專利名稱：一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，具體地說是一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲。
技術(shù)背景
為了減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約鋼材，同時(shí)增加安全可靠性，目前船舶、橋梁、機(jī)械工程、 高壓容器、管道運(yùn)輸?shù)冉Y(jié)構(gòu)用鋼都向高強(qiáng)高韌性的趨勢(shì)發(fā)展。為保證鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能， 確保結(jié)構(gòu)具有足夠的非彈性應(yīng)變能力，鋼結(jié)構(gòu)必須具有低的屈強(qiáng)比。通常認(rèn)為，屈強(qiáng)比越小，材料的變形能力越大，在發(fā)生破壞時(shí)先經(jīng)過一定的塑性變形后再失效斷裂，從而延緩結(jié)構(gòu)的損毀時(shí)間，以較安全的模式破壞。屈強(qiáng)比越大，材料屈服后的塑性范圍很小，越容易產(chǎn)生斷裂破壞。但屈強(qiáng)比太低勢(shì)必會(huì)損失強(qiáng)度，造成材料浪費(fèi)，而單一地提高強(qiáng)度又會(huì)使屈服比增大，所以合理的強(qiáng)度、韌性和塑性的匹配是提高建筑用鋼過載抗力的前提保證。日本 JISG3136、我國TO4104以及GB/T 19879等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定建筑用鋼的屈強(qiáng)比小于0. 80。隨著冶金技術(shù)的進(jìn)步和軋制工藝的變革，目前已經(jīng)開發(fā)出高強(qiáng)高韌性和低屈強(qiáng)比的商用鋼種并且得到應(yīng)用。
焊縫金屬的強(qiáng)度容易得到保證，要獲得與鋼材相媲美的韌性比較難，獲得低屈強(qiáng)比的高強(qiáng)度焊縫則更難。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索可知，公開號(hào)為CN1413795的中國專利公開的“超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料”:焊絲熔敷金屬的屈服強(qiáng)度為790MPa，抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到840MPa，屈強(qiáng)比為0. 94。公開號(hào)為CN1015M795A的中國專利公開的高強(qiáng)度焊絲，其熔敷金屬抗拉強(qiáng)度達(dá)到950MPa，屈強(qiáng)比也達(dá)到了 0.93。從公開的相關(guān)發(fā)明專利可知， 該類高強(qiáng)高韌性焊絲得到的熔敷金屬強(qiáng)度高，并且具有較好的韌性，但是過高的屈強(qiáng)比使其很難在建筑用鋼上有所應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲，能滿足對(duì)焊縫金屬高強(qiáng)度的要求，又有較低的屈強(qiáng)比，滿足建筑結(jié)構(gòu)鋼的焊接制造要求。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲，其特點(diǎn)在于該焊絲配比按質(zhì)量百分比為
C 0. 01 0. ；Mn 1. 2 4. 0% ；Si 0. 1 0. 4% ；Ni 4. 0 8. 0% ；Mo 1. 0 3. 5% ；Ti 0 0. 04 % ;Cr 0. 1 0. 6 % ;Cu 0. 2 0. 4 % ;Ba 0 0. 1 % ;S 彡 0. 02 % ； P^O. 02% ；余量為 Fe。
所述的Ba是由SiBaCa合金脫氧劑冶煉時(shí)脫氧殘留得到。
所述的Ba的質(zhì)量百分比優(yōu)選范圍為0. 04 0. 08%。
本發(fā)明的組分設(shè)計(jì)原理如下
C含量C是保證焊縫金屬強(qiáng)度的元素，同時(shí)，C也是焊縫中致脆的元素?；谶@種考慮，應(yīng)保證焊縫中C的含量適中，通過加入Mn和Mo來保證足夠的強(qiáng)度，C含量范圍為0. 01% 0. 1%。
Mn含量Mn作為微合金鋼焊縫金屬中的主要合金元素。Mn —方面作為脫氧劑，另一方面具有細(xì)化晶粒和固溶強(qiáng)化的作用，保證高強(qiáng)度的獲得，Mn含量的范圍為1. 2 4%。
Si含量Si是焊縫金屬中的主要脫氧元素，也具有一定的固溶強(qiáng)化作用，Si含量的范圍為0.1 0.4%。
Ni含量Ni的加入一方面是為了在增強(qiáng)奧氏體的穩(wěn)定性，保證下貝氏體組織的獲得；另一方面，Ni可以保證焊縫金屬具有優(yōu)良的低溫韌性，Ni含量范圍為4 8%。
Mo含量盡管以Mn代C保證焊縫金屬的強(qiáng)度，但是過量的Mn損害韌性，因此通過 Mo來保證焊縫具有足夠的強(qiáng)度，Mo含量的范圍為1. 0 3. 5%。
Ti含量Ti主要是在焊縫中形成高熔點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)TiO和TiN，作為凝固形核核心，細(xì)化焊縫組織，提高韌性，一般要求Ti/N小于3. 42，因此Ti含量范圍為0 0. 04%。
Cr含量Cr主要提高淬透性，同時(shí)也能提高焊縫金屬的抗腐蝕能力，Cr含量范圍為 0. 1 0. 6%。
Cu含量Cu可以提高焊縫金屬抗大氣腐蝕的能力，Cu含量的范圍為0. 2 0. 4%， 如果焊絲鍍銅該含量可以適當(dāng)減少。
Ba含量Ba既可以深度脫氧，又能脫硫，也可以促進(jìn)氧化夾雜物聚集長大而去除氧化夾雜，對(duì)改善焊縫金屬的塑性和韌性有益。在本發(fā)明中以SiBaCa合金的形式加入，含量范圍為0 0. 1%，以殘留的方式保證焊縫金屬的含量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是焊絲的熔敷金屬具有良好的綜合性能，特別是有很高的強(qiáng)度，較低的屈強(qiáng)比。其綜合性能為os = 794MPa, σ b = 1041MPa, σ s/σ b =0. 76。特別適合于建筑用鋼的焊接制造，對(duì)于建筑用鋼服役時(shí)的抗應(yīng)力腐蝕性能和抗大氣腐蝕性能極為有益。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方案和具體的操作過程，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1
