专利名称：高强韧气保焊丝材料的制作方法
技术领域：
本发明属于全位置自动焊接材料的制造领域。特别是在采用富氩气体保护施焊后，焊缝处综合力学性能好的高强度气体保护焊丝材料。
背景技术：
在现有技术中，被使用在X80管线用钢的气保焊丝材料，其综合的力学不理想而限制了该钢的广泛应用。例如公开专利(申请号01128326.2)介绍了一种‘微钛硼高韧性气体保护焊丝’，该气保焊丝的应用是采用Ar+20％CO2气体进行保护焊接的，虽然施焊后的焊缝具有较好的低温韧性，但是施焊处的熔敷金属强度不能满足X80钢的使用条件，目前仅使用在X70强度级别钢的焊丝材料。另外专利申请号89105436.7还介绍了一种‘焊接用焊丝’专利，该焊丝材料是采用CO2气体进行保护施焊的，虽然施焊处的熔敷金属抗拉强度可达800MPa，但是低温冲击韧性确很低而不能满足施焊钢的使用要求。因此，目前已有气保焊丝的综合力学性能均不够理想，其表现为不是强度低，就是低温冲击韧性低。
由于冶金技术的进步，因此对低合金高强度结构钢的应用，尤其在钢的强度级别和低温韧性水平都要有很高的要求。目前焊接材料的低温韧性水平与钢材韧性水平的差距还比较大，焊接结构中焊缝的性能制约着钢材性能的发挥和结构整体性能的提高。管线用钢是目前发展比较快和对使用性能要求较高的钢种之一。管线钢具有高强度和相当高的低温冲击韧性水平才可能满足油、气管线对使用性能的要求。管线现场装配环焊缝主要采用全位置自动气体保护焊接。该焊接方法又要求焊丝应具备高强、高韧和良好的焊接工艺性，以满足全位置自动焊接和得到高性能焊接接头的需要。此外，焊缝还要具备与钢管相匹配的耐腐蚀性和耐应力腐蚀等性能。需要研究开发高强度和高韧性的焊接材料，提高焊缝熔敷金属的综合力学性能是提高结构钢服役性能的关键。
发明内容
本发明的目的是提出一种成分设计合理、简单、经济，并且具有优良的综合力学性能和良好的焊接工艺，熔敷金属的屈服强度在550MPa级别，并适用于X80管线钢的全位置气体保护焊接的高强韧气保焊丝材料。
根据本发明的目的和现有技术中的不足，我们所提出的解决方案是采用超低碳、多元合金化和微合金化，使本发明焊丝材料在保持高强度的基础上，仍要具有相当高的低温冲击韧性和良好的焊接工艺性。采用微合金化设计可以使该焊丝材料在具有良好全位置焊接工艺性的情况下，可获得高强、高韧的熔处敷金属焊缝。因此本发明提出具有良好焊接工艺的高强韧气保焊丝材料的具体化学成分重量％为C＜0.05；Si0.1-0.8％；Mn 0.5-2.0％；S＜0.01％；P＜0.015％；Ni 0.5-2.0％；Cr 0.05-0.50％；Mo 0.1-0.5％；Cu＜0.3％；Ti 0.01-0.25％；Re 0.05-0.5％；B 0.001-0.030％；余量为铁及其它不可避免杂质。为实现本发明目的并能够获得高强度、高韧性和良好焊接工艺的气保焊丝材料，我们设计本发明焊丝材料成分的基本原理是通过提高焊缝熔敷金属的高强、高韧效果以及提高焊接工艺性来实现的，即该焊丝材料在合金化过程中应使焊缝组织获得细化并且还要形成更多的针状铁素体，以及改善焊接时熔滴过渡的表面张力和状态。为此还要对该焊丝材料在合金化时抑制先共析铁素体的生成，并且还要对已经生成的先共析铁素体改变其形态和尺寸，而且还要尽可能的减少先共析铁素体对本焊丝材料所造成的有害影响。我们在抑制先共析铁素体的基础的同时，还需要提高针状铁素体形核率和扩大转变温度区间，从而提高焊缝在连续冷却过程中针状铁素体的转变量。