专利名称：一种高强度高韧性气体保护焊丝的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接材料领域，为一种金属材料焊接用气体保护焊丝，具体涉及一种 尤其适用于焊接85(T950MPa级别高强度高韧性工程结构用钢的高强度高韧性气体保护焊丝。
背景技术：
随着工程机械新钢种强度与韧性的不断提高，用于工程机械、石油管线、压力容 器、跨海大桥、军工军舰等新一代高性能工程结构用钢种具有高强度、高韧性特点，强度级 别达到了 85(T950 Mpa。因而对焊接接头的性能也提出了更高的要求，焊缝熔敷金属抗拉强 度必须达到与母材相当的强度85(T950Mpa，并且还要满足低温服役条件下的低温冲击韧性 的要求，即要求具有高强度又必须具有高韧性。同时气体保护焊丝有焊接工艺性好，生产效 率高，焊接成本低，节能，适应全位置焊接，便于实现自动化和半自动化焊接生产等特点。中国专利CN1290661C介绍了一种高强度高韧性气体保护焊丝，该焊丝的化学 成份重量百分比为C: 0. 04 0. 12、Si: 0. 40 0. 80、Mn: 1. 40 2. 00、S:彡 0. 015、 P:彡 0.020、Ni: 0. 40 1. 00、Cr :0. 20 0. 50、Ti: 0. 06 0. 20、Cu:0. 30 0. 50、B 0. 002 0. 0079、Al: ^ 0. 02、余量为Fe ；焊缝金属低温冲击功_60°C为173J，具有良好的低 温冲击韧性，但不足之处是抗拉强度为735Mpa，不能满足800Mpa级及以上的高强度工程系 列结构钢种在低温服役下强韧性匹配使用的技术要求。中国专利CN101439446A介绍了一种高强高韧性气体保护焊丝，该焊丝熔敷金属 抗拉强度为78(T850Mpa，低温冲击韧功_20°C为70J，低温冲击韧性较差，不能满足目前高 强钢结构在低温下服役的高韧性的使用要求。中国专利公开号为CN101524795A的专利，该焊丝化学元素重量百分比为C: 0. 02 0. 055、Si:彡 0. 30,Mn: 0. 6 0. 9、Cr 彡 0. 80、Ni 6. 8 8. 0、Mo: 0. 45 0. 60、 V: ^ 0. 035、Ti+ Al: ^ 0. 075、Re: ^ 0. 40、余量为Fe。该焊丝所得熔敷金属抗拉强度为 800Mpa、-4(TC条件下冲击韧性Akv为100J，强度和韧性都有所提高，但从该焊丝公开专利 的内容和化学成份可以看出1、该焊丝加入了较高的价格昂贵的Ni元素(Ni 6.纩8.0)，导 致生产成本偏高。2、该焊丝对元素S、P未做限制，众所周知S、P在焊缝中易发生热裂和冷 裂纹，当S、P过高时，会降低该焊丝的熔敷金属强度和韧性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种与85(T950Mpa及以上的高强钢匹配焊接 使用、既能稳定达到高强度，又能使接头具有优良的冲击韧性、冶炼工艺稳定的用于焊接高 强钢的高强度高韧性气体保护焊丝。本发明解决上述问题所采用的技术方案是一种用于焊接高强钢的气体保护焊 丝，其化学成份及重量百分比(％)为C: 0. 02 0. 12、Mn: 1. 20 2. 10、Si 0. 20 1. 00、 S:彡 0.010、P:彡 0.015、Ni: 2. 00 3. 50、Mo: 0. 20 0. 80、Ti 0. 20 0. 30、Cr 0.60 1· 20, V ^ 0. 05,B 0. 005 0. 010,Al: ( 0. 015,Cu: ( 0. 35、余量为 Fe ；
本发明的实施是通过混合气体(80%Ar+20%C02)保护进行焊接，焊丝中加入合适的Ni、 Mo、Ti、Cr、V、B、Cu等合金元素，采用多种强化机理，提高焊接接头的强度和韧性，确保熔敷 金属获得较高的强度和在低温服役条件下具有良好的韧性。其具体作用
C 是调整焊缝金属强度的主要元素，必须保证焊丝中有一定的C含量，但在高强度焊 缝金属中，过高的C含量促进高C马氏体的形成，会使焊缝金属淬硬性增加，塑性降低，使焊 缝金属冷裂纹敏感性增加，因此本发明将焊丝中的C含量控制在0. 02、. 12%，进一步所述 本发明C元素的优选范围为0. 02、. 08%。Mn 是本发明焊丝成份中主要的强化元素之一，同时又是脱氧元素，在联合的脱氧 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Mn在合金化过程中形成能 够提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性，能构改善焊接工艺性。本发明的Mn含量控制在
1.20 2· 10%
