一種超高強(qiáng)低溫焊絲的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種超高強(qiáng)低溫焊絲，其由合金系統(tǒng)以及非金屬元素組成，其中合金系統(tǒng)采用Mn2?Ni3?Cr?Mo體系，合金組分及重量百分比為：C≤0.10%，Mn：1.4?2.0%，Si：0.4?0.9%，Ni：1.8?2.1%，Mo：0.3?0.5%，Cr：0.2?0.6%，微合金Ti和Zr至少含有一種，并且：Ti≤0.020%，Zr≤0.020%，其余為鐵；非金屬元素的組分及重量百分比為：S≤0.010%，P≤0.015%，N≤70PPm，O≤50PPm。本發(fā)明所述焊絲保證熔敷金屬不但具有較高的強(qiáng)度，而且具有良好的塑性和低溫韌性，保證在較低或適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度條件下保證焊縫金屬的抗冷裂性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種超高強(qiáng)低溫焊絲
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)低溫焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002] 為保證高強(qiáng)度鋼焊接結(jié)構(gòu)的使用安全性和可靠性、提高產(chǎn)品的使用壽命、避免脆 性破壞事故的發(fā)生，通過(guò)選用優(yōu)質(zhì)焊接材料提高焊縫金屬的強(qiáng)韌性一直是焊接技術(shù)人員研 究工作的重點(diǎn)，圍繞低合金高強(qiáng)鋼焊縫金屬的強(qiáng)韌化問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外焊接技術(shù)人員進(jìn)行了大 量試驗(yàn)研究，對(duì)于屈服強(qiáng)度不超過(guò)550MPa的焊縫金屬，可采用Ti-B微合金化，使焊縫金屬獲 得均勻、細(xì)小的針狀鐵素體組織，從而實(shí)現(xiàn)焊縫金屬的強(qiáng)韌化;而對(duì)于屈服強(qiáng)度超過(guò)550MPa 的焊縫金屬，由于焊縫合金化程度的加大，焊縫金屬的基體組織已不是鐵素體，而是貝氏體 或貝氏體+馬氏體組織，Ti-B微合金化的機(jī)制已不適用，此時(shí)對(duì)焊縫金屬的強(qiáng)韌化措施是增 加Ni含量，通過(guò)合金化實(shí)現(xiàn)對(duì)貝氏體或貝氏體+馬氏體基體組織的強(qiáng)韌化。
[0003] 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前焊材市場(chǎng)上，屈服強(qiáng)度345MPa級(jí)（50公斤級(jí)）焊絲采用C-Mn或C-Mn-Ti-B合金系；460MPa級(jí)（60公斤級(jí)）焊絲多數(shù)采用Mn-Mo合金系；550及690 MPa級(jí)（70、80公 斤級(jí))焊絲，多數(shù)采用Mn-Ni-Mo合金系；而強(qiáng)度等級(jí)780MPa以上級(jí)別的焊絲，合金體系主要 有Mn-Ni-Cr-Mo、Mn-Ni-Cr-M〇-Cu合金系。對(duì)于屈服強(qiáng)度690 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼焊接材料，采用的 合金系統(tǒng)以Mn-Ni-Mo合金系為主，其中的Ni含量在2.5%以上、Mo含量0.45%以上，Ni屬于貴 金屬，過(guò)多加入必將增加焊絲成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種超高強(qiáng)低溫焊絲，其熔敷金屬屈服強(qiáng) 度超過(guò)690MPa，為了使焊絲在保證熔敷金屬具有較高強(qiáng)度的同時(shí)，還具有良好的塑性及低 溫沖擊性能，焊絲的主要合金系統(tǒng)采用Mn2-Ni3-Cr-Mo系，并加入一定量的微合金化元素Ti 和Zr。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案： 一種超高強(qiáng)低溫焊絲，其由合金系統(tǒng)以及非金屬元素組成，其中合金系統(tǒng)采用Mn2-Ni3-Cr-Mo 體系，合金組分及重量百分比為:C<0.10%，Mn:1.4-2.0%，Si:0.4-0.9%，Ni:1.8-2.1%，]?〇 :0.3-〇.5%，0:0.2-〇.6%，微合金1'1和21至少含有一種，并且：1'1彡0.020%，2『彡 0.020%，其余為鐵;非金屬元素的組分及重量百分比為：3彡0.010%，？彡0.015%小彡7(^111，0 彡50PPm〇
[0006] C能顯著提高焊縫強(qiáng)度，是焊縫金屬?gòu)?qiáng)化的主要元素，但是如果C含量過(guò)高，不但降 低焊縫金屬的塑韌性，而且還顯著增加焊縫金屬的冷裂敏感性及熱裂敏感性。
[0007] Mn是焊縫金屬中的主要合金元素，一方面Mn可以作為脫氧劑和脫硫劑，參與焊接 熔池的氧化還原反應(yīng)，降低焊縫金屬中的氧含量，可以改善焊絲的使用工藝性能，同時(shí)由于 Mn與S有較強(qiáng)的親和力，Mn與S結(jié)合形成MnS，以渣的形式浮出熔池，可以有效降低焊縫金屬 的熱裂傾向；另一方面Mn具有固溶強(qiáng)化和細(xì)化晶粒的作用，焊絲中加入適量的Mn是焊縫金 屬實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌化的重要手段，但過(guò)高的Mn含量易造成偏析，降低焊縫金屬韌性。
