一种700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝
技术领域
[0001]
本发明涉及焊接材料技术领域，尤其是涉及一种700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝。
背景技术：
[0002]
随着工业的发展，以大型钢结构为主体的能源、建筑业正处于蓬勃发展之中，且近年来工程结构轻量化战略的实施，高强钢受到人们的普遍关注，高强度化已成为目前钢铁行业发展的趋势，与此同时随着新的合金设计及先进制造工艺的发展，高强钢的强、韧性已不断提高。焊接构件对高强度的不断要求及新型高强钢不断推广应用，使人们不断的去改进焊接工艺，同时也对高强钢焊接材料提出了更高的要求，因此对各类用于战略新型产业的高性能优质高端焊材的需求量必将大幅度增长。目前国内市场上高强钢焊接材料能满足熔敷金属抗拉强度大于700mpa免退火拉拔的焊丝极少，此类传统高强钢焊丝盘条合金系统中含有大量的cr元素，加工硬化较为明显，盘条粗拉至4.1mm后半成品抗拉强度较高，塑形较差，造成细拉过程困难，必须在粗拉生产过程后通过一次或多次热处理(退火)工艺进行软化以保证拉至成品规格；退火后盘条强度、硬度不稳定；进而影响成品焊丝焊接工艺性能,且低温冲击韧性一般。
[0003]
基于目前国内700mpa级免退火拉拔高强钢焊丝与国外存在一定的差距，特别是与700mpa以上高强钢配套的焊接材料，在某些方面不能很好的满足使用要求，因此迫切需要研制一种免退火拉拔、生产过程稳定、焊接工艺稳定优良、焊缝强度、韧性匹配良好的er70-g焊丝，以满足生产、市场需求；提高产品市场竞争力。
[0004]
焊缝金属化学成分对组织转变起重要的作用，而焊缝金属的力学性能主要取决于微观组织，适当的提高焊丝中合金元素含量，使铁素体基体中合金元素固溶量增加，可提高焊缝金属强度，与此同时，合金元素的加入焊缝金属淬硬性增加，焊缝金属连续冷却转变过程受到影响，淬硬组织的出现可显著降低冲击吸收能量。因此高强钢焊丝研制必须同时兼顾其强度和低温冲击吸收能量，但目前国内关于高强度级别高强钢实心焊丝研制并无太成熟的经验。
技术实现要素：
[0005]
有鉴于此，本发明旨在提出一种700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝，确定了c、si、mn、cr、mo、ni、mo、ti元素成分范围，采用发明的焊丝焊接700mpa级高强钢，焊缝金属具有高强度和优良的低温冲击韧性，全位置焊的艺性能良好，焊缝表面光滑、均匀，焊道形貌美观。适用于700mpa级高强钢的全位置焊接。
[0006]
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0007]
一种700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝，其化学成分按重量百分比包括：c：0.05-0.11％；si：0.40-0.80％；mn：1.60-1.80％；p<0.015％；s<0.010％；cr：0.10-0.30％；ti：0.08-0.16％；mo：0.20-0.40％；ni：0.60-1.00％；余量为fe。
[0008]
c是确保焊缝金属强度的主要元素，但过高的c元素会引起飞溅，影响焊丝的工艺性能，同时还会促进高碳马氏体的形成，影响焊缝金属的冲击韧性。控制碳元素在合适的范围可确保焊丝的焊接工艺性能和焊缝强韧性，因此本发明焊丝中的c含量控制在0.05～0.11％范围内。
[0009]
si是脱氧元素，也起到固溶强化的作用。si能增加焊缝金属的强度，但使焊缝金属的韧性下降。焊丝中si含量偏低，脱氧不充分，影响焊缝的低温冲击韧性；si含量过高，促使焊缝金属硬化，降低焊缝金属的低温韧性，同时焊接飞溅增加，焊丝工艺性能下降。焊丝中含有适量的si，既可减少焊缝中非金属夹杂物，又可改善焊缝金属的冲击韧性，本发明焊丝中si含量控制在0.4～0.8％之间。
[0010]
mn是焊缝金属的强化元素，又是脱氧元素，焊丝中须有足够的mn含量才能达到脱氧效果。mn是奥氏体稳定化元素，焊丝中加mn不仅能提高焊缝金属针状铁素体的体积分数，减少先共析铁素体数量，同时还易得到低碳贝氏体组织，锰含量的增加既可提钢材高韧性，又可提高钢材强度。因此本发明焊丝中mn含量控制在1.6～1.8％之间。
[0011]
cr是扩大γ相区的元素，降低γ