一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲，其焊絲焊接后熔敷金屬的化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下:C :0. 05% ；Mn 3. 54% ；Si 0. 14% ；Ni 6. 2% ；Mo 2. 4% ；Ti 0. 001% ；Cr 0. 40% ； Cu 0. 33% ；Ba :0. 001% ；S :0. 02% ；P :0. 015% ；余量為 Fe。
本實(shí)施例的制造過程為選用工業(yè)純鐵，按上述比例配比Ni、Mo、Cr、Cu合金元素， 進(jìn)行真空冶煉，全部熔化后再依次加入C，Mn、Si、Ti和SiBaCa合金，其中，為了使使焊絲中得到的Ba達(dá)到0. 04 0. 08%的優(yōu)選范圍，根據(jù)所使用的SiBaCa合金中三種組元的含量比例添加合適的量冶煉，加入Mn時(shí)通入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)防止蒸發(fā)。在合金元素全部熔化15 30分鐘后澆成鑄錠，然后經(jīng)過鍛造、軋制、盤元和拔絲等工藝制成焊絲，焊絲直徑為 1. 2mm，成品焊絲可以鍍銅也可以不鍍銅。
本實(shí)施例焊絲熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能試驗(yàn)按照GB 8110-87/95 二氧化碳?xì)獗Ｗo(hù)焊用鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試板為Q235鋼，尺寸為450mmX 150mmX20mm,坡口角度為 45°，隔離層厚度> 3mm，焊接電壓26 ^V，焊接電流260 ^OA,焊接速度5. Omm/s,層間溫度150/°C，保護(hù)氣體為99% Ar+1% C02混合氣體，流量20 25L/min。焊接后熔敷金屬的力學(xué)性能見表1。
實(shí)施例2
—種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲，其焊絲焊接后熔敷金屬的化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下:C :0. 07% ；Mn 3. 47% ；Si 0. 10% ；Ni 5. 9% ；Mo 2. 5% ；Ti 0. 002% ；Cr 0. 43% ； Cu 0. 38% ；Ba :0. 0015% ；S :0. 015% ；P :0. 015% ；余量為 Fe。
本實(shí)施例的焊絲制造過程、熔敷金屬試板焊接和力學(xué)性能試驗(yàn)均同實(shí)施例1，焊接后熔敷金屬的力學(xué)性能見表1。
實(shí)施例3
一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲，不添加Ba組元，冶煉和成絲過程同實(shí)施例1。 按照GB 8110-87/95 二氧化碳?xì)獗Ｗo(hù)焊用鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熔敷金屬試板焊接，焊接后得到熔敷金屬化學(xué)成分為:C :0. 01% ;Si :0. 1% ;Mn :4. 0% ；Mo :3. 5% ；Cr :0. 6% ；Ni :6. 0% ；Ti 0. 025% ；Cu 0. 32% ；S :0. 020% ；P :0. 020% ；余量為Fe。熔敷金屬的力學(xué)性能見表1。
實(shí)施例4
一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)原則，按SiBaCa合金三種組元含量比例添加進(jìn)行冶煉，使焊絲中的Ba含量達(dá)到優(yōu)選范圍上限0. 左右。焊接后得到的熔敷金屬的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C :0. 09% ；Si 0. 36% ；Mn :1. 2% ；Mo :1. 0% ；Cr 0. 1% ；Ni 6. 0% ；Ti 0. 04% ；Cu :0.3% ；Ba :0. 008%。冶煉、成絲和熔敷金屬試板焊接同實(shí)施例1。熔敷金屬的力學(xué)性能見表1。
表1本發(fā)明實(shí)施例力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲，其特征在于該焊絲配比按質(zhì)量百分比為C 0. 01 0. l%;Mn 1. 2 4. 0%;Si 0. 1 0. 4%;Ni 4. 0 8. 0%;Mo 1. 0 3. 5%; Ti 0 0. 04%;Cr 0. 1 0. 6%;Cu 0. 2 0. 4%;Ba 0 0. 1%;S 彡 0. 02%;P 彡 0. 02%；余量為狗。
2.如權(quán)利要求1所述的氣保護(hù)焊焊絲，其特征在于，焊絲中的Ba是由SiBaCa合金脫氧劑冶煉時(shí)脫氧殘留得到。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氣保護(hù)焊焊絲，其特征在于，所述的Ba的質(zhì)量百分比優(yōu)選范圍為0. 04 0. 08%。
全文摘要
一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比氣保護(hù)焊焊絲，其配比按質(zhì)量百分比為C 0.01～0.1％；Mn 1.2～4.0％；Si 0.1～0.4％；Ni 4.0～8.0％；Mo 1.0～3.5％；Ti 0～0.04％；Cr 0.1～0.6％；Cu 0.2～0.4％；Ba 0～0.1％；S≤0.02％；P≤0.02％；余量為Fe。本發(fā)明的焊絲經(jīng)過焊接后熔敷金屬具有較好的綜合性能，特別是具有高強(qiáng)度和低屈強(qiáng)比，可適用于建筑結(jié)構(gòu)高強(qiáng)鋼的焊接制造。
文檔編號(hào)B23K35/30GK102500953SQ20111041822
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉昊, 張少宗, 茅及放, 薛小懷 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)