一种960MPa级高强度金属粉型药芯气保焊丝

摘要

本发明提供了一种960MPa级高强度金属粉型药芯气保焊丝，焊丝的填充率为16％‑20％，相对于焊丝总质量，各组分按重量百分比计如下：0.06％‑0.12％的C，0.8％‑1.3％的Si，1.8％‑2.5％的Mn，0.5％‑1.0％的Ni，0.4％‑1.0％的Cr，0.2％‑0.6％的Mo，0.01％‑0.05％的V，0.15％‑0.4％的Ti，0.01％‑0.02％的B，0.1％‑0.4％的Cu，0.02％‑0.04％的Ca，0.01％以下的S，0.01％以下的P；余量为Fe及不可避免杂质。本发明焊丝在焊接过程中电弧稳定，焊接烟尘较少，熔敷效率高，具有良好的焊接工艺性，能够很好的满足Q960强度级别钢板的焊接。

权利要求

1.一种960MPa级高强度金属粉型药芯气保焊丝，其特征在于，焊丝的填充率为16％-

20％，相对于焊丝总质量，各组分按重量百分比计如下：0.06％-0.12％的C，0.8％-1.3％的Si，2.03％-2.5％的Mn，0.5％-1.0％的Ni，0.4％-1.0％的Cr，0.2％-0.6％的Mo，0.01％-

0.05％的V，0.28％-0.4％的Ti，0.01％-0.02％的B，0.1％-0.4％的Cu，0.02％-0.04％的Ca，0.01％以下的S，0.01％以下的P；余量为Fe及不可避免杂质。

说明书

一种960MPa级高强度金属粉型药芯气保焊丝

技术领域

[0001] 本发明属于焊接材料领域，尤其涉及一种960MPa级高强度金属粉型药芯气保焊丝。

背景技术

[0002] 随着经济的发展和建设的需要，对于超高强度结构钢的应用越来越多，尤其是在工程机械领域和建筑领域。超高强度工程机械用钢板主要应用在混凝土泵车的臂架、汽车起重机的伸缩起重臂及履带式起重机的拉板等位置；在建筑用钢领域，欧洲和美国已将超高强度钢纳入到钢结构设计规范中，欧洲的建筑结构用超高强度钢材规范也对超高强度钢进行了相关规定。大量的使用超高强度钢能够减小构件尺寸和结构重量,相应地减少焊接工作量和焊接材料用量,减少各种涂层(防锈、防火等)的用量及其施工工作量，降低钢结构的成本。另外，超高强度钢材钢结构能够降低钢材用量,从而大大减少对铁矿石资源和能源的消耗，减少对环境的破坏,对于实施可持续发展战略、改变高资源消耗的传统工业化发展模式，建立环境友好型国民经济体系有极大的促进作用。

[0003] 随着超高强度钢的应用和推广，对相应强度级别的焊接材料的需求也越来越迫切。随着技术的进步和钢铁材料的不断更新，人们对各种微合金在钢铁材料中的作用理解的越来越透彻。根据微合金的作用原理开发了该超高强度级别的焊丝，其熔敷金属不但具有很高的强度，而且-40℃低温冲击韧性也非常良好。

[0004] 通过对相关文献和专利的检索可发现,现有的已经发布的发明和文献中所涉及的焊丝其强度普遍比本发明中的焊丝熔敷金属强度低,未达到本专利技术方案所达到的960MPa级别,而且在焊丝中采用Ca微合金化的做法尚未见报道.而本发明技术方案的特点为熔敷金属屈服强度可达960MPa，焊丝采用了多种微合金化元素，尤其是Ca的微合金化，在保证焊丝熔敷金属高强度的同时很大程度上提高了焊丝熔敷金属的韧性；另外，本发明中的焊丝采用金属粉型药芯焊丝形式，由于高强实心焊丝一般具有较高的拉拔难度,而采用金属粉型的焊丝这种形式可大大降低焊丝的制造难度.

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有焊接电弧稳定、飞溅小等优良焊接工艺性的960MPa级的金属粉型药芯气保焊丝，该焊丝适用于960MPa级别的超高强度工程机械用钢和建筑用钢等的焊接。

[0006] 本发明的目的是这样实现的：

[0007] 一种960MPa级高强度金属粉型药芯气保焊丝，其特征在于，焊丝的填充率为16％-20％，相对于焊丝总质量，各组分按重量百分比计如下：0.06％-0.12％的C，0.8％-1.3％的Si，1.8％-2.5％的Mn，0.5％-1.0％的Ni，0.4％-1.0％的Cr，0.2％-0.6％的Mo，0.01％-
0.05％的V，0.15％-0.4％的Ti，0.01％-0.02％的B，0.1％-0.4％的Cu，0.02％-0.04％的Ca，0.01％以下的S，0.01％以下的P；余量为Fe及不可避免杂质。

[0008] 本发明所述的高强度金属粉型药芯气保焊丝的成分设计的原理如下：

[0009] C：在焊缝中会间隙固溶于铁素体中；C元素含量对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响，其强化效果很明显，能够明显提高焊缝强度，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成；但它将大大降低冲击韧性及提高韧脆转变温度，从而使焊缝韧性大为降低。所以在高强钢焊接时一般采用低碳设计。另外碳含量的提高将对焊丝的焊接工艺性能不利，主要表现在焊接飞溅及焊接烟尘的增大，因此，本发明中0.06％-0.12％。

