一种高强度气体保护焊丝、盘条及其应用

摘要

本发明提供一种气体保护焊丝盘条及焊丝，两者均包括以下组成元素(wt％)：C：0.03～0.12，Si：0.30～0.80，Mn：1.2～2.2，S：≤0.015，P：≤0.020，Ni：0.4～1.0，Cr：0.1～0.5，Mo：0.2～0.6，Ti：0.06～0.2，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明的焊丝化学成分设计简单，含有较少的贵重合金元素，裂纹敏感系数较低，熔敷金属具有较高的强度、良好的抗裂性和低温冲击韧性以及优良的力学性能。本发明所示焊丝适用于抗拉强度600-800MPa的低合金结构钢的焊接，可应用于工程机械、重型汽车、水电、煤电等行业。

权利要求

1.一种气体保护焊丝盘条，其特征在于，包括以下组成元素(wt％)：C：0.03～0.12，Si：0.30～0.80，Mn：1.2～2.2，S：≤0.015，P：≤0.020，Ni：0.4～1.0，Cr：0.1～0.5，Mo：0.2～0.6，Ti：0.06～0.2，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.权利要求1所述盘条拉制而成的气体保护焊丝，其特征在于，包括以下组成元素(wt％)：C：0.03～0.12，Si：0.30～0.80，Mn：1.2～2.2，S：≤0.015，P：≤0.020，Ni：

0.4～1.0，Cr：0.1～0.5，Mo：0.2～0.6，Ti：0.06～0.2，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

3.权利要求2所述气体保护焊丝在抗拉强度600-800MPa的低合金结构钢焊接上的应用。

说明书

一种高强度气体保护焊丝、盘条及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于焊接材料领域，更具体地，本发明涉及气体保护焊丝材料。

背景技术

[0002] 气体保护焊工艺以其独特的优势，在工业发达国家制造业中得到广泛的应用。气体保护焊技术的发展，极大地提高了金属结构行业的制造技术水平。气体保护实心焊丝是一种高科技的焊接材料，它的产生与发展适应了焊接生产向高质量、高效率、自动化、低成本、环保型方向发展的趋势。我国的气体保护实心焊丝研制与开发始于50年代，但长期以来一直停留在研究阶段，近10年来该技术的发展较快，但与国外相比仍有很大差距。

[0003] 目前我国CO2气体保护实心焊丝已形成一定的生产规模，产量和质量也有很大的提高，针对Q235、Q345及Q390等结构钢的CO2气体保护实心焊丝，能满足金属结构制造的要求。600MPa级高强钢、不锈钢、铝及铝合金等实心焊丝的质量也比较稳定。然而，700MPa级以上的高强钢焊丝、耐热钢焊丝的研制仍处于瓶颈阶段。800MPa级高强度钢等特殊钢种实心焊丝仍主要依靠进口。

[0004] 随着国民经济的发展，我国焊接材料的消耗量将持续增长，为了尽快发展我国气体保护实心焊丝产业，更好地满足焊接生产需求，专家提出应大力发展气体保护焊丝品种，如700MPa、800MPa高强度焊丝等，以满足焊接生产发展要求。

[0005] 本发明者对国内外的杂志、会议论文集、专利文献等作了初步检索，共检索到以下8篇相关文献。

[0006] 1.The right welding wire could help the U.S.Navy save millions，Welding Journal.Vol.78，No.6，pp.55-58，June 1999.

[0007] 2.Consumables for welding high strength steels，Svetsaren.Vol.54，no.1-2，pp.29-33.1999.

[0008] 上述两项非专利文献的焊丝熔敷金属的化学成分如下表1所示，还原为光焊丝的化学成分的话，其Ni含量要稍大于表中所列数值，同时有可能不含Ti元素或含有微量的Ti。

[0009] 表1文献1、2所述焊丝的熔敷金属的化学成分

[0010]

[0011] 3.焊接用焊丝，申请(专利)号：89105436.7

[0012] 4.一种气体保护焊焊丝，申请(专利)号：95108258.2

[0013] 5.微钛硼高韧性气体保护焊丝，申请(专利)号：01128326.2

[0014] 6.低合金高强钢用高韧性气体保护焊丝，申请(专利)号：01133651.X[0015] 7.WELDING WIRE FOR LOW-Cr-CONTENT，HIGH-STRENGTH，HIGH-TOUGHNESS HEAT-RESISTING STEEL，PUB.NO.：2002-001579[JP 2002001579A].

