一种高强度高韧性气保焊丝的制作方法
【专利摘要】本发明是一种高强度高韧性气保焊丝，按重量百分比计，其化学成分包含如下：C：0.02～0.09%，Si：0.50～0.90%，Mn：0.70～1.70%，P≤0.02%，S≤0.01%，Cr：1.2～8.0%，Ni：3.0～12%，Ti：0.10～0.20%，B0.005～0.015%，Al≤0.04，N≤0.01%，余量为铁及不可避免的杂质。本发明气保焊丝，不用焊前预热和焊后热处理，使用其制得的焊缝强度高于980MPa，-40℃冲击功达到47J以上；多道焊缝组织和力学性能均匀，具有超高强度和良好低温冲击韧性，可广泛应用于超高强度钢材焊接领域。
【专利说明】一种高强度高韧性气保焊丝
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强度高韧性气体保护焊丝，属高强度焊丝钢领域，特别涉及一种可免除焊前预热和焊后热处理、焊缝金属同时具备超高强度和优良低温冲击韧性的实芯气保焊丝。
【背景技术】
[0002]随着钢结构大型化、安全等级严格化以及自身结构轻量化发展的需要，高强度和超高强度级别钢种逐渐在建筑、桥梁、工程机械等领域得到了应用。比如，抗拉强度900MPa级别的钢种在建筑、桥梁和工程机械的关键承重部位上已经得到了应用，但上述钢种一般通过调质热处理工艺生产，但由于加入合金量较大，其抗裂性能普遍较低。
[0003]已公开的专利文献中，有抗拉强度900MPa和1000MPa两个级别的气体保护实芯焊丝，可保证焊缝金属的高强度和一定的冲击韧性，能够满足一般工程结构施工的要求。但上述焊丝都需要焊前预热以保证焊缝金属不开裂，焊前预热降低了施工效率，同时也给大型结构件的野外施工带来了严峻挑战。
[0004]目前，市场亟需一种可免除预热的焊缝抗拉强度在900MPa以上级别的气体保护焊丝。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服超高强度实芯气体保护焊丝需要预热的不足，提供了一种可免除预热，且能保证焊缝超高强度和优异低温冲击韧性的实芯气保焊丝；采用该焊丝，可免除焊前预热并得到质量完好的焊接接头，采用保护气体80~95%Ar+5~20%C02，制得的焊缝金属抗拉强度≤980MPa, -40°C冲击功≤47J。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
[0007]—种高强度高韧性气体保护实芯焊丝，其含有的化学成分以重量百分比计如下:C0.02 ~0.09%, Si0.50 ~0.90%, Mn0.70 ~1.70%, P ≤ 0.02%, S ≤ 0.01%, Crl.2 ~8.0%,Ni3.0 ~12.0%, Ti0.10 ~0.20%, B0.005 ~0.015%, Al ( 0.04%, N ≤ 0.01%,余量为 Fe 及
不可避免杂质。
[0008]优选的，该气保焊丝还含有Mo0.10~1.0%。
[0009]更为优选的，Ni/Cr在0.5~2.0之间。
[0010]本发明中各元素的作用和含量限定的理由详述如下:
[0011]C:作为钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，当其含量〈0.02%时会显著降低强度，因此其含量应> 0.02% ;此外，高的C含量对低温冲击韧性和焊接性能不利。综合考虑，本发明C含量控制为0.02~0.09%。
[0012]Mn:是提高钢板强度最有效的元素之一，较高的Mn含量会显著降低相转变温度从而促进贝氏体和马氏体的转变，以提高钢板强度；同时，Mn也是有效的扩大奥氏体区的元素，另一方面与Ni共同作用将有利于焊缝组织中得到部分未转变的残余奥氏体，从而提高焊缝金属的抗裂性、低温冲击韧性。但Mn含量不宜过高(如> 2%)，否则容易产生大尺寸的MnS夹杂,给焊丝用盘条的冶炼带来难度，同时也对盘条的性能带来危害，进而影响焊丝和焊缝金属的性能。因此，本发明Mn含量控制为0.70~1.70%。
[0013]S1:一方面具有脱氧作用，另一方面还可以增加焊缝金属的强度；但过多加入会导致低温冲击韧性降低、以及抗裂性能的降低；因此，本发明Si含量在0.50~0.90%之间。
