專利名稱：提高工程機(jī)械高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞性能的實(shí)芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于實(shí)芯焊絲技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種提高工程機(jī)械高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞性能的實(shí)芯焊絲。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段，我國(guó)仍處于基礎(chǔ)設(shè)施投資高速增長(zhǎng)階段，大型建設(shè)工程需要大規(guī)格、高承載能力的工程機(jī)械設(shè)備如挖掘機(jī)、裝載機(jī)和起重機(jī)等。這些大型工程機(jī)械設(shè)備要求其零部件具有高強(qiáng)、耐磨以及較高的疲勞性能，以適宜高強(qiáng)度、重載荷、交變動(dòng)載荷以及高頻率振動(dòng)等惡劣的工作條件和環(huán)境。因此，制備工程機(jī)械設(shè)備的鋼鐵材料以及用于連接鋼鐵材料的焊接接頭也必須具備高強(qiáng)、耐磨和高疲勞強(qiáng)度的性能。目前，工程機(jī)械用鋼已通過微合金化，采用TMCP等軋制工藝和先進(jìn)的熱處理工藝，使其強(qiáng)度逐漸提高到80(Tl000MPa，形成了系列工程機(jī)械高強(qiáng)鋼。在現(xiàn)有的與工程機(jī)械高強(qiáng)鋼匹配的焊絲技術(shù)中，“一種800MPa高強(qiáng)度高韌性氣體保護(hù)焊絲”(CN 101733580A)專利技術(shù)，所形成的焊縫金屬的強(qiáng)度可與SOOMPa級(jí)工程機(jī)械高強(qiáng)鋼相匹配，能用于煤礦機(jī)械設(shè)備，然而，該技術(shù)沒有考慮所形成的焊接接頭的疲勞強(qiáng)度較低的問題；“提高焊接接頭疲勞性能的實(shí)芯焊絲”(CN1651181A)專利技術(shù)，通過降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以減小焊接殘余拉伸應(yīng)力來提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度，在很大程度上提高了焊接接頭的疲勞性能，但該焊絲形成的焊縫金屬，其組織為馬氏體+(5 40)%的奧氏體，強(qiáng)度達(dá)不到80(Tl000MPa，仍不能滿足大型工程機(jī)械設(shè)備的高強(qiáng)度和高疲勞性能技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種提高工程機(jī)械高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞性能的實(shí)芯焊絲，所形成的焊縫金屬?gòu)?qiáng)度高、韌性良和耐磨性能好，其強(qiáng)度與80(Tl000MPa級(jí)工程機(jī)械高強(qiáng)鋼相匹配，焊接接頭具有較高的抗疲勞損壞性能，能滿足對(duì)所焊接的工程機(jī)械設(shè)備的高強(qiáng)度和高疲勞性能技術(shù)要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)芯焊絲所采用的化學(xué)組分是C為0，Mn為I. 50 2· 00wt%, Si 為 O. 40 0· 80wt%, Cr 為 12.00 20· 00wt%, Ni 為 4.00 8· 00wt%, Mo 為O. 50 2· 00wt%, P彡O. 002wt%, S彡O. 005wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明不含碳元素，以保證焊縫金屬具有較好的抗裂性能和沖擊韌性，并避免鉻的碳化物析出而耗損焊縫金屬中的鉻元素。鉻元素是該發(fā)明中的主要合金元素，含量在12wt%以上；鉻為鐵素體形成元素，保證了焊縫金屬以δ相凝固；降低了奧氏體的相轉(zhuǎn)變溫度，促進(jìn)低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物合金馬氏體的形成，提高焊縫金屬的強(qiáng)韌性；同時(shí)，鉻元素通過固溶強(qiáng)化的作用，提高了焊縫金屬的強(qiáng)度。本發(fā)明含有適量的鎳元素，鎳元素為奧氏體形成元素，起到擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的作用，保證在高溫時(shí)，焊縫金屬全部轉(zhuǎn)變成奧氏體組織，沒有δ鐵素體的殘留；同時(shí)，鎳元素有助于提高材料的淬硬性。添加的鑰元素與鎳元素和錳元素共同作用，使合金馬氏體的開始轉(zhuǎn)變溫度(Ts)降低到150°C左右，合金、馬氏體的轉(zhuǎn)變完成溫度(Tf)降低到室溫，即在室溫下完成合金馬氏體的全部轉(zhuǎn)變。通過凈化鋼水，將焊絲的P和S含量降到最低，避免因P、S偏聚而產(chǎn)生熱裂紋傾向。