适用于大线能量焊接的低合金高强度高韧性埋弧焊丝制造技术

本发明专利技术提供一种适用于大线能量焊接的低合金高强度高韧性埋弧焊丝，该焊丝成分按重量百分比计如下：C：0.07％～0.10％、Si：≤0.10％、Mn：1.30％～1.60％、Ti：0.04％～0.08％、B：0.0065％～0.0080％、Als：0.02％～0.04％，S≤0.010％、P≤0.010％、N≤0.0050％、O≤0.0050％，还含Ni：0.60％～1.0％、Mo：0.20％～0.40％中1种或2种，且7.0≤Ti/B≤9.0，1.0≤B/N≤2.0，余量为铁及不可避免杂质。本发明专利技术埋弧焊丝用于低合金高强钢的20kJ/cm～200kJ/cm线能量的大线能量焊接，焊缝金属具有优异强韧性，焊剂适应性强，焊接工艺稳定，抗裂性能优异。

Low alloy high strength and high toughness submerged arc welding wire suitable for large line energy welding

The present invention provides a low alloy high strength and high toughness submerged arc welding wire suitable for large wire energy welding. The wire composition is as follows: C:0.07% to 0.10%, Si: < < 0.10%, Mn:1.30% ~ 1.60%, Ti:0.04% ~ 0.08%, B:0.0065% ~ 0.0080%, Als:0.02% ~ 0.04%, S less than 0.010%, P < 0.010%, N < 0.0050%, O < 0.0050%, including 1 or 2 in Ni:0.60% ~ 1%, Mo:0.20% ~ 0.40%, and 7 less than Ti/B less than 9, 1 less B/N less than 2, the allowance is iron and unavoidable impurities. The submerged arc welding wire is used for large line energy welding of 20kJ/cm ~ 200kJ/cm line energy of low alloy high strength steel. The weld metal has excellent strength and toughness, good adaptability of flux, stable welding process and excellent crack resistance.

