专利名称：一种高强高韧性气体保护焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高强高韧性气体保护焊丝，属于高强钢配套焊接材料领域，特别适用于800MPa级别高强钢的气体保护焊接。
背景技术：
随着我国工业的高速发展，钢铁材料的强度级别逐渐向高强度高韧性的方向发展。工程机械、水电水利、石油化工等行业目前已开始大量使用强度级别为800Mpa的钢种，然而国内针对这种超高强钢配套焊接材料的研发还比较滞后，现有焊丝多达不到等强匹配的要求，即使开发成功的少量焊丝不是成本较高，焊后需要热处理，就是焊缝金属的低温冲击韧性和工艺性达不到要求，另外目前研发的焊丝中Mo和Ni的含量均很高，而且焊接过程中还需预热，大大提高了焊丝的成本和焊接难度，因此开发高强高韧性且工艺性良好的气体保护焊丝非常迫切。
发明内容
本发明目的是提供一种适用于800MPa级别的高强度、高韧性、低成本、工艺性好的气体保护焊丝。
实现本发明目的所涉及的技术方案是高强高韧性气体保护焊丝的化学成份(重量百分比)为C 0.02-0.05；Si 0.30-0.80；Mn 2.0-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.70-1.2；Mo 0.70-1.2；Ti 0.02-0.12；B0.003-0.005；Ni 2.0-3.2；RE 0.05-0.1；Nb 0-0.06；余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明焊丝强度级别很高，并且要求具有优良的低温韧性，因此在成分设计上，采用超低碳的设计思路，碳控制在0.05％以下，以达到降低焊缝金属的冷裂敏感性和提升低温韧性的要求。碳含量的减少导致的强度降低，主要通过添加Mn、Ni、Mo、Cr等元素来弥补。本焊丝的特点之一就是将Mn和Cr的含量提升到一个较高的水平，降低Ni和Mo元素的含量，以达到降低成本的目的，另外添加Ti、B、RE等微合金元素，限制S、P等元素的含量，来提高焊缝金属的强韧性和改善工艺性。
碳是焊缝金属中最重要的合金元素之一，是提高熔敷金属强度的重要元素，也是影响焊接工艺性的重要元素。碳含量过高，会导焊缝中形成高碳马氏体组织，降低焊缝金属的抗裂性、韧性和应力腐蚀性能。所以本发明研制的焊丝碳含量确定在0.02％～0.08％之间。
锰是奥氏体稳定化元素，能够降低奥氏体向铁素体的转变温度。焊缝金属中Mn充当固溶强化组元，增加Mn含量有助于细化晶粒，增加针状铁素体的含量，同时减少晶界先共析铁素体和侧板条铁素体的含量，从而改善焊缝金属的韧性。焊缝金属中Mn还可以起到脱氧的作用，而且有利于提高焊缝金属的抗热裂纹及层状撕裂的能力。因此本发明焊丝将Mn定在2.0-2.50％之间。
硅为脱氧元素，焊缝中Si通过与O反应形成SiO2，起到脱氧的作用。在Mn与Si比例合适时，其脱氧效果极佳，有助于改善韧性。一般来讲，添加过量硅对韧性是有害的，有研究表明在超低碳焊缝金属中为保持较高的低温韧性Si的含量不应高于0.5％。考虑到Si的烧损情况，因此本焊丝将Si定在0.30-0.80％之间。
钼可降低相变温度，抑制先共析铁素体的生成，促进针状铁素体的转变，增加针状铁素体的比例，并能提高碳氮化物的沉淀强化效果，因而Mo可提高强度，细化晶粒，降低韧脆转变温度，提高Nb的碳氮化合物的沉淀强化效果。本焊丝将Mo定在0.7-1.2％之间。
加入适量的铬，可抑制先共析铁素体的生成，增加焊缝金属中针状铁素体的含量，从而提高焊缝金属的强韧性。
Ti和B作为微合金元素同时加入，加入微量的Ti与N形成TiN颗粒，能有效阻止焊缝金属的晶粒长大，细化晶粒，Ti还能减少先共析铁素体形成，增加针状铁素体含量，但含B量低时效果不明显。B能偏析在晶界与N形成化合物，起固氮作用，同时加入B可使CCT曲线右移，抑制先共析铁素体析出，得到更多的针状铁素体，从而提高焊缝韧性，但B的加入需在添加Ti的前提下，保证B不被氧化。
稀土元素能够改善焊缝金属中夹杂物的大小和形态，达到净化焊缝金属的目的。适当的稀土元素还可以改善焊缝的低温韧性和工艺性能。本发明焊丝成分中稀土元素定在0.05-0.1％。
S、P元素降低焊缝金属的低温冲击韧性，应严格限制他们在焊丝中的含量，以保证焊缝金属中S、P控制在较低的水平。
