一种Rel为500MPa级超快冷钢的埋弧焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种埋弧焊接方法，具体地属于一种屈服强度为500MPa级快冷钢的 埋弧焊接方法。
【背景技术】
[0002] 随着钢铁乳制工艺的不断改进，出于降低合金成本的考虑，近来开发了高强钢的 超快冷乳制工艺。其是在降低合金元素含量的情况下，通过增加乳制冷却速度，使钢种达 到与传统钢等强和更高韧性的目的。如Q500级钢，其力学性能要求为（GB1591-低合金高 强度结构钢）（厚度彡40mm时）屈服强度ReL彡480MPa，抗拉强度Rm610~770MPa，E级 钢-20°C KV2> 31J。在现有工艺中往往需加入Mo、Cr等合金元素而予以实现其力学性能 的，而采用超快冷工艺，则是在不加或少加这些合金元素的情况下达到所需的力学性能。从 而使生产成本大大降低。
[0003] 新钢种、新工艺的不断研究及发现，其焊接工艺则必须进行适应性、匹配性研究， 以满足需要。
[0004] 如前述所指的超快速冷却钢，如果采用现有的埋弧焊接工艺，在熔透根部后，合金 元素含量较低的根部熔入焊缝，会导致焊缝合金含量降低，进而使根部焊缝强度降低。再则 在大线能量焊接下，还容易导致焊接热影响区明显软化，造成接头强度低于母材，是焊接性 能不合，不能满足要求。
[0005] 如本申请人曾对成分范围为（wt%) C0.0 5~0· 10, SiO. 10~0· 30, MnL 30~1· 60， P 彡 0· 015, S 彡 0· 010, Als0.0 15~0· 030, Ti0.0 1~0· 03, Nb0.0 · 04~0· 10, V0. 02~0· 04 的超 快速冷却钢，进行了试验性焊接，其结果正如上述所描述的问题，即焊缝合金含量降低，根 部焊缝强度降低，焊接热影响区软化明显，造成接头强度低于母材。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术存在的不足，提供一种焊接热影响区不会产生软化，反面不 清根，焊接接头冲击韧性_40°C KV2> 80J，焊接接头强度Rm多610MPa的焊接Rel为500MPa 级超快冷钢的埋弧焊接方法。
[0007] 实现上述目的的措施： 一种Rel为500MPa级超快冷钢的埋弧焊接方法，其步骤： 1) 使用焊接的母材的技术条件：经过冷却速度不低于60°C /s冷却的钢种；母材的组 分及重量百分比含量为：C0.0 5~0· 10, SiO. 10~0· 30, MnL 30~1· 60, P 彡 0· 015, S 彡 0· 010， Als0.0 15~0. 030, Ti0.0 1~0. 03, Nb0.0 . 04~0. 10, V0.0 2~0. 04,其余为 Fe 及不可避免的杂 质；力学性能：屈服强度彡480MPa，抗拉强度在610~770 MPa，厚度不超过40mm ; 焊接坡口形式为双V型，单侧坡口角度为25~30°，钝边为4~6mm ; 2) 在无需焊前预热下进行底层焊接，底层焊接焊丝采用组分及重量百分比含量为： C 0.06-0.11%, Si 彡 0· 15%，Mn 1. 50-1. 90%, Cr 0. 35-0. 55%, Mo 0. 30-0. 50%, Ni 0. 40~0. 60%，Ti0.0 5~0. 15%，其余为Fe及不可避免的杂质；焊丝的抗拉强度级别在685MPa 级；电流、电压及焊接速度按照常规，焊接线能量为13~30kJ/cm ;焊剂采用弱碱性烧结焊 剂；底层焊道为正反面第一道焊缝，反面第一道焊缝焊接前不清根或作适当清根。
[0008] 3)在上下V型破口内进行填充埋弧焊接，直至填满；其焊剂采用弱碱性烧结焊剂； 焊丝采用组分及重量百分比含量为：C 0. 06-0. 11%, Si ^ 0. 15%, Mn 1. 50-1. 90%, Cr 0· 30~0· 50%，Ni 0· 30~0· 50%，Ti 0· 05~0· 15%，B 0· 002~0· 010%，其余为 Fe 及不可避免 的杂质；焊丝的抗拉强度级别在600MPa级；电流、电压及焊接速度按照常规，焊接线能量为 13~30kJ/cm〇
