專利名稱：一種具有耐火特性的金屬粉芯埋弧焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，尤其涉及一種具有耐火特性的金屬粉芯埋弧焊絲。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代建筑中，高層和超高層的鋼結(jié)構(gòu)建筑日益增加，但高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)， 將可能造成巨大的人員傷害和財產(chǎn)損失。因此對高層建筑用鋼的耐火能力的要求也越來越高。普通建筑用鋼400°C時，鋼材的屈服強度將降至室溫強度的一半，溫度達(dá)到600°C時，鋼材基本喪失強度。建筑鋼的耐火性能現(xiàn)階段的要求是在600°C高溫條件下，其屈服強度不低于室溫下的2/3。這些高性能要求可以使得建筑物在發(fā)生火災(zāi)與地震時，有效地避免或延緩建筑物坍塌時間，減輕人們的生命財產(chǎn)損失。80年代末日本開展了耐火鋼的研究，通過在鋼中添加微量耐熱性高的Cr、Mo、Nb等合金元素，開發(fā)了耐火溫度為600°C的建筑用耐火鋼。在我國現(xiàn)階段的焊材開發(fā)中，國內(nèi)尚沒有出現(xiàn)具有耐火特性的專用耐火鋼埋弧焊材出現(xiàn)，如專利號“200610025064. 2 —種高性能建筑用埋弧焊絲及盤條”和專利號 “CN92113132. 1低碳高錳、硅微鈦、鋁高韌性埋弧焊絲”，它們只是作為普通的建筑鋼用埋弧焊絲，其性能結(jié)果中都沒有焊材耐火性能的專述。

發(fā)明內(nèi)容
針對耐火鋼焊接專用埋弧焊材缺乏的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種成分合理、制造簡便、 具有良好耐火特性，低溫沖擊韌性好，焊接工藝性能良好的金屬粉芯埋弧焊絲。本發(fā)明其合金系的設(shè)計原則如下所設(shè)計焊絲主要通過焊縫區(qū)合金元素的微合金化手段來獲得目標(biāo)組織，同時應(yīng)用高溫強化機制，即固溶強化、析出強化和微合金化理論來達(dá)到耐火鋼焊絲高溫強度的要求。本發(fā)明焊絲化學(xué)成分按重量百分比計C 0.03% 0.06%、S彡0.015%、 P^O. 03%,Si 0· 0· 5%、Μη 1.8%、Ni 0·2% 0·6%、Μο 0·2% 0·6%、 Cr 0.2% 0.5%、Ti 0. 0.2%，余量為！^和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明焊絲化學(xué)成份的設(shè)計原則說明如下Mo =Mo是縮小γ相區(qū)的元素，是中強碳化物形成元素，Mo是提高高溫強度最為有效的合金元素，大部分的Mo在鐵素體中以固溶的形式存在，強化了鐵素體基體。高溫下Mo 在鐵素體中擴散速度較慢，因而可顯著提高鋼的高溫強度與蠕變強度，Mo還可增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲先共析鐵素體的轉(zhuǎn)變而有利于形成貝氏體結(jié)構(gòu)，并強烈抑制珠光體轉(zhuǎn)變，高位錯密度的貝氏體組織呈現(xiàn)了良好的高溫性能。同時Mo在滲碳體內(nèi)的固溶度僅為 4%,極易析出碳化物，在高溫時Mo與C、N結(jié)合形成碳氧化物，發(fā)生釘扎作用，這些碳化物可以導(dǎo)致在高溫下的二次硬化，使高溫屈服強度增強。Mo還可以在別的碳化物質(zhì)點形成偏析層，這種偏析層可有效防止碳化物的聚集長大，提高高溫屈服強度。另外，Mo可以降低碳化物的析出驅(qū)動力，延緩了碳化物的形核過程，使碳化物更加細(xì)小彌散地分布在基體中，從而強化了高溫屈服強度。所以，本發(fā)明確定Mo含量在0. 2 0. 6%。