另外在本发明焊丝材料中的合金化元素，在焊接过程中所形成的细小弥散氧化物还能够作为针状铁素体的形核质点，能有效的降低针状铁素体形核的自由能，从而促进针状铁素体的适量增多。因此，在本发明成分中所添加的各种元素对该焊丝材料的性能均有重要的作用。下面在详细介绍各元素在本发明焊丝材料成分中的作用 碳元素有提高焊缝熔敷金属强度和降低材料韧性的重要元素，也是影响焊接工艺性的重要元素，控制碳含量在合适的范围是改善焊接工艺性和焊缝强韧化的基础。碳是强脱氧元素，不同的碳含量能够改变焊接时金属熔滴表面的碳、氧等的含量和不同合金元素的烧损量。在采用超低碳含量时有效地改善了焊接时金属熔滴的过渡状态和表面张力，从而改善了焊缝成型。同时碳含量还影响焊缝金属的氢致裂纹敏感性和应力腐蚀性能。碳含量过高会使焊缝金属的韧性、抗裂性和应力腐蚀性能均降低。本发明焊丝严格限制碳含量，成分中碳含量控制在＜0.05％。
硅为脱氧元素，改善焊接工艺性，同样是提高焊缝熔敷金属强度和降低焊缝韧性的作用。当焊丝材料中硅含量偏低则脱氧不充分，易造成焊缝氧含量过高而影响焊缝的低温冲击韧性。当焊丝材料中加入适量的硅元素时可以改善其焊接工艺性和提高焊缝金属的的强度，但是过量的硅含量会降低焊缝金属的低温韧性。本发明焊丝成分中硅含量为0.1-0.8％。
锰是本发明焊丝成分中主要的强化元素之一，锰同时又是脱氧元素，在联合脱氧的过程中形成的氧化物能够促进针状铁素体的形成。添加适量的锰在合金化过程中能够提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性，能够改善焊接工艺性。本发明焊丝成分中锰含量为0.5---2.0％。
镍是本发明焊丝成分中重要元素之一。Ni能够提高焊缝的强度和低温冲击韧性，是提高低温韧性的主要合金化元素。但是，镍含量超过2.5％时容易造成焊缝处的热裂倾向增高。本发明焊丝成分中镍含量为0.5-2.5％。
铬元素有提高焊缝熔敷金属强度的作用，添加适量的铬元素，不仅保证了焊缝处在高的低温韧性基础上还可提高其强度。但是过量的铬会降低焊缝处低温韧性。本发明焊丝成分中铬含量为0.05-0.5％。
钼是强化焊缝合金的重要元素之一。过高含量的钼会造成焊缝处脆化。但添加适量的钼不仅能够显著提高焊缝熔敷金属的高强，而且还不损害焊缝的低温冲击纫性。本发明焊丝成分中钼含量为0.1-1.0％。
钛是细化焊缝晶粒和组织的合金调谐元素，添加适量的钛有改善焊丝焊接工艺性和焊缝组织以及提高材料低温纫性的作用。微合金成分中的钛能够对硼的氧化起到保护作用，不但能提高硼的过渡系数，而且还利于发挥硼元素的有益作用。但是钛含量过高会对焊缝低温韧性造成危害。本发明焊丝成分中钛含量为0.01-0.25％。
硼是促进焊缝熔敷金属针状铁素体形成的有益元素之一。焊缝中适量的硼能够提高焊缝的低温纫性。硼元素是通过在奥氏体晶界上偏聚来抑制先共析铁素体的形成，从而获得焊缝组织细化和形成更多的针状铁素体。但是添加过量的硼也会降低焊缝的低温纫性，并且还有增大热裂的倾向。本发明焊丝成分中硼含量0.001-0.030％。， 稀土元素能够改善焊缝中硫化物等夹杂物大小和形态，并且能够减少夹杂物的数量和净化焊缝组织。适当的稀土元素含量可以改善焊缝的低温冲击韧性和提高焊接工艺性。本发明焊丝成分中稀土元素含量0.05-0.5％。
硫是有害的杂质元素，硫含量过高会影响焊缝韧性和抗应力腐蚀性能等，需要严格限制含硫量。本发明焊丝成分中硫含量小于0.010％。
磷和硫一样都是有害的杂质元素，需要严格限制含磷量。本发明焊丝成分中磷含量小于0.015％。
