一種低合金高強(qiáng)鋼的實(shí)芯焊絲及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種低合金高強(qiáng)鋼的實(shí)芯焊絲及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了滿足輸電鐵塔尤其是特高壓輸電鐵塔的制造要求，減輕鐵塔自重、增強(qiáng)鐵塔 承載能力，延長(zhǎng)其使用壽命和提升經(jīng)濟(jì)效益，必須提高用于特高壓鐵塔的鋼材強(qiáng)度，因此 屈服強(qiáng)度更高的低合金高強(qiáng)鋼在特高壓鐵塔中的采用顯得尤為迫切和重要，如Q420、Q460 等。隨著母材強(qiáng)度的提高，為了保證焊縫的強(qiáng)度，需要向焊絲中加入足夠量的合金元素來提 高焊縫的強(qiáng)度，現(xiàn)有的低合金高強(qiáng)鋼焊絲一般采用Mo等較貴重的合金元素來提高強(qiáng)度，或 者配合一定量的Cr元素來強(qiáng)化。
[0003] 隨著合金元素 Mo和Cr的增加，焊縫的強(qiáng)度得到了強(qiáng)化，但同時(shí)焊縫的韌性呈下降 的趨勢(shì)，焊縫容易產(chǎn)生淬硬組織，抗裂紋性下降。因此，如何保證焊縫在高強(qiáng)度的同時(shí)具有 較高的韌性是提高焊縫質(zhì)量的至關(guān)重要的因素。顯然，去除焊縫的有害元素（如低熔點(diǎn)的 砷、錫、銻、鉛和鉍等），抑制有害元素的偏析，凈化焊縫組織，捕獲焊縫中的氫，改變焊縫組 織中的夾雜物形貌、數(shù)量和分布情況，細(xì)化焊縫組織，對(duì)保證焊縫韌性和提高強(qiáng)度具有積極 的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上的上述不足，提供一種可以凈化焊縫組織、降低 焊縫中的低熔點(diǎn)有害元素和氫、改善焊縫組織的夾雜物、細(xì)化焊縫組織的輸電鐵塔用低合 金高強(qiáng)鋼實(shí)芯焊絲。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用上述的技術(shù)方案：一種低合金高強(qiáng)鋼的實(shí)芯焊絲，其 特征在于，所述實(shí)芯焊絲的組分按重量百分比計(jì)為C :0. 06~0. 12, Mn :1. 35~2. 0, Si : 0· 65 ~L 05, B :0· 001 ~0· 003, Nb :0· 05 ~0· 2, Ni :0· 05 ~0· 15, Cr :0· 05 ~0· 2, Cu : 0· 15~0· 5, P :彡0· 015, S :彡0· 015,稀土元素：0· 01~0· 05,余量為Fe和不可避免的雜 質(zhì)。
[0006] 所述實(shí)芯焊絲的組分按重量百分比計(jì)為C :0. 08, Mn :2. 0, Si :0. 7, Re :0. 03, B : 0· 002, Nb :0· 15, Ni :0· 1，Cr :0· 15, Cu :0· 25, P :0· 005, S :0· 005,余量為 Fe 和不可避免的 雜質(zhì)。
[0007] 所述Ni和Cr的重量百分比之和彡0. 2。
[0008] 所述P和S的重量百分比之和彡0. 02。
[0009] 所述Re與S的重量百分比之比（Re/S)彡2。
[0010] 所述稀土元素為鑭或鈰或釔或其組合。
[0011] 所述的低合金高強(qiáng)鋼的實(shí)芯焊絲用于輸電鐵塔的制造。
[0012] 以下是本發(fā)明的主要元素作用及限定：
[0013] C :0.06 ~0.12，
[0014] 碳在焊縫中，含碳量越高，焊縫的強(qiáng)度就越高，但塑性、韌性也會(huì)隨之降低；反之， 含碳量越低，焊縫的塑性、韌性越高，其強(qiáng)度也會(huì)隨之降低。為了達(dá)到焊縫具有匹配的強(qiáng)度 和韌性，本發(fā)明的實(shí)芯焊絲中的碳重量百分比為0. 06~0. 12。
[0015] Mn :1.35 ~2.0，
[0016] Μη是強(qiáng)化元素之一，能溶解于鐵素體中，起固溶強(qiáng)化作用，提高焊縫的強(qiáng)度，Μη又 是一種良好的脫氧劑和脫硫劑，焊接時(shí)可以利用它來進(jìn)行脫氧和脫硫，當(dāng)Μη在焊縫中的含 量小于2%時(shí)，可以使焊縫的強(qiáng)度明顯提高，并能提高Μη在低溫下的沖擊韌性，本發(fā)明的實(shí) 芯焊絲中的Μη重量百分比為1. 35~2. 0。
[0017] Si :0· 65 ~1. 05，