Ti 微合金元素Ti在焊縫金屬中將生成Ti (CN) ,TiO2夾雜物顆粒而成為針狀鐵素體非自發(fā)形核的核心，可促使焊縫中形成針狀鐵素體的生成，改善焊后韌性，而且這種細(xì)小彌散分布析出相對加熱時阻止奧氏體晶粒的長大，阻礙拉伸過程中塑性滑移都會起到有利作用，所以本發(fā)明確定Ti 0.1 0.2%。Cr =Cr可以有效地提高鋼的高溫抗氧化性和抗蠕變性能，可以有效地提高鋼的高溫強度，所以本發(fā)明確定Cr 0.2 0.5%。C:在焊縫金屬連續(xù)冷卻過程中，較低的含C量，將使得貝氏體轉(zhuǎn)變曲線左移，從而容易在較寬范圍的冷卻速率下獲得類貝氏體的針狀鐵素體，所以本發(fā)明C含量控制在 0. 03 0. 06%。S、P:這兩種元素易在晶界上易形成脆性相，由于與基體狗原子化學(xué)鍵合性質(zhì)、原子半徑差別較大，因而對基體點陣所造成的畸變更大，且顯著地提高了材料韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度。因此焊縫金屬中應(yīng)嚴(yán)格控制S、p含量，所以本發(fā)明確定S、P含量分別控制在0.015 和0. 03以下。Mn =Mn作為微合金鋼焊縫金屬中的主要合金元素，顯著影響奧氏體擴散，Mn是奧氏體穩(wěn)定元素，使奧氏體相變移向較低的溫度。Mn—方面可作為脫氧劑，另一方面具有細(xì)化晶粒和固溶強化的作用。所以本發(fā)明Mn元素含量選擇在1. 2 1. 8%之間。Si =Si元素是縮小Y區(qū)的元素，能顯著提高珠光體相變溫度，在較高的溫度下形成較為粗大的碳化物。Si—般作為重要的脫氧元素加入的，它對焊縫組織和性能的影響，主要是通過與氧的作用而體現(xiàn)出來的，特別是當(dāng)Mn-Si同時存在時，Μη/Si比例合適時，脫氧效果較好，還有助于改善韌性。所以本發(fā)明確定Si 0.3 0.5%。Ni =Ni是擴大γ相區(qū)的元素，還可使CCT曲線右移，因而可促使針狀鐵素體的形成，使焊縫韌性提高。所以本發(fā)明確定NiO. 2 0. 6%。本發(fā)明焊絲具有良好的高溫屈服強度，滿足耐火鋼應(yīng)用要求；與堿性燒結(jié)焊劑匹配，工藝良好，脫渣容易；焊絲的軋制、拉拔制造流程簡單；保證高溫強度的同時，熔敷金屬的沖擊韌性良好，具備很低的碳當(dāng)量、淬硬傾向及裂紋敏感系數(shù)。該焊絲熔敷金屬的室溫抗拉強度Rm彡500MPa,屈服強度彡420MPa，600°C高溫屈服強度達(dá)到室溫屈服強度的2/3強， 可以很好地滿足400 600MPa耐火鋼的焊接。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
具體介紹本發(fā)明的生產(chǎn)方式是通過選用寬度為8 12mm，厚度為0. 25 0. 9mm的鋼帶，將其軋成U形，再向U形槽中加入混合均勻的合金粉，藥粉的填充率控制15% 20% (藥粉重量占焊絲總重的百分率)，然后將U形槽合口，使藥粉包裹其中，利用拔絲模逐次減徑拉拔，成品焊絲直徑為Φ4. 0mm。本發(fā)明的熔敷金屬焊接實驗，采用規(guī)格20X120X300mm的試板，表面去除銹污。 焊接電流500A，焊接電壓30V，焊接速度22m/h，采用經(jīng)350°C保溫池烘干的SJlOl焊劑，焊后檢測熔敷金屬化學(xué)成分及力學(xué)性能。 本發(fā)明的化學(xué)成分組成配比的幾個具體實施例。
表1實施例焊絲化學(xué)成分
權(quán)利要求
1. 一種具有耐火特性的金屬粉芯埋弧焊絲，其特征在于焊絲化學(xué)成分按重量百分比計C 0. 03% 0. 06%、S 彡 0. 015%、P 彡 0. 03%、SiO. 3% 0. 5%、Mn 1. 2% 1. 8%、 Ni 0. 2% 0. 6%, Mo 0. 2% 0. 6%, CrO. 2% 0. 5%, Ti 0. 0. 2%，余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種成分合理、制造簡便、具有良好耐火特性，低溫沖擊韌性好，焊接工藝性能良好的金屬粉芯埋弧焊絲。焊絲化學(xué)成分按重量百分比計C 0.03％～0.06％、S≤0.015％、P≤0.03％、Si0.3％～0.5％、Mn 1.2％～1.8％、Ni 0.2％～0.6％、Mo 0.2％～0.6％、Cr 0.2％～0.5％、Ti 0.1％～0.2％，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。該焊絲熔敷金屬的室溫抗拉強度Rm≥500MPa，屈服強度≥420MPa，600℃高溫屈服強度達(dá)到室溫屈服強度的2/3強，可以很好地滿足400～600MPa耐火鋼的焊接。
文檔編號B23K35/30GK102267020SQ20101020166
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者傅博, 劉孟, 程剛 申請人:鞍鋼股份有限公司