一种多元复合微合金化节钼型耐火钢高效焊接工艺制造技术

本发明专利技术公开一种多元复合微合金化节钼型耐火钢高效焊接工艺。通过合理匹配焊接材料及焊接工艺，在热输入为120kJ/cm的焊接条件下焊接接头仍可获得良好的高温耐火性能、优异的‑40℃低温冲击韧性，满足建筑钢结构的使用要求，实现了焊接接头良好的综合力学性能及焊接高效率兼顾的效果，实用性强、焊接操作简便，既可应用于我国中南部地区、也可适用于寒冷地区的高层建筑中。

High efficiency welding process of multi-component composite microalloyed molybdenum section refractory steel

【技术实现步骤摘要】
一种多元复合微合金化节钼型耐火钢高效焊接工艺
本专利技术属于钢铁材料焊接
，特别涉及一种多元复合微合金化节钼型耐火钢高效焊接工艺。
技术介绍
普通建筑结构用钢的耐火性能差，随着温度的升高，其屈服强度下降较快，特别是在350℃以上高温时屈服强度会陡降至室温屈服强度的1/2以下，遇到火灾时不具备高温承载能力，较短时间内建筑物会发生倒塌，会给钢结构建筑造成灾难性破坏，因此通常使用耐火涂层对钢结构进行保护。使用耐火涂层不但使钢结构建筑成本成倍增加且延长工期，耐火涂层喷涂作业的飞溅还造成环境污染。随着高层建筑业的迅速发展，基于安全性、经济性、造型美观、空间利用等多方面的要求，耐火钢以其高强、耐火、抗震、相对于防火涂层无污染等优势成为世界各国大型建筑结构的首选材料。由于应用前景广阔，自20世纪末起国内多家大型钢厂相继成功研发出多种系列耐火钢，在提高耐火性方面从高钼的合金设计思路发展到目前的Cr-Mo-Nb-V多元复合微合金化的低钼合金设计，节约贵重元素钼的使用、降低耐火钢的合金成本。多元复合微合金化节钼型耐火钢在火灾期间激发微合金第二相的析出强化作用，在600℃高温下屈服强度不低于常温屈服强度的2/3，且具有较好的塑性，可在火灾发生期间为建筑物的结构提供保护。采用耐火钢建造钢结构时，电弧焊仍是主要的连接方式，焊接接头的性能决定了整个结构的安全性和使用性。因钢结构承受载荷、应力分布、结构形式的多样性，在制造和安装过程中，所用焊接方法、焊接工艺、接头型式也呈现多样性。耐火钢本身的优良性能为建筑结构件安全使用提供了一个基本保证，然而，焊接部位因经受焊接热循环影响后，多元复合微合金化节钼型耐火钢中的碳氮化物[Nb,V,Ti(C,N)]会发生回溶―再析出的物理过程，在此过程中C、N原子的固溶及扩散程度、碳氮化物[Nb,V,Ti(C,N)]的数量及尺寸均会产生变化，导致焊接接头的组织和性能发生变化，尤其是高温性能成为整个钢结构安全性和完整性的焦点之一。焊接是建筑钢结构制造关键技术之一，随着钢结构使用钢材强度、厚度的增加，相应的焊接工作量也逐渐增加，提高焊接效率成为控制制造成本的有效途径之一。为提高大型钢结构件的焊接施工效率，采用焊接效率高的多丝埋弧焊、气电立焊、电渣焊等大线能量(≥50kJ/cm)焊接方法的趋势也日益强烈。当耐火钢采用大线能量焊接时，由于焊接部位，尤其是焊接热影响区的强韧性会随着焊接热输入的提高而恶化，使用过程中在HAZ脆化严重的部位易产生和发展焊接微裂纹，导致接头区域出现脆性断裂的可能性。此外，受焊接热循环的影响，也存在强化效果损失(失强)的现象。在大线能量焊接的条件下，焊接接头的韧性及强度成为整个钢结构安全性的另一焦点。为钢结构的实际建造过程中，兼顾性能与高效率，针对多元复合微合金化节钼型耐火钢，需解决该钢的大线能量焊接适应性、焊接接头高温耐火性问题及相关的焊接工艺问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决上述存在的问题和不足，针对一种多元复合微合金化节钼型耐火钢Q420FRE特定的化学成分及常温、高温力学性能要求，提供该种耐火钢高效焊接方法及工艺，通过实施该工艺方案，能够保证该种耐火钢焊接接头室温抗拉强度Rm≥520MPa，600℃高温屈服强度≥280MPa，-40℃冲击功KV2≥34J，焊接接头同时具有高强度、优异的低温冲击和高温耐火性能。为实现上述目的，本专利技术提供了一种多元复合微合金化节钼型耐火钢双丝埋弧焊焊接工艺，包括以下步骤：(1)选用多元复合微合金化节钼型耐火钢板Q420FRE，其厚度为16mm-80mm，并与相同板厚的多元复合微合金化节钼型耐火钢板Q420FRE组合对接；(2)焊接坡口：采用Y形或X型坡口焊接，板厚T≤30mm时采用Y形坡口，坡口角度为70°～90°，坡口钝边为8mm，坡口间隙为0～3mm；板厚T＞30mm时采用X型坡口，坡口角度为60°～70°，坡口呈不对称设置，上坡口深度为2*(T-10)/3mm，坡口钝边为10mm，坡口间隙为0～3mm；(3)焊接方法：采用双丝埋弧焊，焊丝直径为Ф4.0mm；前丝采用直流反接电源，后丝采用交流电源。(4)焊接材料：匹配的埋弧焊丝及焊剂满足GB/T5293-2018S55A4FBSUG的标准要求，熔敷金属的力学性能为：屈服强度Rp0.2≥420MPa，抗拉强度Rm：550～740MPa，延伸率A≥18％，-40℃冲击功KV2≥47J。焊剂使用前经300℃-350℃烘焙2小时；(5)焊接要求：施焊前，调节两电极焊丝的角度及间距：前丝垂直于钢板表面或向焊接方向倾斜0～5°，后丝向反方向倾斜5°～10°，两电极间距为35～70mm；前丝与后丝焊接热输入之和为40-120kJ/cm，连续焊接，焊接速度为40-60cm/min；焊前不需要预热；层间温度不高于250℃。进一步，一种多元复合微合金化节钼型耐火钢高效焊接工艺，所述多元复合微合金化节钼型耐火钢板，其化学组分及重量百分比为：C：0.04～0.06％，Mn：0.70～0.90％，Si：0.15～0.25％，P：≤0.010％，S：≤0.003％，Nb：0.050～0.15％，Ti：≤0.01～0.025％，V：≤0.10％，Mo：0.15～0.20％，Al：0.20～0.50％，余量为Fe及不可避免的杂质；碳当量Ceq≤0.37％，冷裂纹敏感指数Pcm≤0.18％。钢板的力学性能为：室温抗拉强度Rm≥520MPa，屈服强度ReH≥420MPa，600℃高温屈服强度≥280MPa，-40℃冲击功KV2≥34J。进一步，一种多元复合微合金化节钼型耐火钢高效焊接工艺，选用的埋弧焊丝的化学组分按照重量百分比计包括：C：0.03～0.10％，Mn：1.4～1.7％，Si：0.10～0.50％，Mo：0.20～0.50％，Ti：0.05～0.15％，B：0.001～0.005％，Cu：≤0.035％，S≤0.010％，P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。进一步，一种多元复合微合金化节钼型耐火钢高效焊接工艺，焊接时，前丝焊接电流650A～1100A，电弧电压30V～37V，后丝焊接电流600A～900A，电弧电压33V～43V。与现有技术相比较，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术实现了一种建筑结构用多元复合微合金化节钼型耐火钢的高效焊接，在实施过程中，焊接接头可以同时达到良好的高温耐火性能、优异的-40℃低温冲击韧性及焊接高效率兼顾的效果，实用性强、焊接操作简便，既可应用于我国中南部、也可适用于寒冷地区的高层建筑中。2、采用本专利技术的高效焊接工艺，焊接热影响区粗晶区的室温组织全部以贝氏体为主要转变组织，M-A组元的含量和尺寸大小没有显著的变化，粗晶区都有较为稳定的组织，在大热输入量的焊接时能够保证焊接热影响区具有优良的强韧性；且经过一次或两次过火后，焊接热影响区仍保持一定数量的、纳米级(Ti,Nb)(C,N)或(Nb,Ti)C碳氮化物析出相，起到了高温强化的作用，保证焊接热影响区600℃高温屈服强度不低于280MPa的要求。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元复合微合金化节钼型耐火钢高效焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)钢板选择：选用多元复合微合金化节钼型耐火钢板Q420FRE，且为同材质同板厚组合对接，钢板厚度为16mm～80mm；/n(2)坡口选择：板厚T≤30mm时采用Y形坡口，坡口角度为70°～90°，坡口钝边为8mm，坡口间隙为0～3mm；板厚T＞30mm时采用X型坡口，坡口角度为60°～70°，坡口呈不对称设置，上坡口深度为2*(T-10)/3mm，坡口钝边为10mm，坡口间隙为0～3mm；/n(3)焊接方法：采用双丝埋弧焊，前丝采用直流反接，后丝采用交流，焊丝直径为Ф4.0mm；/n(4)焊接材料：匹配的埋弧焊丝及焊剂满足GB/T 5293-2018S 55A4 FB SUG的标准要求，熔敷金属的力学性能满足：屈服强度Rp

