一种超高强低温焊丝的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种超高强低温焊丝，其由合金系统以及非金属元素组成，其中合金系统采用Mn2?Ni3?Cr?Mo体系，合金组分及重量百分比为：C≤0.10%，Mn：1.4?2.0%，Si：0.4?0.9%，Ni：1.8?2.1%，Mo：0.3?0.5%，Cr：0.2?0.6%，微合金Ti和Zr至少含有一种，并且：Ti≤0.020%，Zr≤0.020%，其余为铁；非金属元素的组分及重量百分比为：S≤0.010%，P≤0.015%，N≤70PPm，O≤50PPm。本发明所述焊丝保证熔敷金属不但具有较高的强度，而且具有良好的塑性和低温韧性，保证在较低或适当的预热温度条件下保证焊缝金属的抗冷裂性能。
【专利说明】
一种超高强低温焊丝
技术领域
[0001] 本发明涉及一种超高强低温焊丝。
【背景技术】
[0002] 为保证高强度钢焊接结构的使用安全性和可靠性、提高产品的使用寿命、避免脆 性破坏事故的发生，通过选用优质焊接材料提高焊缝金属的强韧性一直是焊接技术人员研 究工作的重点，围绕低合金高强钢焊缝金属的强韧化问题，国内外焊接技术人员进行了大 量试验研究，对于屈服强度不超过550MPa的焊缝金属，可采用Ti-B微合金化，使焊缝金属获 得均匀、细小的针状铁素体组织，从而实现焊缝金属的强韧化;而对于屈服强度超过550MPa 的焊缝金属，由于焊缝合金化程度的加大，焊缝金属的基体组织已不是铁素体，而是贝氏体 或贝氏体+马氏体组织，Ti-B微合金化的机制已不适用，此时对焊缝金属的强韧化措施是增 加Ni含量，通过合金化实现对贝氏体或贝氏体+马氏体基体组织的强韧化。
[0003] 据统计，目前焊材市场上，屈服强度345MPa级（50公斤级）焊丝采用C-Mn或C-Mn-Ti-B合金系；460MPa级（60公斤级）焊丝多数采用Mn-Mo合金系；550及690 MPa级（70、80公 斤级)焊丝，多数采用Mn-Ni-Mo合金系；而强度等级780MPa以上级别的焊丝，合金体系主要 有Mn-Ni-Cr-Mo、Mn-Ni-Cr-M〇-Cu合金系。对于屈服强度690 MPa级高强钢焊接材料，采用的 合金系统以Mn-Ni-Mo合金系为主，其中的Ni含量在2.5%以上、Mo含量0.45%以上，Ni属于贵 金属，过多加入必将增加焊丝成本。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种超高强低温焊丝，其熔敷金属屈服强 度超过690MPa，为了使焊丝在保证熔敷金属具有较高强度的同时，还具有良好的塑性及低 温冲击性能，焊丝的主要合金系统采用Mn2-Ni3-Cr-Mo系，并加入一定量的微合金化元素Ti 和Zr。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案： 一种超高强低温焊丝，其由合金系统以及非金属元素组成，其中合金系统采用Mn2-Ni3-Cr-Mo 体系，合金组分及重量百分比为:C<0.10%，Mn:1.4-2.0%，Si:0.4-0.9%，Ni:1.8-2.1%，]?〇 :0.3-〇.5%，0:0.2-〇.6%，微合金1'1和21至少含有一种，并且：1'1彡0.020%，2『彡 0.020%，其余为铁;非金属元素的组分及重量百分比为：3彡0.010%，？彡0.015%小彡7(^111，0 彡50PPm〇
[0006] C能显著提高焊缝强度，是焊缝金属强化的主要元素，但是如果C含量过高，不但降 低焊缝金属的塑韧性，而且还显著增加焊缝金属的冷裂敏感性及热裂敏感性。
[0007] Mn是焊缝金属中的主要合金元素，一方面Mn可以作为脱氧剂和脱硫剂，参与焊接 熔池的氧化还原反应，降低焊缝金属中的氧含量，可以改善焊丝的使用工艺性能，同时由于 Mn与S有较强的亲和力，Mn与S结合形成MnS，以渣的形式浮出熔池，可以有效降低焊缝金属 的热裂倾向；另一方面Mn具有固溶强化和细化晶粒的作用，焊丝中加入适量的Mn是焊缝金 属实现强韧化的重要手段，但过高的Mn含量易造成偏析，降低焊缝金属韧性。
[0008] Si元素一般作为脱氧剂与Mn联合加入，焊丝中适量的Si对改善焊丝的使用工艺性 是不可缺少的。Si对焊缝的强化效果不明显，而过高含量的Si会降低焊缝韧性。
[0009] Ni是唯一能在强化焊缝的同时还能提高焊缝低温冲击韧性、降低冲击转变温度的 合金元素。
[0010] Mo与Mn、Si、Ni、Cr相比，其固溶强化效果更明显，并且焊缝金属中添加适量的Mo可 以降低脆性转变温度。 Cr具有较强的固溶强化作用，同时也是一种碳化物形成元素，通过碳化物析出，可以进 一步提高强度，但是，研究发现，Cr的加入对焊缝韧性的改善不利，当焊缝金属中Cr含量超 过一定量时，焊缝韧性可能受到严重的损害。
[0011]在焊丝成分中添加适量Ti、Zr，可以改善焊接熔滴的过渡形式，改善焊接工艺性 能，提高焊缝强度、改善低温冲击韧性的效果。
[0012] 所述焊丝中的非金元素S<0.010%，P<0.015%，N<70PPm，0<50PPm。对于高强钢 焊缝金属，S、P、N、0是有害的元素，须加以严格限制，而且强度级别越高的焊缝金属，对这些 有害杂质元素含量的限制应该更加严格。