[0016] 8.GAS SHIELD ARC WELDING WIRE FOR LINE PIPE，AND GAS SHIELD ARC WELDINGMETHOD OF LINE PIPE PERIMETER，PUB.NO.：2000-218391[JP 2000218391A].[0017] 上述文献3-8的焊丝熔敷金属的化学成分见如下表2。其中，文献3和4所述焊丝不含有Cr元素，采用较昂贵的Ni、Mo元素；文献5和6所述焊丝含有B元素，不含Mo元素，含有B元素的焊丝虽然可以在一定程度上提高其熔敷金属的力学性能，但是冶炼难度大，得率低；文献7所述焊丝属于耐热结构钢，含有比较高的Cr；文献8所述焊丝具有一定的耐蚀性，含有较高成的Ni、Cr，主要应用于输送油、输天然气管道。

[0018] 表2文献3-8所述焊丝的熔敷金属的化学成分

[0019]

[0020] 通过上述初步检索发现，高强钢实心焊丝大多指合金成分较高的焊丝，主要应用于耐热钢、不锈钢、3.5Ni和9Ni钢等结构钢的焊接，而非低合金钢焊丝。这些高强焊丝通过添加大量的贵重合金元素(Ni、Mo、B、Ti、Re等)来提高强度，虽然力学性能达到要求，但是较高的合金元素含量不仅提高了生产成本，同时也增加了裂纹敏感系数，对焊接不利。由于这些原因，导致我国尚无成熟的700MPa级气体保护焊商品焊丝远远不能满足日益增长的低合金高强钢气体保护焊的需求。

[0021] 本发明者通过不断摸索，最终解决了抗拉强度700MPa、800MPa的低合金结构钢的配套气体保护焊丝问题，从而完成了本发明。

[0022] 因此，本发明第一个目的是提供一种气体保护焊丝盘条。

[0023] 本发明第一个目的是提供一种气体保护焊丝。

[0024] 本发明第三个目的是提供这种气体保护焊丝在抗拉强度600-800MPa的低合金结构钢焊接上的应用。

发明内容

[0025] 本发明提供一种气体保护焊丝盘条，所述焊丝盘条，包括以下组成元素(wt％)：C：0.03～0.12，Si：0.30～0.80，Mn：1.2～2.2，S：≤0.015，P：≤0.020，Ni：0.4～1.0，Cr：0.1～0.5，Mo：0.2～0.6，Ti：0.06～0.2，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

[0026] 本发明提供一种气体保护焊丝，所述焊丝，包括以下组成元素(wt％)：C：0.03～0.12，Si：0.30～0.80，Mn：1.2～2.2，S：≤0.015，P：≤0.020，Ni：0.4～1.0，Cr：0.1～
0.5，Mo：0.2～0.6，Ti：0.06～0.2，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

[0027] 本发明所述焊丝盘条、焊丝的化学成分，其设计的机理是利用合金元素的细晶强化、相变强化来提高强度，同时利用熔敷金属所特有的细小铁素体+贝氏体的组织来提高其强度和冲击韧性；良好的抗裂性主要是在满足强度要求的前提下，尽可能采用少的合金元素来降低裂纹敏感系数。

[0028] 具体来说，本发明提供的焊丝盘条及焊丝中各化学成分具有如下作用：

[0029] C：是非常有效的硬化和固溶强化组元，然而过高的碳含量会促进高碳马氏体的形成，同时碳化物还常作为裂纹源出现，使焊缝金属冷裂纹敏感性增加，因此将焊丝中的C含量控制在0.01-0.05％范围内。

[0030] Si：具有脱氧效果，当硅以固溶态的形式存在时，可以提高机体的屈服强度，但会使材料的韧脆转变温度提高，因此将焊丝中的Si含量控制在0.3-0.8％范围内。

[0031] Mn：作为硬化元素加入，同时还起到脱氧和脱硫的作用，然而过高的Mn含量已造成Mn的偏析，在偏析区易产生M-A岛状组织，从而降低焊缝金属的韧性，因此，将焊丝中Mn含量控制在1.2-2.2％范围内。