【技术特征摘要】
1.一种多元复合微合金化节钼型耐火钢高效焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)钢板选择：选用多元复合微合金化节钼型耐火钢板Q420FRE，且为同材质同板厚组合对接，钢板厚度为16mm～80mm；
(2)坡口选择：板厚T≤30mm时采用Y形坡口，坡口角度为70°～90°，坡口钝边为8mm，坡口间隙为0～3mm；板厚T＞30mm时采用X型坡口，坡口角度为60°～70°，坡口呈不对称设置，上坡口深度为2*(T-10)/3mm，坡口钝边为10mm，坡口间隙为0～3mm；
(3)焊接方法：采用双丝埋弧焊，前丝采用直流反接，后丝采用交流，焊丝直径为Ф4.0mm；
(4)焊接材料：匹配的埋弧焊丝及焊剂满足GB/T5293-2018S55A4FBSUG的标准要求，熔敷金属的力学性能满足：屈服强度Rp0.2≥420MPa，抗拉强度Rm：550～740MPa，延伸率A≥18％，-40℃冲击功KV2≥47J。焊剂使用前经300℃-350℃烘焙2小时；
(5)焊接要求：施焊前，调节两电极焊丝的角度及间距：前丝垂直于钢板表面或向焊接方向倾斜0～5°，后丝向反方向倾斜5°～10°，两电极间距为35～70mm；前丝与后丝焊接热输入之和为40～120kJ/cm，连续焊接，焊接速度为40～60cm/min；焊前不需要预热；层间温度不高于250℃。


2.根据权利要求1所述一种多元复合微...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽，曲锦波，韩丽梅，田猛，
申请(专利权)人：江苏省沙钢钢铁研究院有限公司，张家港宏昌钢板有限公司，江苏沙钢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32