以上合金元素組成的化學(xué)成分，使焊縫金屬組織為全合金馬氏體，不殘留高溫δ鐵素體組織，不殘留Y奧氏體組織，保證了焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性；另一方面在低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的相變應(yīng)力與焊接熱應(yīng)力相互抵消，將焊接殘余拉應(yīng)力減小到最小或?yàn)榱悖瑥亩诤艽蟪潭壬细纳屏艘蚝附託堄嗬瓚?yīng)力而導(dǎo)致的焊接接頭疲勞強(qiáng)度的降低。本發(fā)明所制備的實(shí)芯焊絲用于焊接高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼，焊縫金屬形成合金馬 氏體，合金馬氏體組織保證了較高的強(qiáng)度，較好的韌性，且合金馬氏體具有較高的耐磨性能，焊縫金屬的屈服強(qiáng)度達(dá)到680、IOMPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到815 1158MPa，延伸率A為13 17%，_20°C時(shí)沖擊功Akv為52 68J，硬度值為305 350 (HVlO);通過調(diào)整合金成分，將馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度控制在150°C左右，馬氏體轉(zhuǎn)變完成溫度控制在室溫左右，最大程度地使低溫相變應(yīng)力與焊接熱產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力相抵消，將焊接殘余拉應(yīng)力引起的疲勞強(qiáng)度降低減小到最小或?yàn)榱?，與相同強(qiáng)度級(jí)別的焊接接頭相比較，焊接接頭的疲勞強(qiáng)度提高3(Γ35%，具有較高的抗疲勞性能；實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)工程機(jī)械設(shè)備力學(xué)性能及抗疲勞性能的要求。因此，本發(fā)明合金元素含量相對(duì)簡(jiǎn)單；所形成的焊縫金屬具有高強(qiáng)、高韌性和高耐磨性的特點(diǎn)，其強(qiáng)度能與80(Tl000MPa級(jí)工程機(jī)械高強(qiáng)鋼相匹配，焊接接頭具有較高的抗疲勞性能，能滿足對(duì)所焊接制備的工程機(jī)械設(shè)備的高強(qiáng)度和高疲勞性能的技術(shù)要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對(duì)本其保護(hù)范圍的限制 實(shí)施例I
一種提高工程機(jī)械高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞性能的實(shí)芯焊絲。該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C為 0，Μη 為 I. 50 1· 65wt%,Si 為 O. 40 0· 55wt%,Cr 為 18. 00^20. 00wt%,Ni為 4. 00 5· 50wt%,Mo為O. 50 0· 70wt%, P彡O. 002wt%, S彡O. 005wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例所制備的實(shí)芯焊絲，直徑為Φ2. 5mm，采用鎢極氬弧焊焊接方法，焊接20mm厚的800MPa級(jí)工程機(jī)械用鋼。該級(jí)別工程機(jī)械鋼板的化學(xué)組分是C為彡O. 12wt%,Si 為 O. 15 O. 35wt%, Mn 為 O. 80 1· 50wt%, Cr 為 O. 02 O. 06wt%, Mo 為 O. 20 0· 60wt%, P 為(O. 003wt%, S為彡O. 015wt%。該800MPa級(jí)工程機(jī)械用鋼板的力學(xué)性能是抗拉強(qiáng)度為彡785MPa，屈服強(qiáng)度為彡685MPa，延伸率A=15% ;_20°C時(shí)沖擊功Akv彡47J。試板坡口型式為V型，單側(cè)坡口角度為45°。選用直徑Φ2. 5mm的鈰鎢極，氬氣純度大于99. 95%，氬氣流量為8 12L/min，氣體噴嘴直徑為Φ8 12πιπι，噴嘴伸出長(zhǎng)度為4 5臟。焊接電流為7(Γ80Α，電弧電壓為14 16V，焊接速度為6 8cm/min。焊后進(jìn)行焊縫金屬力學(xué)性能及焊接接頭疲勞性能分析焊縫金屬的屈服強(qiáng)度為680MPa，抗拉強(qiáng)度為815MPa，伸長(zhǎng)率A=17%，-20°C時(shí)沖擊功平均值A(chǔ)kv=68J，硬度平均值為305 (HVlO);焊接接頭的疲勞性能在高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，頻率f為139赫茲，應(yīng)力循環(huán)比r為O. 1，循環(huán)次數(shù)為IO7次，試驗(yàn)結(jié)果測(cè)得疲勞強(qiáng)度比同強(qiáng)度級(jí)別的焊接接頭提高35%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用本實(shí)施例所制備的SOOMPa實(shí)芯焊絲，經(jīng)鎢極氬弧焊焊接后，其焊縫金屬的力學(xué)性能完全滿足SOOMPa工程機(jī)械用鋼的技術(shù)要求，其焊接接頭也滿足工程機(jī)械設(shè)備的疲勞強(qiáng)度技術(shù)要求。實(shí)施例2