本焊丝通过成分的优化设计，在保持高强度的同时，还具有优良的低温韧性，可实现800MPa级别钢种的不预热焊接。
具体实施例方式 下面结合实施例对本发明做进一步说明 实施案例1 本焊丝的制备完全按照试验要求来进行配料，采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量，采用转炉炼钢，选用S、P含量低的原材料，采用顶底复合吹炼工艺，严格控制炼钢终点成分、出钢温度等参数，将方坯热轧成Φ5.5mm的盘条，经表面除氧化皮、拔丝处理，制成Φ1.2mm的镀铜或不镀铜焊丝，焊丝的化学成分为C 0.04；Si 0.46；Mn 2.05；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.92；Mo 0.94；Ti 0.09；B 0.003；Ni 2.81；RE 0.07；Nb 0.03。
采用混合保护气体(95％Ar+5％CO2)保护下的熔覆金属焊接试验来完成，具体规范为电流270-300A，焊接电压28-30V，焊接速度24-30cm/min。焊接试板厚度为25mm，带15mm垫板，根部间隙15mm，坡口角度45℃。焊后测得熔覆金属的性能为Rm＝885MPa，ReL＝810MPa，-50℃冲击功AKV＝145J。
实施案例2 采用与案例1相同的工艺来冶炼和拉拔焊丝，所得焊丝成分为C 0.032；Si 0.61；Mn 2.15；P＜0.010；S＜0.010；Cr 1.08；Mo 0.88；Ti 0.11；B 0.004；Ni 3.10；RE 0.09；Nb 0.04。采用混合保护气体(95％Ar+5％CO2)保护下熔覆金属焊接试验来完成，具体规范为电流260-300A，焊接电压27-30V，焊接速度25-30cm/min。焊接试板厚度为25mm，带15mm垫板，根部间隙15mm，坡口角度45℃。焊后测得熔覆金属的性能为Rm＝875MPa，ReL＝815MPa，-50℃冲击功AKV＝162J。
实施案例3 采用与案例1相同的工艺来冶炼和拉拔焊丝，所得焊丝成分为C 0.048；Si 0.56；Mn 2.10；P＜0.010；S＜0.010；Cr 1.15；Mo 0.74；Ti 0.04；B 0.005；Ni 2.25；RE 0.06；Nb 0.01采用混合保护气体(95％Ar+5％CO2)保护下熔覆金属焊接试验来完成，具体规范为电流290-350A，焊接电压28-30V，焊接速度26-31cm/min。焊接试板厚度为25mm，带15mm垫板，根部间隙15mm，坡口角度45℃。焊后测得熔覆金属的性能为Rm＝845MPa，ReL＝790MPa，-50℃冲击功AKV＝87J。
权利要求
1.一种高强高韧性气体保护焊丝，其化学成分按重量％为C0.02-0.05；Si 0.30-0.80；Mn 2.0-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.70-1.2；Mo 0.70-1.2；Ti 0.02-0.12；B 0.003-0.005；Ni 2.0-3.2；RE 0.05-0.1；Nb 0-0.06；余量为Fe和不可避免的杂质。
全文摘要
本发明涉及一种高强高韧性气体保护焊焊丝，适应于800MPa级别高强钢的焊接。其化学成分(按重量％计)为C 0.02-0.05；Si 0.30-0.80；Mn 2.0-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Cr 0.70-1.2；Mo 0.70-1.2；Ti 0.02-0.12；B 0.003-0.005；Ni 2.0-3.2；RE 0.05-0.1；Nb 0-0.06；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明焊丝具有成分设计简单、经济、工艺性好等特点，且焊缝金属具有很高的强韧性，适合于对低温韧性要求较高位置的焊接。经实验，利用该焊丝焊接焊缝金属Rm≥800MPa，ReL＞760MPa；焊缝金属-50℃冲击功AkV≥37J。
文档编号B23K35/30GK101722386SQ200910244370
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者许良红, 章军, 陈延清 申请人:首钢总公司