【技术实现步骤摘要】
适用于大线能量焊接的低合金高强度高韧性埋弧焊丝
本专利技术属于焊接材料领域，尤其涉及种适用于大线能量焊接的低合金高强度高韧性埋弧焊丝。
技术介绍
为了节约大型构件的建造成本和提高建造效率，大线能量焊接技术已经广泛应用于基础设施、海洋平台、航空等众多领域。大线能量焊接用高强度钢板已成为国内外研究热点。同时埋弧焊具有焊接效率高，容易实现自动焊接、减轻焊工劳动强度等优点，在钢结构的建造过程中埋弧焊成为重要的焊接方法之一。大线能量焊接用钢由于级别和成分的差异与其配套焊接材料不尽相同，并且与其配套低温韧性优异的埋弧焊丝我国技术薄弱，市场上现有的国产埋弧焊丝的熔敷金属的低温韧性偏低，进口的埋弧焊丝成本较高且一些国家限制向中国出口销售，价格昂贵。国内外对低合金高强钢在大线能量焊接条件下的焊缝和焊接热影响区的组织特征、奥氏体晶粒长大动力学等进行了研究，并研制出适合于大线能量焊接用焊接材料。《一种大线能量焊接低合金钢用高韧性气体保护焊丝》(申请号:200910063998.9)和《一种大线能量焊接高强度钢板用高韧性气体保护焊丝》(申请号：2009100639993)说明书中没有提及Ti与B及B与N元素的含量配比，同时在实施例中介绍该种气体保护焊丝可用于气体保护的埋弧焊，缺乏实用性。《一种大线能量埋弧焊用焊丝》(CN200410097804.4)公开了的焊丝其化学成分按质量百分比计C：0.03％～0.10％、N：0.0035％以下、Si：0.40％以下、Mn：1.00％～2.50％、还含Ti在0.030％以上且满足Ti/N：15～50，剩余部分由Fe及不可避免的杂质组成的焊丝。该专利技术也是仅给出焊丝的成分范围，虽然给出了Ti与N元素之间的配比关系，但是并未提及Ti与B元素和B与N元素的比例。《一种高性能埋弧焊丝及盘条及其制造方法》(CN200510029245.8)公开的焊丝其化学成分按质量百分比计C：0.06％～0.13％、Si：0.1％～0.5％、Mn：1.3％～1.7％、Ti：0.010％～0.15％、B：0.001％～0.009％、Mo：0.30％～0.60％、其余为Fe。其中提到该专利技术焊丝仅适合于20～80kJ/cm大线能量焊接，成分设计中添加了Ti和B元素，但是也没有提及Ti和B元素、B与N元素的含量配比，同时对于气体元素的含量没有加以控制。《大线能量埋弧焊焊接接头、该接头的制法及所用焊丝及焊剂》(CN200410097804.4)公开了的焊接接头的焊缝金属成分按质量百分比表示C：0.03～0.10％、Si：≤0.40％、Mn：1.00％～2.50％、Ti：0.003％～0.030％、N：0.0050％以下。且焊缝金属中按质量百分比计还含有Nb：0.010％～0.200％、Mo：0.10％～0.50％、Ni：0.05％～1.00％中选出的1种或2种以上。埋弧焊焊丝可在150kJ/cm大线能量条件下焊接。但是该专利技术焊丝中仅提到了B和N元素的比例，也没有提到Ti和B元素含量配比，同时在实施例中仅给出了0℃和-20℃的冲击韧性，缺少更低温度冲击韧性的数据。《低合金高强度高韧性埋弧焊丝》(CN97104393.0)公开的焊丝的化学成分按重量百分比含有C：0.06％～0.12％、Mn：1.20％～1.80％、Si：0.02％～0.06％、Ni：0.20％～0.50％、Ti：0.10％～0.16％、B：0.006％～0.010％。专利技术中强调该埋弧焊丝适合于大线能量焊接，但是在实施例中采用的最大焊接线能量仅为44kJ/cm，按照国际海事协会的规定并不属于大线能量焊接的范围；同时O元素的含量没有加以控制。因此，开发适用于大线能量焊接，尤其是适用于200kJ/cm焊接线能量的低合金高强度高韧性的国产埋弧焊焊接材料是进一步提高埋弧焊效率、降低成本、提高焊接接头性能和替代进口产品的重要途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述问题和不足而提供一种适用于大线能量焊接的低合金高强度高韧性埋弧焊丝，尤其适用于100～200kJ/cm线能量的低合金高强度高韧性埋弧焊丝，该埋弧焊焊丝化学成分简单，熔敷效率高、低温韧性优良，适用于船舶、桥梁和建筑等领域的大型钢结构建造。一种适用于大线能量焊接的低合金高强度高韧性埋弧焊丝，该焊丝成分按重量百分比计如下：C：0.07％～0.10％、Si：≤0.10％、Mn：1.30％～1.60％、Ti：0.04％～0.08％、B：0.0065％～0.0080％、Als：0.02％～0.04％，S≤0.010％、P≤0.010％、N≤0.0050％、O≤0.0050％，还含Ni：0.60％～1.0％、Mo：0.20％～0.40％中1种或2种，且7.0≤Ti/B≤9.0，1.0≤B/N≤2.0，余量为铁及不可避免杂质。本专利技术成分设计理由如下：C：碳具有提高熔敷金属强度的作用，同时对其韧性和抗裂性能的下降有明显的作用，为提高韧性和抗裂性能，碳含量应尽可能降低一些。但是碳含量低于0.06％，焊缝强度得不到保证，也不利于针状铁素体的生成。Si：硅是焊接过程中有效的脱氧元素。当Si含量小于0.1％时，脱氧效果较差，焊缝金属中易出现气孔。当Si含量大于0.5％时，显著降低焊缝金属的韧性。对于埋弧焊，其焊剂中存在大量的SiO2，焊后焊缝金属中Si含量明显增加，保证了焊接过程中的脱氧效果，因此要严控Si在埋弧焊丝中的含量。Mn：锰是重要的脱氧元素，可有效降低焊缝金属中氧的含量。同时Mn还可提高淬透性，细化组织，同时通过固溶强化提高焊缝金属强度。Mn含量低于1.20％，焊缝金属的强度达不到要求，也不利于防止焊接热裂纹。Mn含量高于1.90％时，易生成马氏体组织，导致韧性显著下降。Mo：钼是碳化物形成元素，对提高强度有明显作用，但对低温韧性也有一定不良影响。当焊丝中Mo含量低于0.6％时，Mo在提高强度的同时对低温韧性没有明显的不良影响。Ni：镍是提高焊缝金属低温韧性的有益元素，同时还可降低脆性转变温度。当Ni元素的含量高于0.20％时，上述效果能够显著体现。当Ni元素含量大于2.0％时，容易引起低温裂纹的产生。大线能量焊接低温韧性下降较多，因此适当提高Ni元素的添加量，但也要考虑成本，因此限定Ni元素的含量在0.60％～1.0％。Ti：钛是细化焊缝金属组织的元素，有利于实现大线能量焊接。Ti元素与N元素的亲和力极高，形成TiN质点，促进针状铁素体的生成。同时Ti元素又降低了焊缝中固溶N的含量，降低了固溶N对韧性的损害。当Ti元素的含量低于0.03％时，焊缝金属的组织不能够得到充分细化。当Ti元素的含量超过0.10％时，过剩的Ti元素会使焊缝韧性降低。因此，限定Ti元素的范围是0.40％～0.80％。B：硼是抑制先共析铁素体生成的元素。固溶的B在奥氏体晶界偏聚，降低界面能，抑制先共析铁素体的产生。Ti元素与N元素的亲和力比B元素强，所以加入Ti元素可以防止B元素被氧化和氮化，保证B元素向焊缝中过渡。B元素的过度系数较低，添加范围在0.0065％～0.0080％。S和P：对焊缝金属韧性具有危害作用，含量过高容易使焊缝产生裂纹，应尽量降低其含量，尤其是P元素。要求P≤0.10％，S≤0.10％。N：氮是劣化焊缝金属韧性的元素。N含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于大线能量焊接的低合金高强度高韧性埋弧焊丝，其特征在于，该焊丝成分按重量百分比计如下：C：0.07％～0.10％、Si：≤0.10％、Mn：1.30％～1.60％、Ti：0.04％～0.08％、B：0.0065％～0.0080％、Als：0.02％～0.04％，S≤0.010％、P≤0.010％、N≤0.0050％、O≤0.0050％，还含Ni：0.60％～1.0％、Mo：0.20％～0.40％中1种或2种，且7.0≤Ti/B≤9.0，1.0≤B/N≤2.0，余量为铁及不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.一种适用于大线能量焊接的低合金高强度高韧性埋弧焊丝，其特征在于，该焊丝成分按重量百分比计如下：C：0.07％～0.10％、Si：≤0.10％、Mn：1.30％～1.60％、Ti：0.04％～0.08％、B：0.0065％～0.0080％、Als：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳骥，付魁军，刘芳芳，及玉梅，蒋健博，傅博，韩严法，胡奉雅，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21