一种低合金高强钢的实芯焊丝及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种低合金高强钢的实芯焊丝及其应用。
【背景技术】
[0002] 为了满足输电铁塔尤其是特高压输电铁塔的制造要求，减轻铁塔自重、增强铁塔 承载能力，延长其使用寿命和提升经济效益，必须提高用于特高压铁塔的钢材强度，因此 屈服强度更高的低合金高强钢在特高压铁塔中的采用显得尤为迫切和重要，如Q420、Q460 等。随着母材强度的提高，为了保证焊缝的强度，需要向焊丝中加入足够量的合金元素来提 高焊缝的强度，现有的低合金高强钢焊丝一般采用Mo等较贵重的合金元素来提高强度，或 者配合一定量的Cr元素来强化。
[0003] 随着合金元素 Mo和Cr的增加，焊缝的强度得到了强化，但同时焊缝的韧性呈下降 的趋势，焊缝容易产生淬硬组织，抗裂纹性下降。因此，如何保证焊缝在高强度的同时具有 较高的韧性是提高焊缝质量的至关重要的因素。显然，去除焊缝的有害元素（如低熔点的 砷、锡、锑、铅和铋等），抑制有害元素的偏析，净化焊缝组织，捕获焊缝中的氢，改变焊缝组 织中的夹杂物形貌、数量和分布情况，细化焊缝组织，对保证焊缝韧性和提高强度具有积极 的作用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术上的上述不足，提供一种可以净化焊缝组织、降低 焊缝中的低熔点有害元素和氢、改善焊缝组织的夹杂物、细化焊缝组织的输电铁塔用低合 金高强钢实芯焊丝。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用上述的技术方案：一种低合金高强钢的实芯焊丝，其 特征在于，所述实芯焊丝的组分按重量百分比计为C :0. 06~0. 12, Mn :1. 35~2. 0, Si : 0· 65 ~L 05, B :0· 001 ~0· 003, Nb :0· 05 ~0· 2, Ni :0· 05 ~0· 15, Cr :0· 05 ~0· 2, Cu : 0· 15~0· 5, P :彡0· 015, S :彡0· 015,稀土元素：0· 01~0· 05,余量为Fe和不可避免的杂 质。
[0006] 所述实芯焊丝的组分按重量百分比计为C :0. 08, Mn :2. 0, Si :0. 7, Re :0. 03, B : 0· 002, Nb :0· 15, Ni :0· 1，Cr :0· 15, Cu :0· 25, P :0· 005, S :0· 005,余量为 Fe 和不可避免的 杂质。
[0007] 所述Ni和Cr的重量百分比之和彡0. 2。
[0008] 所述P和S的重量百分比之和彡0. 02。
[0009] 所述Re与S的重量百分比之比（Re/S)彡2。
[0010] 所述稀土元素为镧或铈或钇或其组合。
[0011] 所述的低合金高强钢的实芯焊丝用于输电铁塔的制造。
[0012] 以下是本发明的主要元素作用及限定：
[0013] C :0.06 ~0.12，
[0014] 碳在焊缝中，含碳量越高，焊缝的强度就越高，但塑性、韧性也会随之降低；反之， 含碳量越低，焊缝的塑性、韧性越高，其强度也会随之降低。为了达到焊缝具有匹配的强度 和韧性，本发明的实芯焊丝中的碳重量百分比为0. 06~0. 12。
[0015] Mn :1.35 ~2.0，
[0016] Μη是强化元素之一，能溶解于铁素体中，起固溶强化作用，提高焊缝的强度，Μη又 是一种良好的脱氧剂和脱硫剂，焊接时可以利用它来进行脱氧和脱硫，当Μη在焊缝中的含 量小于2%时，可以使焊缝的强度明显提高，并能提高Μη在低温下的冲击韧性，本发明的实 芯焊丝中的Μη重量百分比为1. 35~2. 0。