→
α相变临界温度，使奥氏体转变在较低的温度下进行。焊缝金属的硬度随cr含量的增加而渐增，在低mn含量时基本上呈线性增加，但在高mn含量时则呈非线性。cr对焊缝强度的影响与mn相似，随着cr含量的增加，焊缝金属强度增大，只是cr的作用较mn弱，cr含量超过0.3％时，随c含量的增加，生成带第二相的侧板条铁素体，而使焊缝的韧性恶化且加工硬化趋势明显。因此本发明焊丝中cr含量控制在0.1～0.3％之间。
[0012]
mo是缩小γ相区的元素，是中强碳化物形成元素，其主要作用是推迟先共析铁素体转变而有利于形成贝氏体组织。mo在焊缝中固溶于奥氏体或以碳化物的形式存在，并强烈地抑制珠光体转变。适当的mo含量能够明显缩短贝氏体转变的孕育期，进一步延长铁素体-珠光体转变的孕育期，有利于在较宽的冷却条件下获得中温转变组织。因此本发明焊丝中mo含量控制在0.2～0.4％之间。
[0013]
ni：是奥氏体稳定化元素，ni无限固溶于γ-fe，在焊缝金属中也起固溶强化作用，能增加针状铁素体析出细化组织。ni的作用与mn相似，只是较mn的作用弱，是弱强化合金元素。在焊缝金属的整个冷却速度范围内，ni都可以使相变温度降低，并使侧板条铁素体开始转变温度降低程度明显大于针状铁素体开始转变温度的降低。在焊缝金属中含有mn时，ni的这种效果更有利于针状铁素体的形成。因此本发明焊丝中ni含量控制在0.6-1.0％之间。
[0014]
ti作为微合金元素加入，加入微量的ti与n形成tin颗粒，有效阻止焊缝金的属晶粒长大细化晶粒，ti还能减少先共析铁素体形成，增加针状铁素体含量。
[0015]
s、p是有害元素，严重恶化焊缝的性能，主要表现在降低上平台韧性和提高韧脆转变温度，导致氢致开裂。在含量相同的情况下，s的有害作用4倍于p。因此焊缝中要严格控制s、p的含量，尤其是s的含量，限制它们的危害作用。本发明中s、p控制在s＜0.010，p＜0.015。
[0016]
进一步，其化学成分按重量百分比包括：c 0.075％、mn 1.52％、si 0.66％、cr 0.15％、mo 0.33％、ni 0.62％、ti 0.05％。
[0017]
进一步，其化学成分按重量百分比包括：c：0.06％、mn：1.68％、si：0.65％、cr：0.15％、mo：0.30％、ni：0.65％、ti：0.09％。
[0018]
进一步，采用80％ar+20％co
2
富氩混合气体进行熔敷金属焊接。
[0019]
本发明还提供了一种如上述所述的700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0020]
1)采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量；
[0021]
2)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，将冶炼终点的c、s、p控制在较低的水平；
[0022]
3)经脱氧合金化后，采用lf炉等炉外精炼工艺，冶炼出成分符合要求的钢水；
[0023]
4)钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯，连铸坯经高速无扭轧机轧制成盘条；
[0024]
5)盘条经剥壳、酸洗、涂硼砂、粗拉、细拉、镀铜制成成品焊丝。
[0025]
进一步，所述盘条的直径为φ5.5mm。
[0026]
进一步，所述成品焊丝的直径为φ1.2mm。
[0027]
相对于现有技术，本发明所述的700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝具有以下优势：
[0028]
1、本发明焊丝采用工业转炉冶炼，高速无扭轧机轧制，经拉拔加工成成品焊丝，生产上易于实现。
[0029]
2、本发明的焊丝采用80％ar+20％co
2
富氩混合气体焊接，焊接飞溅小，电弧稳定性和全位置操作性良好，焊缝成型美观，焊丝的焊接工艺性能优良。
[0030]
3、本发明的焊丝采用80％ar+20％co
2
富氩混合气体焊接，熔敷金属的屈服强度rel≥6100mpa，抗拉强度rm≥700mpa，延伸率≥16％，-40℃冲击功≥27j。
[0031]
4、本发明可实现免退火拉拔取代传统高强钢焊丝拉拔工艺，可显著提高该强度级别焊丝产品稳定性、提高焊接工艺性能，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