Si 在本发明中起脱氧作用和强化焊缝作用，本发明中Si含量控制在0.2(Tl. 00%。此 范围是根据当焊缝中Μη/Si ^ 3时，焊缝具有较好的脱氧效果，并考虑在气体保护焊中两种 元素的过渡系数而确定的。Ti、B 在焊缝中联合加入Ti、B，可限制先共析铁素体的转变，而扩大针状铁素体 的区域，从而在焊缝中可稳定获得大量的针状铁素体组织。还有利于抑制焊缝中奥氏体晶 粒长大，推迟奥氏体到铁素体的转变温度，促使焊缝金属晶内针状铁素体的形成，细化二次 晶粒。焊丝中加入Ti可以细化焊缝金属组织。固溶的B在奥氏体晶界聚集降低晶界能量， 能控制先共析铁素体的析出，B还能推迟奥氏体到铁素体的相转变温度，有利于晶粒内针状 铁素体的形成。进一步所述本发明B元素的优选范围为0. 006、. 010%。Ni 元素是本发明焊丝成份中重要元素之一，有利于提高焊缝金属的韧性尤其是 低温冲击韧性，降低脆性转变温度。本发明M元素的含量控制在2. 0(Γ3. 50%。进一步所述 本发明Ni元素的优选范围为2. 20^3. 00%。Mo 元素的固溶强化是提高焊缝强韧性的重要手段，本发明Mo元素的含量控制在
0. 2(Γθ. 80%οV:微量的V具有少量的析出强化效果，提高焊丝焊缝的抗张强度和屈服点，本发 明V元素含量控制在< 0. 05%。适量的Cu、Cr元素对焊缝强化有作用，以增加焊缝的耐大气腐蚀性能。Cr还有助 于保持焊缝热处理后性能维持在较高的水平。Al元素有利于在焊缝中脱氧，为了提高焊缝金属的韧性，但其重量百分比含量应 控制在小于0. 015的较低范围内为好。进一步所述本发明Al元素的优选范围为< 0. 010%。S、P元素为有害元素，为防止在焊缝中出现热裂和冷裂纹，故将其含量控制在较低 范围内，以提高焊缝纯净度和焊接性能以及进一步提高焊缝强度和韧性。综上所述，本发明的有益效果是
1、本发明焊丝钢冶炼工艺稳定，易于实施，钢坯的轧制及焊丝拉拔，镀铜等性能优良， 满足焊接高强度高韧性新一代工程结构钢、海洋舰船、石油管线等高强度、高韧性系列钢种 的焊接技术要求。
2、本发明焊丝用于85(T950Mpa强度级别钢种的焊接，采用混合气体 (80%Ar+20%C02)保护时，本发明的焊缝金属抗拉强度达到彡850Mpa ；屈服强度彡720Mpa ； 伸长率彡22% ；低温冲击韧性_30°C条件下的Akv彡181J ；_40°C条件下Akv彡175J ；-50°C 条件下Akv彡162J。3、本发明焊丝具有优良的焊接工艺性能，焊接电弧稳定，飞溅小，无气孔、成型美 观，适用于全位置焊接。
具体实施例方式本实施例是一种用于焊接高强高韧钢的气体保护焊丝，其化学成份及重量百分比 (%)为C: 0. 02 0. 12、Mn: 1. 20 2· 10、Si 0. 20 1. 00、S:彡 0. 010、P: ^ 0. 015, Ni 2. 00 3. 50、Mo 0. 20 0. 80、Ti 0. 20 0. 30、Cr 0. 6(Tl. 20、V 彡 0. 05、B 0. 005 0. 010,Al: ( 0. 015,Cu: ( 0. 35、余量为 Fe ；
焊丝的制备工艺与现有技术相同。经冶炼、轧制和拉拔(生产过程中进行一次热处理) 成焊丝，表面净化处理，焊丝的直径为Φ 1.2mm，组成该焊丝的化学元素的具体重量百分比 参见表一(表一。共5组)
表一
权利要求
一种高强度高韧性气体保护焊丝，其特征在于，其成分及质量百分比为C0.02～0.12Mn 1.20～2.10Si 0.20～1.00S ≤0.010P ≤0.015Ni 2.00～3.50Mo 0.20～0.80Ti 0.20～0. 30Cr 0.60～1.20V ≤0.05B 0.005～0.010Cu≤0.35 Al≤0.015余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性气体保护焊丝，其特征在于，所述C的质量 百分比为0. 02、. 08%ο
3.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性气体保护焊丝，其特征在于，所述M的重 量为 2. 20 3· 00%ο
4.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性气体保护焊丝，其特征在于，所述B的重量 为 0. 006 0. 010%ο
5.根据权利要求1所述的一种高强度高韧性气体保护焊丝，其特征在于，所述Al的重 量为≤0. 010%O
全文摘要
本发明公开了一种高强度高韧性气体保护焊丝。该焊丝的化学成分及质量百分比为C:0.02～0.12、Mn:1.20～2.10、Si:0.20～1.00、S≤0.010、P:≤0.015、Ni:2.00～3.50、Mo:0.20～0.80、Ti:0.20～0.30、Cr0.60～1.20、V≤0.05、B0.005～0.010、Al≤0.015、Cu≤0.35、余量为Fe；本发明焊丝用于850～950Mpa强度级别钢种的焊接，采用混合气体(80%Ar+20%CO2)保护时，本发明的焊缝金属抗拉强度达到≥850Mpa；屈服强度≥720MPa；伸长率≥22%；低温冲击韧性 -30℃条件下的Akv≥181J；-40℃条件下Akv≥175J；-50℃条件下Akv≥162J。
文档编号B23K35/30GK101992365SQ20101059522
公开日2011年3月30日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者毛天平, 马宏胜 申请人:成都新大洋焊接材料有限责任公司