可免除預熱的高強高韌氣保焊絲及焊縫金屬的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可免除預熱的高強高韌氣保焊絲及焊縫金屬，特別是涉及一種適用于100MPa級別高強度鋼板的混合氣保焊絲及焊縫金屬。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，工程機械用泵車和吊臂、水電工程用壓力水管、以及煤礦機械用液壓支架等紛紛采用了抗拉強度800?100MPa的高強度鋼材，以提高結(jié)構(gòu)部件的承載力和綜合性能。一般情況下，該類鋼板通常需要滿足-20°C沖擊功大于47J的要求。該類鋼板通常采用控軋控冷和熱處理的生產(chǎn)工藝，微觀組織以回火馬氏體為主；為確保力學性能和焊接性能，則采用低碳和低合金的設(shè)計原則，以降低焊前預熱溫度。
[0003]該類超高強度鋼板在工業(yè)應(yīng)用中離不開焊接裝配，但國內(nèi)尚無專門的匹配焊接材料。專利CN101244495A和CN101987403A中提到的焊絲均不能滿足100MPa的技術(shù)要求。專利CN102626836A提到了一種適合于鎢極氬氣保護焊焊接用實芯焊絲，采用該焊絲焊接，可得到全馬氏體焊縫金屬，其屈服強度在850MPa以上，抗拉強度在1050MPa以上，且_20°C沖擊功在25J以上。雖然強度和韌性滿足要求，但由于焊縫金屬是馬氏體組織，焊后冷裂紋敏感性大，易產(chǎn)生裂紋，需要焊前預熱處理，效率低。針對上述缺點，專利文獻特開2013-86134通過Cr和Ni合金元素的精確設(shè)計實現(xiàn)了馬氏體和奧氏體焊縫組織設(shè)計，從而實現(xiàn)免除預熱的惰性氣體保護焊接，且焊縫金屬的抗拉強度950MPa以上，但此焊絲和焊縫金屬均針對惰性氣體保護焊接，成本高，效率低。
[0004]上述方法均采用惰性氣體保護焊接焊縫金屬中的氧含量控制在50ppm內(nèi)，以滿足低溫沖擊韌性要求。但是當采用混合氣體保護焊以后，焊縫金屬的氧含量將從50ppm以下增加到100?450ppm之間，不能滿足焊縫金屬的低溫韌性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可免除預熱的高強高韌氣保焊絲及焊縫金屬，適用于混合氣體保護焊，可免除焊前預熱處理，滿足超高強度要求。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]可免除預熱的高強高韌氣保焊絲，以重量百分比為計的化學成分為:C 0.03?0.07%,Si 0.25 ?0.45%，Mn 0.60 ?1.10%，S 彡 0.01 %，P 彡 0.01 %，Ni 7.0 ?12.0%，Cr 17?21%，Ti 0.10?0.25%，余量為Fe及雜質(zhì)元素。
[0008]進一步，所述的可免除預熱的高強高韌氣保焊絲適用于混合氣保焊，保護氣氛需選用含有95%或以上比例的惰性氣體的混合氣體，焊接熱輸入量5?18kJ/cm。
[0009]可免除預熱的高強高韌氣保焊絲焊接后得到的焊縫金屬，以重量百分比為計的化學成分為:c 0.03 ?0.07 %, Si 0.25 ?0.45 %, Mn 0.60 ?1.10 %，S ^ 0.01 %, P ^ 0.01 %, Ni 7.0 ?12.0 %，Cr 17 ?21 %，Ti 0.05 ?0.25 %，O0.01?0.04 %，余為Fe及雜質(zhì)元素；且Cr彡0.6Ν?+12, Ceq 4.0?4.5，其中Ceq =C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4。
[0010]進一步，所述的焊縫金屬由馬氏體、針狀貝氏體和殘余奧氏體構(gòu)成，其中針狀鐵素體和殘余奧氏體的體積含量在15?30%之間。
[0011]更進一步，所述的焊縫金屬的屈服強度彡830MPa，抗拉強度彡100MPa, _40°C沖擊功多47J。