[0032]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]
下面结合实施例来详细说明本发明。
[0034]
实施例1：
[0035]
一种700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝，其化学成分包括(按重量％)：c0.075、mn1.52、si0.66、cr0.15、mo0.33、ni0.62、ti0.05，余量为铁及不可避免的杂质。
[0036]
该700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝由如下步骤制备得到：
[0037]
1)采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量；
[0038]
2)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，将冶炼终点的c、s、p控制在较低的水平；
[0039]
3)经脱氧合金化后，采用lf炉等炉外精炼工艺，冶炼出成分符合要求的钢水；
[0040]
4)钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯，连铸坯经高速无扭轧机轧制成φ5.5mm的盘条；
[0041]
5)盘条经剥壳、酸洗、涂硼砂、粗拉、细拉、镀铜制成φ1.2mm的成品焊丝。
[0042]
本实施例焊丝采用80％ar+20％co
2
富氩混合气体进行熔敷金属焊接，试板为q235，厚度为20mm，坡口角度22.5
°
，根部间隙为12mm。
[0043]
焊接规范为：焊接电流250～270a，焊接电压28～30v，焊接速度为30cm/min，气体流量为20l/min，层间温度≤150℃。
[0044]
熔敷金属的屈服强度σs＝592mpa，抗拉强度σb＝661mpa，熔敷金属的延伸率＝25％,熔敷金属-40℃冲击功akv＝90j.
[0045]
本实施例焊丝采用80％ar+20％co2富氩混合气体焊接900mpa级钢材，试板尺寸为20mm
×
200mm
×
500mm，采用v型坡口，v坡口角度为30
°
。
[0046]
规范为：焊接电流220～260a，焊接电压22～28v，焊接速度16～20cm/min，气体流量20l/min，层间温度150℃。
[0047]
焊缝金属的抗拉强度为σb＝646mpa，焊缝金属40℃冲击功akv＝70j。
[0048]
实施例2：
[0049]
一种700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝，其化学成分包括(按重量％)：c0.06、mn1.68、si0.65、cr0.15、mo0.30、ni0.65、ti0.09，余量为铁及不可避免的杂质。
[0050]
该700mpa级免退火拉拔高强钢气保护实心焊丝由如下步骤制备得到：
[0051]
1)采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量；
[0052]
2)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，将冶炼终点的c、s、p控制在较低的水平；
[0053]
3)经脱氧合金化后，采用lf炉等炉外精炼工艺，冶炼出成分符合要求的钢水；
[0054]
4)钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯，连铸坯经高速无扭轧机轧制成φ5.5mm的盘条；
[0055]
5)盘条经剥壳、酸洗、涂硼砂、粗拉、细拉、镀铜制成φ1.2mm的成品焊丝。
[0056]
本实施例焊丝采用80％ar+20％co
2
富氩混合气体进行熔敷金属焊接，试板材质、规格、坡口角度、焊接工艺与实例1相同，熔敷金属屈服强度σs＝670mpa，抗拉强度σb＝745mpa,，延伸率＝23％,熔敷金属-40℃冲击功akv＝140j，
[0057]
本实施例焊丝采用80％ar+20％co
2
富氩混合气体焊接700mpa级钢材，试板规格、坡口角度、焊接工艺与实例1相同，焊缝金属的抗拉强度为σb＝790mpa，焊缝金属-40℃冲击功akv＝110j。
[0058]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。