本发明在超低碳含量的合金材料基础上，通过对成分中硼、钛、稀土等微合金化元素的合理匹配，使本发明的高强高韧气保焊丝材料获得具有突出低温韧性和焊接工艺性的使用效果，该气保焊丝适用于Ar+5-50％CO2保护气体的全位置自动和半自动焊接。
本发明所设计的高强度、高韧性气体保护焊丝材料的制备方法是与现有技术制备方法相同，首先按要求进行配料和高纯净冶炼，然后再进行常规的锻造、轧制和焊丝拉拔或镀铜们的加工工艺，最终获得按设计要求尺寸的，直径为φ0.8-φ1.2毫米的镀铜或不镀铜气体保护焊丝材料。
采用本发明所设计的高强高韧气体保护焊丝材料与现有技术相比较，具有该焊丝材料的成分设计合理、简单、经济，并且施焊后的焊缝熔敷金属具有高的强度和低温韧性等优良的综合力学性能，而且还具备对保护气体中CO2含量适用范围宽、全位置自动焊接工艺性优良特点。
具体实施例方式 本发明实施例是按照上述设计的高强韧气保焊丝材料成分范围，我们共实施了7组的试验，为了方便与现有技术的对比，我们将8组实施例分为4组为本发明高强韧气保焊丝材料，和4组为现有技术材料的实施例。本发明实施例的制备是按照试验要求进行的配料，采用电炉进行冶炼，然后在于1050℃进行轧制，焊丝的拉拔或镀铜均为现有技术的加工方法，最终将获得试验对比用气保焊丝的尺寸为φ1.0毫米的镀铜或不镀铜气体保护焊丝材料。本发明中的实施例是采用熔敷金属焊接试验(焊接工艺参数焊丝直径1.2mm，焊接电流220A，焊接电压22V，线能量14KJ/CM)和全位置自动焊接试验(焊接工艺参数焊丝直径1.0mm，焊接电流180--200A，焊接电压19--22V，线能量12--14KJ/CM)。
本发明实施例的对比结果见表1、表2。表1为本发明实施例与现有技术材料成分重量％的比较结果。表2为本发明实施例与现有技术材料的综合力学性能比较结果。在对比表中，序号1-4为本发明焊丝材料的实施例，序号4-8为现有技术材料的实施例。
表1为本发明实施例与现有技术材料成分重量％的比较结果
表2为本发明实施例与现有技术材料的综合力学性能比较结果
权利要求
1.一种高强韧气保焊丝材料，其特征在于该焊丝材料的具体化学成分重量％为C＜0.05；Si 0.1-0.8％；Mn 0.5-2.0％；S＜0.01％；P＜0.015％；Ni 0.5-2.0％；Cr 0.05-0.50％；Mo 0.1-0.5％；Cu＜0.3％；Ti 0.01-0.25％；Re 0.05-0.5％；B 0.001-0.030％；余量为铁及其它不可避免的杂质。
全文摘要
本发明属于全位置自动焊接材料的制造领域。特别是在采用富氩气体保护施焊后，焊缝处综合力学性能好的高强度气体保护焊丝材料。本发明焊丝的具体成分重量％为C＜0.05；Si 0.1-0.8％；Mn 0.5-2.0％；S＜0.01％；P＜0.015％；Ni 0.5-2.0％；Cr 0.05-0.50％；Mo 0.1-0.5％；Cu＜0.3％；Ti 0.01-0.25％；Re 0.05-0.5％；B 0.001-0.030％；余量为铁。本发明焊丝材料与现有技术相比较，具有该焊丝材料的成分设计合理、简单、经济，并且施焊后的焊缝熔敷金属具有高的强度和低温韧性等优良的综合力学性能，而且还具备对保护气体中CO2含量适用范围宽、全位置自动焊接工艺性优良等特点。
文档编号B23K35/30GK101116930SQ200710121638
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月12日 优先权日2007年9月12日
发明者魏金山, 田志凌, 云 彭, 冉 李 申请人:钢铁研究总院