[0010] Si：有脱氧及强化焊缝基体强度的作用。可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成；但Si含量过高会使塑性和韧性下降,，因此，本发明中Si 0.8％-1.3％。

[0011] Mn：是焊缝强韧化的有效元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹的铁硫化物的形成；可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成。能提高钢的强度，消弱或消除硫的不良影响，因此，本发明中Mn 1.8％-2.5％。

[0012] Ni：是一种常用的获得优良低温韧性的元素。它可提高淬透性，促进针状铁素体的形成，能提高焊缝的强度和韧性，尤其中低温冲击韧性，降低韧脆转变温度，因此，本发明中Ni 0.5％-1.0％。

[0013] Cr：有利于提高针状铁素体的含量，减少先共析铁素体，细化铁素体晶粒，还可以和碳形成弥散分布的碳化物，从而提高焊缝强度韧性，因此，本发明中Cr 0.4％-1.0％。

[0014] Mo：是获得高强度焊缝金属的主要元素；它作为一种高熔点物质，有良好的细化晶粒作用，且在提高强度的同时对塑韧性损伤不大。可明显的提高钢的淬透性，防止回火脆性，因此，本发明中Mo0.2％-0.6％。

[0015] V：能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度和韧性.当它在高温溶入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它以碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性，因此，本发明中V 0.01％-0.05％。

[0016] Ti：是一种微合金强化元素；Ti与C、N亲合力较强，易于形成沉淀相而成为形核质点及晶界的钉扎质点达到细化钢的晶粒组织的效果，从而提高焊缝的强度和韧性。Ti还与S有较强亲合力，达到球化非金属夹杂及改善性能不均匀目的，因此，本发明中Ti 0.15％-0.4％。

[0017] B：在焊缝中联合加入Ti、B可以抑制先共析铁素体的转变，而扩大针状铁素体转变的温度区间，进而在焊缝中可获得大量的针状铁素体，大大改善焊缝金属的强韧性匹配，因此，本发明中B 0.01％-0.02％。

[0018] Cu：以固溶强化方式提高焊缝强度，并降低针状铁素体起始转变温度，提高针状铁素体含量，从而改善焊缝的强度和韧性，因此，本发明中Cu 0.1％-0.4％。

[0019] Ca：焊丝中含有适量的Ca可以阻止第二相粒子TiN、TiC等的长大，从而使焊缝中析出更多弥散分布的细小第二相粒子TiN、TiC等，可以很大程度上改善焊缝的韧性，因此，本发明中Ca 0.02％-0.04％。

[0020] S和P：为有害元素，控制其含量以提高焊缝纯净度和焊接性能。S和P极易偏析；易于在晶粒间形成非金属夹杂及第二相质点。能使钢的可塑性及韧性明显下降，在焊丝中应严格控制S、P的含量，因此，本发明中，0.01％以下的S，0.01％以下的P。

[0021] 根据以上各合金元素的作用特点，经多次试验摸索，形成了本发明中的技术方案。最终获得一种屈服强度达到960MPa的金属粉型药芯气保焊丝，熔敷金属强韧性匹配良好，焊接工艺性良好。

[0022] 本发明的有益效果在于，技术方案采用多种微合金化技术，尤其是采用Ca微合金化，可以在保证焊缝金属具有较高强度的同时具有良好的低温韧性，焊缝金属的强韧匹配性良好。另外该焊丝在焊接过程中电弧稳定，焊接烟尘较少，熔敷效率高，具有良好的焊接工艺性，能够很好的满足Q960强度级别钢板的焊接。另外，本发明中的技术方案采用金属粉型药芯焊丝型式，可大大降低焊丝的拉拔难度。

具体实施方式

[0023] 下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

[0024] 本发明实施例成分见表1。焊接试验采用80％Ar+20％CO2进行保护，本发明实施例的熔敷金属力学性能见表2。

[0025] 表1 本发明实施例成分(wt％)

[0026]实施例 1 2 3 4 5
C 0.07 0.10 0.11 0.09 0.08
Si 0.85 0.91 0.82 1.01 1.11
Mn 1.85 2.03 1.83 2.31 2.12
Ni 0.72 0.90 0.52 0.93 0.67
Cr 0.50 0.80 0.41 0.84 0.68
Mo 0.40 0.50 0.22 0.52 0.37
V 0.020 0.040 0.015 0.038 0.029
Ti 0.20 0.30 0.16 0.28 0.36
B 0.015 0.012 0.012 0.019 0.018
Cu 0.20 0.30 0.13 0.37 0.27
Ca 0.025 0.030 0.022 0.028 0.035
S 0.008 0.007 0.007 0.006 0.008
P 0.007 0.009 0.007 0.008 0.004

[0027] 表2 本发明实施例的熔敷金属力学性能

[0028]

[0029] 通过表2的数据可知，应用本发明可使得焊丝的屈服强度不低于960MPa，抗拉强度不低于1050MPa，延伸率不低于14％，-40℃焊缝的冲击韧性不低于60J，焊丝熔敷金属的强韧匹配良好。