[0009] 本发明之所以在底层焊接及填充焊接阶段采用不同的焊丝，是由于对于本申请中 所指的超快冷即冷却速度不低于60°C /s钢熔透根部后，合金元素含量较低的根部熔入焊 缝，使焊缝合金含量降低，将导致根部焊缝强度降低。为了弥补底层焊道因母材低合金含量 的稀释，采用了强度级别较高的焊丝。而填充层因母材稀释作用降低，可采用与母材同强度 级别的焊丝。同时如果埋弧焊线能量过大，还容易导致焊接热影响区明显软化，造成接头强 度低于母材。所以采用了适当的焊接线能量。
[0010] 本发明与现有技术相比，在焊接热影响区不会产生明显软化，反面不清根，且焊接 接头冲击韧性-40°C KV2^ 80J，焊接接头强度Rm多6lOMPa，完全满足了快速冷却钢种的埋 弧焊接要求。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的焊接坡口结构形状示意图； 图2为本发明焊接后焊缝状态示意图。
【具体实施方式】
[0012] 下面对本发明予以详细描述： 表1为本发明各实施例及对比例的母材即超快冷钢的化学成分列表(Wt%); 表2为本发明各实施例及对比例配用的焊剂成分组成及含量（wt%); 表3为本发明各实施例及对比例底层焊丝化学成分列表； 表4为本发明各实施例及对比例填充焊丝化学成分列表； 表5为本发明各实施例及对比例埋弧焊接工艺取值列表； 表6为本发明各实施例及对比例焊缝化学成分列表； 表7为本发明各实施例及对比例焊接接头拉伸及冲击试验结果。
[0013] 下面各实施例均按照以下步骤进行埋弧焊接： 1) 超快冷钢种成分及含量见表1 ;母材的力学性能：屈服强度多480MPa，抗拉强度在 610~770 MPa，厚度不超过40mm;焊接坡口形式为双V型，单侧坡口角度在25~30°，钝边在 4~6mm ;是在冷却速度为85~90°C /s下冷却的钢板； 2) 在无需焊前预热下进行钢板正反面的底层焊接，焊剂采用弱碱性烧结焊剂；焊丝采 用的组分及重量百分比含量见表3 ;焊丝的抗拉强度级别在685MPa级；电流、电压及焊接速 度按照常规，焊接线能量为13~30kJ/cm ; 3) 无需清根或少清根，在正反V型破口内进行填充埋弧焊接，直至填满；其焊剂采用弱 碱性烧结焊剂； 焊丝采用的组分及重量百分比含量见表4 ;焊丝的抗拉强度级别在600MPa级；电流、电 压及焊接速度按照常规，焊接线能量为13~30kJ/cm，如表5所示。
[0014] 表1本发明各实施例及对比例化学成分列表（wt%)
表5本发明本发明各实施例及对比例埋弧焊接工艺取值列表
注：P 彡 0· 020%, S 彡 0· 015% 表6本发明本发明各实施例及对比例焊缝化学成分列表(wt%)
注：P < 0. 020%，S < 0. 015%，因母材稀释根焊缝含有一定的Nb及V。
[0015] 表7本发明本发明各实施例及对比例焊接接头拉伸及冲击试验结果
注：冲击试验中5、6号上排为近表层试样，下排为1/2厚度试样。
[0016] 实施例1~7采用了不同焊丝及钢板组合，其焊接接头均有较好的强度及冲击韧 性；1、2、3、4、7号(实施例）拉伸试样为焊接接头的全尺寸试样，5及6号(实施例）拉伸试样 厚度为30mm，每例2个样，覆盖了焊接接头的全厚度。焊接接头拉伸试验全部断于母材，说 明焊接接头强度不低于基材，没有出现影响整体强度的软化现象。1、2、3、4、7号(实施例)冲 击试样取自焊接接头的厚度中间，5及6号（实施例）冲击试样取自近表面及厚度中间。无 论是焊缝还是焊接热影响区，其-40°C KV2冲击功平均值高于80J，完全满足GB1591的要求， 且有较高的富裕量。由于实施例1~7中根焊采用了 685MPa级埋弧焊丝(抗拉强度)，尽管由 于母材的熔入根部焊缝的成分出现了一定程度的稀释，根部焊缝仍有较高的强度，所以整 个焊缝强度满足要求。另外，由于焊接线能量控制在30kJ/cm以内，焊接热影响区软化程度 不高，接头强度也满足要求。