[0017] Si :0· 65 ~1. 05，
[0018] Si用以防止焊缝的氧化以及稳固基体保证焊缝强度，抑制先共析铁素体的产生， 促进针状铁素体的形成，在焊丝过渡到焊缝中时，起到脱氧作用与强化焊缝的作用。但是Si 会降低钢的焊接性能，在焊接时易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔合物的流动性，引起 喷溅，影响焊接质量，且当硅含量超过一定值，铁素体的冲击韧性急剧下降，本发明的实芯 焊丝中的Si重量百分比为0. 65~1. 05。
[0019] 稀土元素（Re) :0· 01 ~0· 05，
[0020] Re可以与钢中磷、砷、锡、锑、铋、铅等低熔点有害元素相作用，既可以与这些杂质 形成熔点较高的化合物，也能抑制这些夹杂在晶界上的偏祈，起到净化作用，使钢中杂质减 少。稀土极易生成稀土的氧硫化物和稀土硫化物，形成复合夹杂物或稀土硅酸盐化合物，它 们熔点高且非常稳定，可以控制夹杂物的形貌。稀土能吸收大量的氢，可以抑制钢中氢引起 的脆性和白点。稀土可以提高焊缝的强度和韧性，降低脆性转变温度提高钢的持久强度， 特别是横向冲击韧性，有利于提高钢的疲劳性能。本发明实芯焊丝中的Re重量百分比为 0· 01 ~0· 05
[0021] B :0· 001 ~0· 003，
[0022] B元素价格便宜，资源丰富，可以在一定程度上替代Ni、Cr、Mo等昂贵的合金元素。 低合金高强钢焊缝中适量增加 B元素质量分数可提高组织中针状铁素体质量分数，有效细 化焊缝组织，而当B元素过量时则使焊缝组织中的针状铁素体质量分数下降，组织粗化。本 发明实芯焊丝中的B重量百分比为0. 001~0. 003
[0023] Nb :0· 05 ~0· 2，
[0024] Nb在焊缝中形成细小的碳化物和氮化物或碳氮化合物，其质点钉扎在晶界处，在 加热过程中阻止奥氏体的再结晶，延缓再结晶奥氏体的晶粒长大，有利于焊丝制备过程的 控制，且形成的化合物可以作为形核质点，细化焊缝的组织，提高焊缝的强度和屈服强度。 本发明实芯焊丝中的Nb重量百分比含量为0. 05~0. 2
[0025] 在铌钢（低合金高强钢）的焊接过程中，由于实芯焊丝中含有硼和银，硼和铌的复 合微合金化，一方面形成的化合物提供形核质点，有利于焊缝组织的细化，另一方面减小了 铌的晶界扩散系数，减小了界面迀移速度和再结晶驱动力，细化HAZ组织，有利于HAZ性能 的提尚。
[0026] Ni :0· 05 ~0· 15，
[0027] Ni可以强化铁素体提高焊缝的韧性和强度，尤其是低温冲击韧性，提高钢对疲劳 的抗力和减小钢对缺口的敏感性，降低韧脆转变温度，提高屈强比，改善钢的加工性和可焊 性，而且能抗碱和大气的腐蚀。但镍属于稀缺的战略物资，价格比较昂贵。本发明实芯焊丝 中的Ni重量百分比为0. 05~0. 15，
[0028] Cr :0· 05 ~0· 2，
[0029] 铬能抑制和减少先共析铁素体的析出，细化铁素体的晶粒，有利于提高针状铁素 体的含量，显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性，提高了焊缝的脆性转变 温度及回火脆性。本发明实芯焊丝中的Cr重量百分比为0. 05~0. 2。
[0030] Cu :0· 15 ~0· 5，
[0031] -定量的Cu可以提高低合金钢的强度使C的含量进一步降低，改善焊接性能，少 量的铜有抵抗大气腐蚀的能力，当铜含量为〇. 25%时，还可抑制氢脆的产生。另外焊丝表面 镀铜起到防锈和导电的作用，在焊接过程中铜进入焊缝组织。本发明实芯焊丝中的C