[0018] Si用以防止焊縫的氧化以及穩(wěn)固基體保證焊縫強(qiáng)度，抑制先共析鐵素體的產(chǎn)生， 促進(jìn)針狀鐵素體的形成，在焊絲過渡到焊縫中時(shí)，起到脫氧作用與強(qiáng)化焊縫的作用。但是Si 會(huì)降低鋼的焊接性能，在焊接時(shí)易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，增加熔渣和熔合物的流動(dòng)性，引起 噴濺，影響焊接質(zhì)量，且當(dāng)硅含量超過一定值，鐵素體的沖擊韌性急劇下降，本發(fā)明的實(shí)芯 焊絲中的Si重量百分比為0. 65~1. 05。
[0019] 稀土元素（Re) :0· 01 ~0· 05，
[0020] Re可以與鋼中磷、砷、錫、銻、鉍、鉛等低熔點(diǎn)有害元素相作用，既可以與這些雜質(zhì) 形成熔點(diǎn)較高的化合物，也能抑制這些夾雜在晶界上的偏祈，起到凈化作用，使鋼中雜質(zhì)減 少。稀土極易生成稀土的氧硫化物和稀土硫化物，形成復(fù)合夾雜物或稀土硅酸鹽化合物，它 們?nèi)埸c(diǎn)高且非常穩(wěn)定，可以控制夾雜物的形貌。稀土能吸收大量的氫，可以抑制鋼中氫引起 的脆性和白點(diǎn)。稀土可以提高焊縫的強(qiáng)度和韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度提高鋼的持久強(qiáng)度， 特別是橫向沖擊韌性，有利于提高鋼的疲勞性能。本發(fā)明實(shí)芯焊絲中的Re重量百分比為 0· 01 ~0· 05
[0021] B :0· 001 ~0· 003，
[0022] B元素價(jià)格便宜，資源豐富，可以在一定程度上替代Ni、Cr、Mo等昂貴的合金元素。 低合金高強(qiáng)鋼焊縫中適量增加 B元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)可提高組織中針狀鐵素體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有效細(xì) 化焊縫組織，而當(dāng)B元素過量時(shí)則使焊縫組織中的針狀鐵素體質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，組織粗化。本 發(fā)明實(shí)芯焊絲中的B重量百分比為0. 001~0. 003
[0023] Nb :0· 05 ~0· 2，
[0024] Nb在焊縫中形成細(xì)小的碳化物和氮化物或碳氮化合物，其質(zhì)點(diǎn)釘扎在晶界處，在 加熱過程中阻止奧氏體的再結(jié)晶，延緩再結(jié)晶奧氏體的晶粒長(zhǎng)大，有利于焊絲制備過程的 控制，且形成的化合物可以作為形核質(zhì)點(diǎn)，細(xì)化焊縫的組織，提高焊縫的強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。 本發(fā)明實(shí)芯焊絲中的Nb重量百分比含量為0. 05~0. 2
[0025] 在鈮鋼（低合金高強(qiáng)鋼）的焊接過程中，由于實(shí)芯焊絲中含有硼和銀，硼和鈮的復(fù) 合微合金化，一方面形成的化合物提供形核質(zhì)點(diǎn)，有利于焊縫組織的細(xì)化，另一方面減小了 鈮的晶界擴(kuò)散系數(shù)，減小了界面迀移速度和再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力，細(xì)化HAZ組織，有利于HAZ性能 的提尚。
[0026] Ni :0· 05 ~0· 15，
[0027] Ni可以強(qiáng)化鐵素體提高焊縫的韌性和強(qiáng)度，尤其是低溫沖擊韌性，提高鋼對(duì)疲勞 的抗力和減小鋼對(duì)缺口的敏感性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，提高屈強(qiáng)比，改善鋼的加工性和可焊 性，而且能抗堿和大氣的腐蝕。但鎳屬于稀缺的戰(zhàn)略物資，價(jià)格比較昂貴。本發(fā)明實(shí)芯焊絲 中的Ni重量百分比為0. 05~0. 15，
[0028] Cr :0· 05 ~0· 2，
[0029] 鉻能抑制和減少先共析鐵素體的析出，細(xì)化鐵素體的晶粒，有利于提高針狀鐵素 體的含量，顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性，提高了焊縫的脆性轉(zhuǎn)變 溫度及回火脆性。本發(fā)明實(shí)芯焊絲中的Cr重量百分比為0. 05~0. 2。
[0030] Cu :0· 15 ~0· 5，
[0031] -定量的Cu可以提高低合金鋼的強(qiáng)度使C的含量進(jìn)一步降低，改善焊接性能，少 量的銅有抵抗大氣腐蝕的能力，當(dāng)銅含量為〇. 25%時(shí)，還可抑制氫脆的產(chǎn)生。另外焊絲表面 鍍銅起到防銹和導(dǎo)電的作用，在焊接過程中銅進(jìn)入焊縫組織。本發(fā)明實(shí)芯焊絲中的C