[0013] S和Fe生成的FeS易与Fe形成低熔点共晶体，增大焊缝金属热裂纹敏感性，特别是 对高Ni合金体系焊丝，因此，其含量应严格控制。
[0014] P对焊缝金属的力学性能及抗裂性能均有不利的影响，在焊缝中易导致偏析，增大 焊缝金属的热裂敏感性及回火脆性，同时P使焊缝的强度硬度增加，而塑性韧性降低，特别 是降低焊缝金属的低温冲击韧性，使焊缝出现所谓的"冷脆性"，因此需要对该元素进行严 格限制。
[0015] N对低合金钢焊缝金属的韧性有害，研究表明，当焊缝金属中的N含量超过lOOPPm 时，焊缝金属的低温韧性将显著降低，其原因是由于焊缝中的N导致的固溶强化及其带来的 对位错的钉扎。
[0016] 0在钢中主要以氧化物夹杂形式存在，焊丝盘元中氧化物夹杂对焊丝的拉拔性能 有不利影响，同时焊丝中的氧化物在焊接过程中参与焊接冶金反应，对焊丝的使用工艺性 能、合金元素过渡、焊缝金属的合金化、夹杂物的产生及分布均会带来影响，进而影响焊缝 金属的组织性能。
[0017] 本发明所带来的有益效果是:保证熔敷金属不但具有较高的强度，而且具有良好 的塑性和低温韧性，保证在较低或适当的预热温度条件下保证焊缝金属的抗冷裂性能。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明所述焊丝熔敷金属微观组织的焊态区组织图； 图2是本发明所述焊丝对接焊热影响区微观组织的焊态区组织图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0020] -种超高强低温焊丝，其由合金系统以及非金属元素组成，其中合金系统采用 Mn2-Ni3-Cr-Mo 体系， 实施例一： 焊丝合金的组分及百分比为：C: 0 ? 1%，Mn: 1 ? 4%，Si : 0 ? 4%，Ni : 2 ? 8%，Mo: 0 ? 45%，Cr: 0.4%，微合金：1^:0.045%，2〇0.020%，其余为铁；其中非金元素含量为 ：3:0.010%，？： 0.015%，N:70PPm，0:50PPm。
[0021] 实施例二： C:0 ? 08%，Mn: 1 ? 45%，Si :0 ? 9%，Ni : 2 ? 8%，Mo: 0 ? 35%，Cr:0 ? 55%，微合金：Ti : :0 ? 010%，其余 为铁;其中非金元素含量为:S:0.008%，P:0.01%，N :50PPm，0:40PPm。
[0022] 实施例三： C:0 ? 07%，Mn: 1 ? 55%，Si :0 ? 6%，Ni : 3 ? 0%，M〇: 0 ? 55%，Cr:0 ? 60%，微合金：Zr: :0 ? 015%，其余 为铁;其中非金元素含量为：S:0.010%，P:0.015%，N :70PPm，0:50PPm。
[0023]以上三种【具体实施方式】，分别通过焊丝冶炼，离线酸洗，焊丝拉拔，焊丝镀铜，焊丝 层绕的工艺顺序，并且在焊丝拉拔过程中增加焊丝退火工艺制成。本发明所述焊丝其焊接 熔覆金属性能指标如表1所示，焊丝的焊接应用参数如表2所示，焊接后的性能参数如表3所 不。
为了通过实际测试比较本发明设计的焊丝和对比焊丝在常规性能方面的不同，在不同 的焊接规范参数下，如表2所示，本发明设计的焊丝和对比焊丝在常规性能方面的数据如表 3中所示，本发明设计的焊丝优于对比焊丝. 关于焊丝的熔敷金属拉伸及冲击试件取样按GB/T 12470-2003规定进行，如表2中试验 结果表明：本发明设计焊丝熔敷金属强度适中，塑、韧性优良，各项力学性能指标优于对比 焊丝，全面达到了目标要求。焊丝熔敷金属的焊态区组织，均为粒状贝氏体+少量铁素体，熔 敷金属组织晶粒细小均匀，焊态区柱状晶特征不明显，如附图1;热影响区显微组织：马氏体 +粒状贝氏体+少量铁素体，附图2所示。
[0025] 通过研究和生产实践表明，本发明设计的焊焊丝焊缝成型美观，熔敷金属的力学 性能全面满足技术要求。
[0026] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或 替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限 定的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种超高强低温焊丝，其特征在于，其由合金系统以及非金属元素组成，其中合金系 统采用Mn2-Ni3-Cr-Mo体系，合金组分及重量百分比为《0.10%，]?11 :1.4-2.0%，3丨：0.4-0 · 9%，Ni : 1 · 8-2 · 1%，Mo: 0 · 3-0 · 5%，Cr: 0 · 2-0 · 6%，微合金Ti和Zr至少含有一种，并且：Ti 彡 0.020%，Zr彡0.020%，其余为铁；非金属元素的组分及重量百分比为：S彡0.010%，P彡 0.015%，N彡 70PPm，0 彡 50PPm。
【文档编号】B23K35/30GK106001992SQ201610512347
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月22日
【发明人】李好生
【申请人】昆山中冶宝钢焊接材料有限公司