[0012]焊絲及焊縫金屬中的元素添加理由詳述如下:
[0013]C:合適的C含量是保證焊縫強度的重要因素，因此C含量不宜過低，但過高的C含量會惡化焊接性，增加冷裂傾向，所以C含量也不宜過高；惡化焊縫金屬沖擊韌性的上貝氏體和馬奧島組織都與局部較高的C含量有關(guān)。因此，優(yōu)選其含量為0.03-0.07%。
[0014]S1:是氣保焊絲和焊縫金屬中不可或缺的元素。一方面是焊縫金屬中的脫氧元素，另一方面通過固溶強化能夠有效提高焊縫金屬的強度。但在本發(fā)明中，為防止過量Si添加對焊縫金屬韌性的不利影響，優(yōu)選其含量為0.25-0.45%。
[0015]Mn:在焊縫中是有效的強度增加元素和脫氧元素，有利于細化焊縫組織。但過高的Mn含量會使焊縫韌性降低，并增加焊縫的裂紋敏感性，因此優(yōu)選Mn含量為0.60?1.10%。
[0016]N1:主要是利用其韌化鐵素體基體原理來提高焊縫金屬的沖擊韌性，同時也利用其增加淬透性來提高焊縫金屬強度；但過高的Ni含量會降低焊縫金屬的流動性，對焊縫成形不利，也易造成焊縫夾渣及氣孔等缺陷。
[0017]另外，從焊縫金屬的三項組織控制角度出發(fā)，當其含量多7.0%，才能確保焊縫金屬中有殘余奧氏體存在。因此，優(yōu)選其含量為7.0?12.0%。
[0018]Cr:用于Ni配合進行焊縫金屬微觀組織控制，在上述Ni含量范圍內(nèi)，Cr的優(yōu)選含量為 17.0 ?21.0%，且 Cr ( 0.6Ni+12。
[0019]T1:是本發(fā)明中最重要的元素之一，主要用來形成大量細小、致密分布的含Ti氧化物粒子，從而通過晶內(nèi)異質(zhì)形核來形成一定比例的針狀貝氏體組織，從而提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性。
[0020]O:與Ti進行脫氧反應(yīng)、生成含Ti的氧化物粒子。
[0021]已有結(jié)果表明，將Ti和O的含量對其最終反應(yīng)產(chǎn)物的尺寸、體積含量等產(chǎn)生決定影響。當比例合適時，可形成大量、細小、并呈致密均勻分布的氧化物粒子，且不容易聚集長大。這些呈致密分布、小尺寸的高熔點粒子的存在，在焊縫金屬在焊后冷過程中將會成為異質(zhì)形核質(zhì)點、并秀發(fā)針狀貝氏體形核，然后才會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。氧化物粒子誘導生成的針狀貝氏體一方面提高了焊縫金屬的韌性，另一方面也會細化隨后生成的馬氏體組織，也會對韌性有益。
[0022]因此，應(yīng)控制Ti含量為0.10?0.25%，控制O含量為0.01?0.04%。S，P對焊縫的低溫韌性不利，應(yīng)作為雜質(zhì)元素應(yīng)控制在合理范圍，本發(fā)明中，控制其含量S < 0.01 %，P 彡 0.01%。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024]1.本發(fā)明采用CrNiTi合金設(shè)計以及馬氏體、針狀貝氏體和殘余奧氏體的多相焊縫金屬組織設(shè)計，使焊接工藝可采用混合氣保焊。
[0025]2.多相組織的焊縫金屬組織設(shè)計提升了焊縫金屬的低溫沖擊韌性，采用混合氣保焊得到的焊縫金屬的屈服強度彡850MPa，抗拉強度彡lOOOMPa，其-40°C沖擊功彡100J。
[0026]3.馬氏體、針狀貝氏體和殘余奧氏體的三相結(jié)構(gòu)的焊縫金屬設(shè)計可免除焊前預熱和焊后熱處理，焊縫金屬中的殘留奧氏體通過吸收擴散氫降低了焊后冷裂紋敏感性，焊縫金屬中的針狀貝氏體有效提高了焊縫金屬的低溫韌性。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。
[0028]經(jīng)冶