比計(jì)為:C 0. 10，Si 0. 76，Mn 1. 88，Ni 2. 38，Mo 0. 52，Cr 0. 33，Ti 0. 13，B 0. 003， S 0. 003, P 0.013，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。在經(jīng)過拉拔制成焊絲后表面鍍銅，焊絲銅 含量為0. 10%。采用上述①1. 2mm焊絲，使用混合氣體(80% Ar+20% C02)保護(hù)，在Q345鋼板進(jìn) 行熔敷金屬力學(xué)性能試驗(yàn)，同時(shí)用本焊絲使用混合氣體(80% Ar+20% C02)保護(hù)在坡口及 墊板上堆焊隔離層，堆焊隔離層的厚度加工后大于等于3. 0mm，焊接規(guī)范為接電流260 290A，焊接電壓27 31V，焊接速度33 士 1. 5cm/min，氣體流量20L/s，焊接線能量17kJ/cm。 用焊絲在坡口及墊板上堆焊隔離層，且隔離層的厚度加工后不小于3mm，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度 為865MPa，屈服強(qiáng)度為775MPa，延伸率為17%，_20°C沖擊吸收功為168J，達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 的要求。采用上述焊絲進(jìn)行WCF80對接焊時(shí)，接頭強(qiáng)度為890MPa，斷裂在母材，焊縫_20°C 沖擊值為106J，熱影響區(qū)-20°C沖擊值為74J，D = 3a, 120度彎曲試驗(yàn)，結(jié)果為完好，因而完 全適合900MPa級鋼板的焊接。
權(quán)利要求
一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲，其特征在于焊絲材料組成的化學(xué)成分重量百分比為C ≤0.10，Si 0.4～0.8，Mn 1.2～1.9，Ni 1.0～2.5，Mo 0.25～0.55，Cr 0.18～0.35，Ti 0.05～0.20，B 0.0005～0.005，S≤0.015，P≤0.015，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲，其特征在于焊絲材料組成的 化學(xué)成分中，Mn/Si=2. 5 3. 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲，其特征在于焊絲表面鍍 有銅，焊絲最終含銅的重量百分比為Cu ^ 0. 50。
全文摘要
一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲，該焊絲材料組成的化學(xué)成分重量百分比為C≤0.10，Si0.4～0.8，Mn1.2～1.9，Ni1.0～2.5，Mo0.25～0.55，Cr0.18～0.35，Ti0.05～0.20，B0.0005～0.005，S≤0.015，P≤0.015，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明提供的一種高韌性低合金實(shí)芯焊絲，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度大于830MPa，屈服強(qiáng)度大于730MPa，能滿足830MPa、900MPa級鋼板的焊接，相對于焊絲ER83-1，在保證強(qiáng)度和沖擊韌性的前提下，其合金含量降低近50%，極大地降低了成本，適合大范圍推廣應(yīng)用。
文檔編號B23K35/30GK101905392SQ201010263729
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者戴敦樂 申請人:宜昌猴王焊絲有限公司