一種提高工程機(jī)械高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞性能的實(shí)芯焊絲。該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C為 0，Μη 為 I. 65 I. 80wt%, Si 為 O. 55 O. 70wt%, Cr 為 14. 00 18· 00wt%, Ni 為 5. 50 6· 50wt%,Mo為O. 70 1· 20wt%, P彡O. 002wt%, S彡O. 005wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例所焊接的鋼板及坡口型式同實(shí)施例I。本實(shí)施例所制備的實(shí)芯焊絲，直徑為Φ1. 2mm，采用100%氬氣保護(hù)的氣體保護(hù)焊接工藝，焊接電流為285 340A，電弧電壓為31 33V。焊后進(jìn)行焊縫金屬力學(xué)性能及焊接接頭疲勞性能分析焊縫金屬的屈服強(qiáng)度為698MPa，抗拉強(qiáng)度為830MPa，伸長(zhǎng)率A=13%，-20 V時(shí)沖擊功平均值A(chǔ)kv=47J，硬度平均值為327 (HVlO);焊接接頭的疲勞性能在高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)參數(shù)同實(shí)施例1，試驗(yàn)結(jié)果測(cè)得疲勞強(qiáng)度比同強(qiáng)度級(jí)別的焊接接頭提高30%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用本實(shí)施例所制備的800MPa實(shí)芯焊絲，經(jīng)100%氬氣保護(hù)的氣體保護(hù)焊焊接后，其焊縫金屬的力學(xué)性能完全滿足SOOMPa工程機(jī)械用鋼的技術(shù)要求，其焊接接頭也滿足工程機(jī)械設(shè)備的疲勞強(qiáng)度技術(shù)要求。實(shí)施例3
一種提高工程機(jī)械高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞性能的實(shí)芯焊絲。該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C為 0，Μη 為 I. 80 2· 00wt%, Si 為 O. 70 0· 80wt%, Cr 為 12. 00 14· 00wt%, Ni 為 6. 50 8· 00wt%,Mo為I. 20 2· 00wt%, P彡O. 002wt%, S彡O. 005wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例所制備的實(shí)芯焊絲，直徑為Φ2. 5mm，采用鎢極氬弧焊焊接方法，焊接20mm厚的IOOOMPa級(jí)工程機(jī)械用鋼。該IOOOMPa級(jí)工程機(jī)械鋼板的化學(xué)組分是C為 O. 10 0· 20wt%, Si 為 O. 20 0· 70wt%, Mn 為 I. 00 1· 70wt%, Mo 為 O. 30 0· 50wt%, Ni 為O. 30 0· 50wt%, Cr 為 O. 80 1· 20wt%, S ^ O. 02wt%, P ( O. 025wt% ;該鋼板的力學(xué)性能是屈服強(qiáng)度彡980MPa，抗拉強(qiáng)度為108(Tl370MPa，-2(TC沖擊韌性值彡25J。坡口型式及焊接工藝同實(shí)施例I。焊后進(jìn)行焊縫金屬力學(xué)性能及焊接接頭疲勞性能分析焊縫金屬的屈服強(qiáng)度為91OMPa,抗拉強(qiáng)度為1158MPa，伸長(zhǎng)率A=15%，-20°C時(shí)沖擊功平均值A(chǔ)kv=52J，硬度平均值為350 (HVlO);焊接接頭的疲勞性能在高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)參數(shù)同實(shí)施例1，試驗(yàn)結(jié)果測(cè)得疲勞強(qiáng)度比同強(qiáng)度級(jí)別的焊接接頭提高32%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用本實(shí)施例所制備的IOOOMPa實(shí)芯焊絲，經(jīng)鎢極氬弧焊焊接后，其焊縫金屬的力學(xué)性能完全滿足IOOOMPa工程機(jī)械用鋼的技術(shù)要求，其焊接接頭也滿足工程機(jī)械設(shè)備的疲勞強(qiáng)度技術(shù)要求。本具體實(shí)施方式
