高韧性微合金化高强钢用气体保护焊丝制造技术

本发明专利技术涉及一种高韧性微合金化高强钢用气体保护焊丝，其解决目前逐步推广应用的５５０～７００ＭＰａ级低合金高强钢种进行焊接的焊接材料缺乏匹配性，尤其是韧性较差和原材料成本较贵的问题，其技术措施：其化学成分（按重量％）含有：Ｃ０．０４～０．１２、Ｍｎ１．２～２．２、Ｓｉ０．４～０．９、Ｃｒ≤１．０、Ｖ０．０～０．０８、Ｎｂ０．００～０．０８、Ｔｉ０．０３～０．２、Ｃｕ０～０．６０、Ｂ０．００１～０．００４０、Ｓ≤０．０２５、Ｐ≤０．０２５，余量为Ｆｅ。该焊丝采用气体保护焊接时，焊缝金属抗拉强度为５５０～７００ＭＰａ，－３０℃冲击功Ａ↓［ｋＶ］≥７０Ｊ，－５０℃冲击功Ａ↓［ｋＶ］≥４０Ｊ，适合于５５０～７００ＭＰａ级低合金高强钢的气体保护电弧焊。具有良好的工艺性能，适合于全位置焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属材料焊接用的气体保护焊丝材料，尤其适用于焊接高强度高韧性钢种。该焊丝采用CO2或混合气体(80％Ar+20％CO2)保护焊接时，焊缝金属抗拉强度为550～700Mpa，-30℃冲击功AkV≥70J，-50℃冲击功AkV≥40J，适合于550～700Mpa级低合金高强钢的气体保护电弧焊。具有良好的工艺性能，适合于全位置焊接。
技术介绍
随着我国国民经济的高速发展、建设节约型社会的需要，钢铁材料的强度级别逐渐向高强度、高韧性、微合金化方向发展。为满足煤矿机械、高层建筑、石油管线、压力容器、跨海大桥、军工军舰等要求其钢种具有高强度、高韧性，并且要求强度级别达到550～700Mpa的要求。故对焊接接头的性能也提出了更高的要求，焊接接头必须具备有与母材相当的强度达到550～700Mpa，同时满足韧性要求。为了减轻工人劳动强度、改善劳动条件、节约能源，这就要求焊接材料必须具有高的抗冷裂敏感性、高的低温冲击性能。国内普遍采用的低匹配的Mn-Si系焊丝ER50-6(ER70S-6)，焊丝的焊缝金属抗拉强度低于550Mpa，低温冲击韧性较差。目前市场上供应的G60、GHS-60、H08Mn2SiMoA等牌号的气体保护焊丝，熔敷金属抗拉强度虽然达到600～695Mpa，但是其不足之处在于焊丝中含有较贵重的Ni、Mo，成本较高，韧性不能满足大拘束度的要求。国家标准《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》(GB/T8110-1995)所规定的ER55-D2-Ti、ER55-D2、ER69-3等牌号的气体保护焊丝，尽管其熔敷金属抗拉强度在550～700Mpa之间，但是由于采用较贵的Mo系、Ni系、Mn-Mo系合金，且不能满足高韧性的要求，因而在国内并没有大规模应用。专利技术专利(申请号95103056.6)介绍了“一种高强度高韧性焊丝”，此种焊丝熔敷金属抗拉强度750～850Mpa，具有很好的低温冲击韧性，不足之处在于合金含量高，焊后需要热处理，并且与550～700Mpa级别低合金钢的焊接不相匹配。专利技术专利(申请号01128362.2)介绍了“微钛硼高韧性气体保护焊丝”，通过添加Ni、Ti、B等元素，实现熔敷金属抗拉强度≥580Mpa，-30℃冲击功AkV≥80J，但是此种焊丝添加了贵重合金Ni，成本较高，市场推广受限。且其采用的焊接规范较低，线能量较小，不适合较大线能量、大效率焊接的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供焊接工艺性能稳定，低飞溅、焊缝金属与高强钢(550～700Mpa)相匹配的高韧性、低成本，可应用于相应强度级别大型、重要结构的气体保护焊丝。基于上述目的，本专利技术提供了一种适合于低合金高强钢用的高韧性微合金气体保护焊丝，该焊丝的化学成分(按重量％)为C0.04～0.12、Mn1.2～2.2、Si0.4～0.9、Cr≤1.0、V0.0～0.08、Nb0.00～0.08、Ti0.03～0.2、Cu0～0.60、B0.001～0.0040、S≤0.025、P≤0.025，余量为Fe。现将本专利技术成分叙述如下对于抗拉强度550～700Mpa的低合金高强钢，若使焊缝金属抗拉强度达到550～700Mpa，同时又具有良好的低温冲击韧性，关键在于在焊缝中加入合适的合金元素，促使在焊缝金属中产生大量的高密度位错的细针状铁素体组织。C、Mn、Si、Cr、Cu等元素可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的形成，促进针状铁素体形成。