[0032] S、P对焊缝金属低温韧性有危害作用，应尽量降低，S≤0.015％，P≤0.02％。

[0033] Ni：是提高材料韧性的重要元素之一，也是奥氏体稳定化的主要元素，加入镍元素有降低韧脆转变温度的作用，Ni对冲击韧性的影响与Mn含量之间存在交互作用，当两种元素位于最佳的配合范围之内时，相应的焊缝金属具有优异的强韧性匹配，因此将Ni的加入量确定在0.4-1.0％范围内。

[0034] Cr：具有显著强化铁素体的效果，然而过高的Cr含量会导致焊缝金属冷裂纹敏感性增加，因此将焊丝中Cr含量控制在0.1-0.5％范围内。

[0035] Mo：是固溶强化的主要元素，可以提高焊接强度和改善焊缝组织性能，然而Mo与其他元素相结合容易形成碳化物，因此将焊丝中Mo含量控制在0.2-0.6％范围内。

[0036] Ti：钛元素可以改善施焊抗气孔性和提高低温冲击韧性，Ti容易形成碳化物、氮化物和氧化物，因此将焊丝中Ti含量控制在0.06-0.2％范围内。

[0037] 总之，本发明所述焊丝的化学成分，含有合理的Ni、Cr、Mo、Ti含量，不含有B、Re、Nb、V等微合金元素。

[0038] 本发明所提供的焊丝盘条及焊丝，其生产工艺路线是气体保护焊丝盘条和焊丝的常规生产工艺。其中，焊丝盘条的生产工艺包括以下步骤：1)转炉；2)精炼；3)模铸；4)钢锭轧制；5)钢坯控轧控冷；6)吐丝；7)集卷；8)检验；9)包装。焊丝的生产工艺流程为：1)盘条的入厂检验；2)粗拉拔工序；3)镀铜工序；4)精拉拔工序；5)分卷包装工序。

[0039] 本发明另一方面提供这种气体保护焊丝在抗拉强度600-800MPa的低合金结构钢焊接上的应用。

[0040] 有益效果：

[0041] 本发明提供的焊丝盘条、焊丝，化学成分设计简单，含有较少的Ni、Mo贵重合金元素的用量，经济性得以提高，且裂纹敏感系数得以降低；采用Ni-Cr-Mo-Ti体系，使熔敷金属既具有较高的强度，同时又具有良好的抗裂性和低温冲击韧性以及优良的力学性能。

[0042] 本发明所提供的焊丝，屈服强度≥600MPa；抗拉强度≥700MPa；伸长率≥18％；-20℃、-40℃条件下Akv分别大于80J和47J，可用于抗拉强度700MPa的低合金结构钢的焊接，属于等强匹配，也可用于600MPa和800MPa的低合金结构钢的焊接，分别属于高匹配和稍低强匹配。本发明所提供的焊丝可应用于如下领域：工程机械、重型汽车、水电、煤电等行业。

具体实施方式

[0043] 下面用实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。

[0044] 实施例1

[0045] 按本发明的成分设计进行焊丝盘条生产，工艺过程包括：1)转炉；2)精炼；3)模铸；4)钢锭轧制；5)钢坯控轧控冷；6)吐丝；7)集卷；8)检验；9)包装。再进行焊丝的生产工艺流程为：1)盘条的入厂检验；2)粗拉拔工序；3)镀铜工序；4)精拉拔工序；5)分卷包装工序。所得焊丝熔敷金属的化学成分见表3，力学性能见表8。

[0046] 表3实施例1焊丝的成品化学成分(wt％)

[0047]

[0048] 实施例2

[0049] 生产工艺与实施例1相同。所得焊丝熔敷金属的化学成分见表4，力学性能见表8。

[0050] 表4实施例2焊丝的成品化学成分(wt％)

[0051]

[0052] 实施例3

[0053] 生产工艺与实施例1相同。所得焊丝熔敷金属的化学成分见表5，力学性能见表8。

[0054] 表5实施例3焊丝的成品化学成分(wt％)

[0055]

[0056] 实施例4

[0057] 生产工艺与实施例1相同。所得焊丝熔敷金属的化学成分见表6，力学性能见表8。