不含碳元素，以保證焊縫金屬具有較好的抗裂性能和沖擊韌性，并避免鉻的碳化物析出而耗損焊縫金屬中的鉻元素。鉻元素是該發(fā)明中的主要合金元素，含量在12wt%以上；鉻為鐵素體形成元素，保證焊縫金屬以δ相凝固；降低了奧氏體的相轉(zhuǎn)變溫度，促進(jìn)低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物合金馬氏體的形成，提高焊縫金屬的強(qiáng)韌性；同時(shí)，鉻元素通過固溶強(qiáng)化的作用，提高焊縫金屬的強(qiáng)度。本發(fā)明含有適量的鎳元素，鎳元素為奧氏體形成元素，起到擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的作用，保證在高溫時(shí)，焊縫金屬全部轉(zhuǎn)變成奧氏體組織，沒有δ鐵素體的殘留；同時(shí)，鎳元素有助于提高材料的淬硬性。添加鑰元素，與鎳元素和錳元、素共同作用，使合金馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度(Ts)降低到150°C左右，合金馬氏體轉(zhuǎn)變完成溫度(Tf)降低到室溫，即在室溫下完成合金馬氏體的全部轉(zhuǎn)變。通過凈化鋼水，將焊絲的P和S含量降到最低，避免因P、S偏聚而產(chǎn)生熱裂紋傾向。以上合金元素組成的化學(xué)成分，使焊縫金屬組織為全合金馬氏體，不殘留高溫δ鐵素體組織，不殘留Y奧氏體組織，保證了焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性；另一方面在低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的相變應(yīng)力與焊接熱應(yīng)力相互抵消，將焊接殘余拉應(yīng)力減小到最小或?yàn)榱?，從而在很大程度上改善了因焊接殘余拉?yīng)力而導(dǎo)致的焊接接頭疲勞強(qiáng)度的降低。本具體實(shí)施方式
所制備的實(shí)芯焊絲用于焊接高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼，焊縫金屬形成合金馬氏體，合金馬氏體組織保證了較高的強(qiáng)度，較好的韌性，且合金馬氏體具有較高的耐磨性能，焊縫金屬的屈服強(qiáng)度達(dá)到68(T910MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到815 1158MPa，延伸率A為13 17%，_20°C時(shí)沖擊功AkvS 52 68J，硬度值為305 350 (HVlO);通過調(diào)整合金成分，將馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度控制在150°C左右，馬氏體轉(zhuǎn)變完成溫度控制在室溫左右，最大程度地使低溫相變應(yīng)力與焊接熱產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力相抵消，將焊接殘余應(yīng)力弓I起的疲勞強(qiáng)度降低減小到最小，與相同強(qiáng)度級(jí)別的焊接接頭相比較，疲勞強(qiáng)度提高3(Γ35%，具有較高的抗疲勞性能；實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)工程機(jī)械設(shè)備力學(xué)性能及抗疲勞性能的要求。因此，本具體實(shí)施方式
合金元素含量相對(duì)簡(jiǎn)單；所形成的焊縫金屬具有高強(qiáng)、高韌性和高耐磨性的特點(diǎn)，其強(qiáng)度能與80(Tl000MPa級(jí)工程機(jī)械高強(qiáng)鋼相匹配，焊接接頭具有較高的抗疲勞性能，能滿足對(duì)所焊接制備的工程機(jī)械設(shè)備的高強(qiáng)度和高疲勞性能的技術(shù)要求。權(quán)利要求
1. 一種提高工程機(jī)械高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞性能的實(shí)芯焊絲，其特征在于該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C 為 O，Mn 為 I. 50 2. 00wt%, Si 為 0. 40 0. 80wt%, Cr 為 12. 00 20. 00wt%, Ni為 4. 00 8. 00wt%, Mo 為 0. 50 2. 00wt%, P 彡 0. 002wt%, S 彡 0. 005wt%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高工程機(jī)械高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞性能的實(shí)芯焊絲。其技術(shù)方案是該實(shí)芯焊絲的化學(xué)組分是C為0，Mn為1.50~2.00wt%，Si為0.40~0.80wt%，Cr為12.00~20.00wt%，Ni為4.00~8.00wt%，Mo為0.50~2.00wt%，P≤0.002wt%，S≤0.005wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。使用本發(fā)明的實(shí)芯焊絲所形成的焊縫金屬具有高強(qiáng)、高韌性和高耐磨性的特點(diǎn)，其強(qiáng)度能與800~1000MPa級(jí)工程機(jī)械高強(qiáng)鋼相匹配，焊接接頭具有較高的抗疲勞性能，能滿足對(duì)所焊接制備的工程機(jī)械設(shè)備的高強(qiáng)度和高疲勞性能的技術(shù)要求。
文檔編號(hào)B23K35/30GK102632348SQ20121013344
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者吳開明, 張心保, 王紅鴻, 黃剛 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)