微钛硼高韧性气体保护焊丝制造技术

本发明专利技术涉及一种微钛硼高韧性气体保护焊丝，其化学成份（按重量％）为：Ｃ　０．０３～０．１０、Ｍｎ　１．００～１．８０、Ｓｉ　０．２０～１．００、Ｎｉ　０．５０～１．４０、Ｔｉ　０．１０～０．２０、Ｂ　０．００２～０．０１０、Ｓ≤０．１０、Ｐ≤０．２０、余量为Ｆｅ及其它不可避免的夹杂。本发明专利技术的焊丝采用混合气体（８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ＃－［２］）保护焊时，焊缝金属的抗拉强度≥５８０ＭＰａ，－３０℃冲击功Ａ＃－［ｋｖ］≥８０Ｊ，焊丝具有良好的工艺性能，适应于全位置焊接。本发明专利技术的焊丝适用于６００ＭＰａ级低合金高强钢、工程机械、铁路桥梁、海洋设施、高压容器、油气输送管线等大型重要结构的气体保护电弧焊。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种微钛硼高韧性气体保护焊丝，具体地说是一种采用混合气体(80％Ar＋20％CO2)保护焊时，焊缝金属的抗拉强度≥580MPa，-30℃冲击功Akv≥80J的焊丝，是一种可用于600MPa级低合金钢的气体保护电弧焊的焊丝，属焊接材料领域。
技术介绍
近年来，由于气体保护电弧焊生产效率高、成本低，已广泛用于工程机械、铁路桥梁、海洋设施、高压容器等大型重要结构的制作。同时，在上述结构中采用600MPa以上强度级别、具有优异低温冲击韧性的钢材，以降低材料消耗，减轻结构重量、提高结构性能和安全性，已成为国内外结构制造业的发展趋势，这种增长的态势对焊接接头的强韧性，进而对获得这些性能的焊接材料及其焊接工艺性能提出了更高的要求。但目前国内相应强度级别的气体保护焊丝匮乏，长期以来，普遍采用传统的Mn-Si系焊丝H08Mn2Si，其不足之处在于焊缝金属低温冲击韧性较差。冶金工业部钢铁研究总院于俊川等人专利技术的专利(专利申请号为95108258)介绍了“一种气体保护焊丝”，该焊丝焊缝金属具有良好的低温冲击韧性，但不足之处在于抗拉强度偏低，尚不能满足600MPa级低合金钢的气体保护电弧焊。另有日本神户制铁所生产的MG60气体保护焊丝，虽然其焊缝金属抗拉强度≥600MPa，但不足之处在于冲击韧性水平仍难于满足结构在低温服役下的使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种能克服上述技术之不足的微钛硼高韧性气体保护焊丝，一种焊后焊缝金属抗拉强度≥580MPa，低温冲击韧性好，焊接工艺性能良好，适用范围广的气体保护焊丝。为达到上述目的，本专利技术提出了一种微钛硼高韧性气体保护焊丝，其特征是焊丝的化学成份(按重量％)为C 0.03～0.10、Mn 1.00～1.80、Si 0.20～1.00、Ni 0.50～1.40、Ti 0.10～0.20、B 0.002～0.010、S≤0.10、P≤0.20，余量为Fe及其它不可避免的杂质。提高气体保护焊丝焊缝金属强韧性的一个有效途径是在焊缝内产生大量而均匀的细针状铁素体组织。针状铁素体对强度的贡献可归结为固溶强化、细晶强化、位错强化等强化方式。针状铁素体提高韧性的机制是针状铁素体使有效晶粒尺寸减小，使裂纹扩展临界应力提高，同时由于针状铁素体各板条位向错乱，阻碍了裂纹的扩展。为在焊缝中得到大量针状铁素体组织，必须使焊缝金属具有适当的合金体系，以限制先共析铁素体转变，并在焊缝金属中产生一定尺寸分布的夹杂物，使针状铁素体具有合适的形核质点和生长空间。C、Mn、Si、Ni等诸元素提高了焊缝金属的淬透性，抑制了先共析铁素体的产生，在一定加入范围内促进针状铁素体的形成。适量Ti和B的复合加入，可以扩大针状铁素体的转变区域，使焊缝中针状铁素体的数量增多。本专利技术焊丝化学成份的设计原则说明如下C 0.03～0.10C是调整焊缝金属强度的主要元素，必须保证焊丝中有一定的C含量；同时，焊丝中的C还影响焊丝的工艺性能，在C的一定加入范围内，随着C含量增加，电弧稳定性提高，熔滴过渡特性改善，焊丝工艺性能提高。但过多的C含量会使焊缝金属淬硬性增加，塑性降低，裂纹敏感性增加。因此，焊丝中的碳含量范围设定为0.03～0.10。Si 0.20～1.00在气体保护焊丝中，Si作为主要的脱氧元素之一是不可缺少的，同时Si在焊缝金属中起调整强度的作用。当焊丝中Si的含量低于0.20时，脱氧不充分，使焊缝中氧含量过高；当焊缝中Si含量过高时，会使焊缝金属硬化，同时使焊接飞溅增加，使焊丝工艺性能下降。