[0017] 对比例1的根焊与填充焊全部用600MPa级等强焊丝(抗拉强度)，由于母材的熔入 根部焊缝的成分出现了稀释，根部焊缝强度不足，导致焊缝强度不满足要求。
[0018] 对比例2的根焊采用了 685MPa级埋弧焊丝(抗拉强度)，整个焊缝强度满足要求。 但由于焊接线能量增至35kJ/cm，焊接热影响区软化程度增加，致使热影响区强度不足，热 影响区的冲击韧性也有所下降。
[0019] 可见，本发明申请成功实现了 Q500级超快冷钢的埋弧焊接。
[0020] 本【具体实施方式】仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。
【主权项】
1. 一种Rel为500MPa级超快冷钢的埋弧焊接方法，其步骤： 1) 使用焊接的母材的技术条件：经过冷却速度不低于60°C /s冷却的钢种；母材的成 分及重量百分比含量在：C0.0 5~0. 10, SiO. 10~0. 30, MnL 30~1. 60, P 彡 0? 015, S 彡 0? 010， Als0.0 15~0. 030, Ti0.0 1~0. 03, Nb0.0 . 04~0. 10, V0.0 2~0. 04,其余为 Fe 及不可避免的杂 质；力学性能：屈服强度彡480MPa，抗拉强度在610~770 MPa，厚度不超过40mm ; 焊接坡口形式为双V型，单侧坡口角度在25~30°，钝边在4~6mm ; 2) 在无需焊前预热下进行底层焊接，采用正反面各一道次底部埋弧焊接，焊剂采用弱 碱性烧结焊剂； 焊丝采用组分及重量百分比含量为：C 0. 06~0. 11%，Si彡0. 15%，Mn I. 50~1. 90%， Cr 0? 35~0. 55%，Mo 0? 30~0. 50%，Ni 0? 40~0. 60%，Ti0.0 5~0. 15%，其余为 Fe 及不可避免 的杂质；焊丝的抗拉强度级别在685MPa级；电流、电压及焊接速度按照常规，焊接线能量为 13~30kJ/cm ； 3) 无需清根，在正反面V型破口内进行填充埋弧焊接，直至填满；其焊剂采用弱碱性烧 结焊剂； 焊丝采用组分及重量百分比含量为：C 0. 06-0. 11%, Si ^ 0. 15%, Mn 1. 50-1. 90%, Cr 0? 30~0. 50%，Ni 0? 30~0. 50%，Ti 0? 05~0. 15%，B 0? 002~0. 010%，其余为 Fe 及不可避免 的杂质；焊丝的抗拉强度级别在600MPa级；电流、电压及焊接速度按照常规，焊接线能量为 13~30kJ/cm〇
【专利摘要】一种Rel为500MPa级超快冷钢的埋弧焊接方法：经过冷却速度不低于60℃/s冷却的钢种；Rel≥480MPa，Rm在610~770？MPa，厚度不超过40mm；焊接坡口形式为双V型，钝边为4~6mm；在无需焊前预热下进行底层焊接，焊丝的Rm在685MPa级，焊接线能量为13~30kJ/cm，焊剂采用弱碱性烧结焊剂；在上下V型破口内进行填充埋弧焊接，焊剂采用弱碱性烧结焊剂；焊丝的Rm在600MPa级；焊接线能量为13~30kJ/cm。本发明在焊接热影响区不会产生明显软化，反面不清根，且焊接接头冲击韧性-40℃KV2≥80J，焊接接头强度Rm≥610MPa，完全满足了快速冷却钢种的埋弧焊接要求。
【IPC分类】B23K35/30, B23K9/18
【公开号】CN104999169
【申请号】CN201510462144
【发明人】黄治军, 王辉, 牟文广, 缪凯, 郑江鹏, 胡家国
【申请人】武汉钢铁(集团)公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月31日