[0014]P:会显著降低焊接性能，比如P的偏析会引发焊接裂纹、以及焊接热影响区的冲击韧性恶化。因此，本发明P只作为杂质元素，为保证钢板的综合力学性能，其含量控制为P ≥ 0.02%。
[0015]S:杂质元素，本发明S含量控制为< 0.01%。
[0016]N1:本发明中最重要的元素，一方面是提高焊缝金属的抗裂性，从而省去预热工序，另一方面是提高焊缝金属的低温冲击韧性。当其含量> 3%时，焊缝金属的抗裂性能显著提高，从而可免除焊前预热工序；当其含量> 12%时，焊缝金属中的未转变奥氏体含量将会显著增加，从而降低焊缝金属的强度。在含量3%~12%之间时，焊缝金属的-40°C冲击韧性稳定在70~IlOJ之间。因此其最佳含量范围为3~12%。
[0017]Cr:是提高焊缝金属强度的有效元素之一，并有细化焊缝金属组织，增加淬透性的功用；另一方面，是缩小奥氏体区的元素，与Ni合理搭配使用，可有效控制焊缝金属的相转变过程，得到马氏体和一定比例的残余奥氏体的复合组织，从而兼顾高的抗裂性、高强度和高韧性。因此，其Cr含量在1.2~8.0%之间，且控制Ni/Cr在0.5~2.0之间。
[0018]Mo:是提高焊缝金属强度的有效元素之一，可细化焊缝金属组织，与Ti和B同时使用时效果更好，能同时兼顾高强度和高冲击韧性，其含量在0.10~1.0%之间。
[0019]T1:一方面通过促进针状铁素体形成来提高焊缝金属的强度、并改善低温冲击韧性；另一方面也提高了焊丝的焊接工艺性能，减少焊接飞溅。其含量在0.10~0.20%之间。
[0020]B:是提高焊缝金属强度的最廉价的化学元素，与Mo和Ti同时加入时可有效促进焊缝金属中的针状铁素体形成，达到同时改善强度和低温冲击韧性的目的。其含量在
0.005 ~0.015% 之间。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于:
[0022]1、省去了焊前预热，提高了焊接施工效率，尤其是对于大型焊接结构。
[0023]2、高含量的Ni，Cr合金设计，保证了焊缝金属强度和低温冲击韧性的稳定，其抗拉强度≥980MPa, -40°C冲击功≥47J。
[0024]3、焊缝金属中存在的一部分残留奥氏体提高了焊缝金属的塑性，也提高了焊缝金属的疲劳性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为采用本发明焊丝获得的焊缝金属的组织图。
【具体实施方式】
[0026]以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0027]表1为实施例焊丝(直径1.2mm)的化学成分，在成分为表2所示的钢板上进行气体保护焊接试验，采用V型45°坡口，焊接参数如表3所示。[0028]表I实施例用焊丝的化学成分(以重量百分比计)
[0029]
【权利要求】
1.一种高强度高韧性气保焊丝，其特征在于，该焊丝以重量百分比计包含的化学成分如下:C0.02 ~0.09%, Si0.50 ~0.90%, Mn0.70 ~1.70%, P 大于 0.02%, S 大于 0.01%, Crl.2 ~8.0%, Ni3.0 ~12.0%, Ti0.10 ~0.20%, B0.005 ~0.015%, Al ( 0.04%, N 大于 0.01%,余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度高韧性气保焊丝，其特征在于:还含有Mo0.10~1.0%。
3.根据权利要求1或2所述的高强度高韧性气保焊丝，其特征在于:Ni/Cr在0.5~2.0之间。
4.根据权利要求1~3任一所述的高强度高韧性气保焊丝，其特征在于:采用保护气体80~95%Ar+5~20%C02制得的焊缝金属，其组织为马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的比例在5~30%。
5.根据权利要求1~3任一所述的高强度高韧性气保焊丝，其特征在于:使用该焊丝制得的焊缝抗拉强度>980MP a，-40°C冲击功>47J。
【文档编号】B23K35/24GK103480976SQ201310396245
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】张盘 申请人:张盘