上述合金系在一定的比例范围内，可以降低针状铁素体的转变温度，使得在较低温度下转变的针状铁素体具有较高的位错密度，从而使焊缝金属抗拉强度在达到550～700Mpa的同时，具有良好的低温冲击性能。过高的含碳量促使高碳马氏体的形成，使焊缝金属冷裂敏感性增加，本专利技术将碳控制在0.04～0.12％范围内。在焊缝中合金元素Mn、Cr以固溶为主，使焊缝具有强韧的基体。焊缝中氧化物夹杂产生的原因是因为氧在焊缝中极少固溶，当焊丝中的Si、Mn通过熔滴过渡到焊缝中时，绝大多数氧与焊缝中Si、Mn进行脱氧反应，形成氧化物夹杂或氧硫复合夹杂，大部分夹杂在高温下长大分离进入渣中、少部分快速冷却留在焊缝中。Ti脱氮形成的氮化物，可作为针状铁素体的形核质点，从而细化晶粒。过高的Mn含量易造成偏析，在偏析区形成M-A组元，降低熔敷金属韧性，本专利技术控制Mn在1.2～2.2％范围内。当焊缝中Mn/Si≈3时，焊缝具有良好的脱氧效果，考虑到气体保护焊接时的过渡系数，因而确定Si加入量为0.4～0.9％。Cr强化铁素体的效果显著，但是过高的Cr会导致焊缝金属冷裂敏感性增加，因而Cr含量为≤1.0％。加入合理的Ti、V、Nb，目的是提高焊缝的韧性和强度，微合金化元素Ti、V、Nb在凝固过程中是以化合物状态存在，成为液体结晶核心，细化晶粒。这些化合物在焊接高温区阻止γ晶粒长大，在冷却时又作为α的结晶核心，起到细化α晶粒的作用，有利于焊缝的韧性提高。同时，固熔状态的V、Nb，还具有抗回火软化的作用，因而在较高温度回火时，焊缝仍然具有高的强度。但是当焊缝中Ti、V、Nb过多时，由于固溶量增加和化合物数量增加，焊缝的强度过高，韧性就会下降。微量的B在奥氏体晶界上非平衡偏聚，在焊缝中将明显抑制先共析铁素体在奥氏体晶界上形核，为防止B的氧化和氮化，需在焊缝中加入Ti，Ti、B联合加入时，扩大了针状铁素体转变区域，从而获得稳定的大量的针状铁素体，且Ti、B之间的最佳交互配合作用，相应的焊缝金属具有优异的强韧性匹配。焊丝中加入适量的Ti可减少金属飞溅损失2～6％，但是含Ti量不易超过0.2％，否则会降低焊缝金属的冲击韧性。由于Ti、B的过渡系数低，因而控制Ti含量0.03～0.2％、B含量0.001～0.004％、V0.0～0.08％、Nb0.00～0.08％。当Cu含量小于0.5％时，以固溶硬化方式起强化作用，并降低针状铁素体转变温度，利于获得高密度位错的针状铁素体，当Cu含量大于0.5％时，以析出硬化方式起强化作用，考虑到有的企业焊丝生产工艺中的镀铜工序，确定焊丝中Cu含量为0～0.60％。S、P元素对焊缝金属低温韧性有危害作用，应尽量降低，因而焊丝中控制S≤0.025％、P≤0.025％。总之，本专利技术通过在焊丝中联合添加Ti、B、V、Nb，扩大针状铁素体的转变区域、获得稳定的针状铁素体；Ti、V、Nb的微合金化效果；Si、Mn联合脱氧，使得焊缝金属获得合适的氧含量；加入Cu获得高密度位错的细针状铁素体；加入Cr强化铁素体；降低P、S及其它杂质的含量。从而使焊缝金属获得合适的合金体系，具有优异的强韧性匹配。本专利技术具有以下优点1.本专利技术焊丝成份合理，合金价格低廉，易于冶炼、盘条轧制、Φ5.5mm盘条无需退火拉拔至Φ1.6mm、Φ1.2mm；2.本专利技术焊丝焊接工艺性能稳定，焊接电弧稳定、低飞溅、无气孔夹杂、成形美观、可实现全位置焊接；3.本专利技术焊丝质量稳定，焊丝采用CO2气体或混合气体(80％Ar+20％CO2)保护焊接时，焊缝金属抗拉强度为550～700Mpa，-30℃冲击功AkV≥70J，-50℃冲击功AkV≥40J，满足煤矿机械、高层建筑、石油管线、压力容器、跨海大桥、军工军舰等大型、重要结构的低合金高强钢的焊接。具体实施例下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧性微合金化高强钢用气体保护焊丝，其特征是焊丝的化学成分（按重量％）为Ｃ０．０４～０．１２、Ｍｎ１．２～２．２、Ｓｉ０．４～０．９、Ｃｒ≤１．０、Ｖ０．０～０．０８、Ｎｂ０．００～０．０８、Ｔｉ０．０３～０．２、Ｃｕ０～０．６０、Ｂ０．００１～０．００４０、Ｓ≤０．０２５、Ｐ≤０．０２５，余量为Ｆｅ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张飞虎，董现春，陈延青，鞠建斌，邱利，张兴利，国金雁，金秋生，
申请(专利权)人：首钢总公司，河北鑫宇焊业有限公司，
类型：发明
国别省市：11[]