因此，将Si含量控制在0.20～1.00是合适的。Mn 1.00～1.80Mn与Si起联合脱氧作用，脱氧反应产生的氧化物夹杂和氧硫复合夹杂可作为针状铁素体的形核质点。且Mn是焊缝强化的有效元素，当焊丝中Mn含量低于1.00时，在熔滴和熔池反应阶段脱氧不充分，使焊缝中氧含量过高，且使焊缝强度偏低。当焊丝中Mn含量过高时，焊缝金属的低温冲韧性明显下降。因此，焊丝中的Mn含量应在1.00～1.80内。Ni 0.50～1.40Ni可以提高焊缝金属的韧性，尤其是提高焊缝金属的低温冲击韧性，降低脆性转变温度。同时Ni在焊缝金属中起着重要的强化作用。因此，焊丝中的Ni含量不应低于0.50，但Ni属于贵重元素，不宜多加，因此焊丝中的Ni含量控制在0.50～1.40之间。B 0.002～0.010B在奥氏体晶界上的非平衡偏聚，在焊缝中将明显抑制先共析铁素体在奥氏体晶界上形核，促进针状铁素体在奥氏体晶内形成，从而提高焊缝金属的冲击韧性。但另一方面，过量的B会增大焊缝金属热裂纹倾向。考虑到B的过渡系数较低，因而焊丝中的B含量为0.002～0.010。Ti 0.10～0.20为防止B的氧化和氮化，常在焊丝中加入Ti，Ti与O、N具有极高的亲合力，Ti的氧化物和氮化物可作为针状铁素体的形核质点。Ti、B联合加入时，可扩大针状铁素体转变的区域，从而在焊缝中可稳定获得大量的针状铁素体。焊缝金属中Ti的含量一般在0.01～0.04之间，由于Ti过渡系数低，焊丝中Ti含量应为0.10～0.20。S、P元素对焊缝金属低温韧性有危害作用，应尽量降低。要求焊丝中S≤0.10、P≤0.20。总之，本专利技术通过在气体保护焊丝中联合加入适量的Ti和B，扩大针状铁素体转变的区域，从而在焊缝中稳定获得大量的针状铁素体；加入Si、Mn进行联合脱氧，使焊缝金属中具有合适的氧含量；加入Ni进一步提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性；尽量降低S、P等有害元素的含量。通过上述焊丝成份设计，从而使焊缝金属具有合适的合金体系，并最终使相应的焊缝金属获得优异的强韧性匹配。本专利技术焊丝具有如下优点1)适用于600MPa级低合金钢的气体保护电弧焊。在采用混合气体(80％Ar＋20％CO2)保护时，焊缝金属的抗拉强度≥580MPa，-30℃冲击功Akv≥80J。可广泛用于工程机械、铁路桥梁、海洋设施、高压容器、油气输送管线等大型重要结构的制作。2)焊丝具有良好的工艺性能，焊接电弧稳定，飞溅小，无气孔、成型美观，适应于全位置焊接。3)本专利技术焊丝所用合金体系合适，其盘条冶炼、轧制及焊丝拉拔工艺容易实现，焊丝的成本较低。具体实施方式本专利技术下面以具体实施例进一步详述实施例1采用0.5吨电炉，选用低S、P废钢进行焊丝钢冶炼。冶炼过程中注意控制钢中气体含量，对冶炼工艺无特殊要求。焊丝钢的化学成份(按重量％)为C 0.05、Mn 1.54、Si 0.50、S 0.005、P 0.005、Ni0.89、Ti 0.11、B 0.006，余量为Fe及其它不可避免的杂质。冶炼后将焊丝钢轧制成60×60×1500(mm)方坯，然后拉拔成规格为φ1.2mm的焊丝，经表面镀铜后成为本专利技术成品焊丝。用本专利技术焊丝在混合气体(80％Ar＋20％CO2)保护下进行熔敷金属焊接接规范为焊接电流220～260A，焊接电压24～26V，焊接速度22cm/min，焊接线能量16.4kJ/cm。焊接板厚20mm，坡口角度45°，带12mm垫板，根部间隙为12mm。熔敷金属的力学性能σs＝515MPa，σb＝595MPa，δ5＝24％，ψ＝73％，20℃冲击功Akv＝159J，-20℃冲击功Akv＝125J，-30℃冲击功Akv＝97J，-4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微钛硼高韧性气体保护焊丝，其特征是焊丝的化学成份（按重量％）为：Ｃ０．０３～０．１０、Ｍｎ１．００～１．８０、Ｓｉ０．２０～１．００、Ｎｉ０．５０～１．４０、Ｔｉ０．１０～０．２０、Ｂ０．００２～０．０１０、Ｓ≤０．１０、Ｐ≤０．２０，余量为Ｆｅ及其它不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：缪凯，黄治军，刘吉斌，曹修悌，王青峰，王玉涛，余酒泉，张小枫，于浩，肖小华，胡因洪，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]