[0008] Si元素一般作為脫氧劑與Mn聯(lián)合加入，焊絲中適量的Si對(duì)改善焊絲的使用工藝性 是不可缺少的。Si對(duì)焊縫的強(qiáng)化效果不明顯，而過(guò)高含量的Si會(huì)降低焊縫韌性。
[0009] Ni是唯一能在強(qiáng)化焊縫的同時(shí)還能提高焊縫低溫沖擊韌性、降低沖擊轉(zhuǎn)變溫度的 合金元素。
[0010] Mo與Mn、Si、Ni、Cr相比，其固溶強(qiáng)化效果更明顯，并且焊縫金屬中添加適量的Mo可 以降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。 Cr具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)也是一種碳化物形成元素，通過(guò)碳化物析出，可以進(jìn) 一步提高強(qiáng)度，但是，研究發(fā)現(xiàn)，Cr的加入對(duì)焊縫韌性的改善不利，當(dāng)焊縫金屬中Cr含量超 過(guò)一定量時(shí)，焊縫韌性可能受到嚴(yán)重的損害。
[0011]在焊絲成分中添加適量Ti、Zr，可以改善焊接熔滴的過(guò)渡形式，改善焊接工藝性 能，提高焊縫強(qiáng)度、改善低溫沖擊韌性的效果。
[0012] 所述焊絲中的非金元素S<0.010%，P<0.015%，N<70PPm，0<50PPm。對(duì)于高強(qiáng)鋼 焊縫金屬，S、P、N、0是有害的元素，須加以嚴(yán)格限制，而且強(qiáng)度級(jí)別越高的焊縫金屬，對(duì)這些 有害雜質(zhì)元素含量的限制應(yīng)該更加嚴(yán)格。
[0013] S和Fe生成的FeS易與Fe形成低熔點(diǎn)共晶體，增大焊縫金屬熱裂紋敏感性，特別是 對(duì)高Ni合金體系焊絲，因此，其含量應(yīng)嚴(yán)格控制。
[0014] P對(duì)焊縫金屬的力學(xué)性能及抗裂性能均有不利的影響，在焊縫中易導(dǎo)致偏析，增大 焊縫金屬的熱裂敏感性及回火脆性，同時(shí)P使焊縫的強(qiáng)度硬度增加，而塑性韌性降低，特別 是降低焊縫金屬的低溫沖擊韌性，使焊縫出現(xiàn)所謂的"冷脆性"，因此需要對(duì)該元素進(jìn)行嚴(yán) 格限制。
[0015] N對(duì)低合金鋼焊縫金屬的韌性有害，研究表明，當(dāng)焊縫金屬中的N含量超過(guò)lOOPPm 時(shí)，焊縫金屬的低溫韌性將顯著降低，其原因是由于焊縫中的N導(dǎo)致的固溶強(qiáng)化及其帶來(lái)的 對(duì)位錯(cuò)的釘扎。
[0016] 0在鋼中主要以氧化物夾雜形式存在，焊絲盤(pán)元中氧化物夾雜對(duì)焊絲的拉拔性能 有不利影響，同時(shí)焊絲中的氧化物在焊接過(guò)程中參與焊接冶金反應(yīng)，對(duì)焊絲的使用工藝性 能、合金元素過(guò)渡、焊縫金屬的合金化、夾雜物的產(chǎn)生及分布均會(huì)帶來(lái)影響，進(jìn)而影響焊縫 金屬的組織性能。
[0017] 本發(fā)明所帶來(lái)的有益效果是:保證熔敷金屬不但具有較高的強(qiáng)度，而且具有良好 的塑性和低溫韌性，保證在較低或適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度條件下保證焊縫金屬的抗冷裂性能。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明所述焊絲熔敷金屬微觀組織的焊態(tài)區(qū)組織圖； 圖2是本發(fā)明所述焊絲對(duì)接焊熱影響區(qū)微觀組織的焊態(tài)區(qū)組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能 更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0020] -種超高強(qiáng)低溫焊絲，其由合金系統(tǒng)以及非金屬元素組成，其中合金系統(tǒng)采用 Mn2-Ni3-Cr-Mo 體系， 實(shí)施例一： 焊絲合金的組分及百分比為：C: 0 ? 1%，Mn: 1 ? 4%，Si : 0 ? 4%，Ni : 2 ? 8%，Mo: 0 ? 45%，Cr: 0.4%，微合金：1^:0.045%，2〇0.020%，其余為鐵；其中非金元素含量為 ：3:0.010%，？： 0.015%，N:70PPm，0:50PPm。
[0021] 實(shí)施例二： C:0 ? 08%，Mn: 1 ? 45%，Si :0 ? 9%，Ni : 2 ? 8%，Mo: 0 ? 35%，Cr:0 ? 55%，微合金：Ti : :0 ? 010%，其余 為鐵;其中非金元素含量為:S:0.008%，P:0.01%，N :50PPm，0:40PPm。
[0022] 實(shí)施例三： C:0 ? 07%，Mn: 1 ? 55%，Si :0 ? 6%，Ni : 3 ? 0%，M〇: 0 ? 55%，Cr:0 ? 60%，微合金：Zr: :0 ? 015%，其余 為鐵;其中非金元素含量為：S:0.010%，P:0.015%，N :70PPm，0:50PPm。
[0023]以上三種【具體實(shí)施方式】，分別通過(guò)焊絲冶煉，離線(xiàn)酸洗，焊絲拉拔，焊絲鍍銅，焊絲 層繞的工藝順序，并且在焊絲拉拔過(guò)程中增加焊絲退火工藝制成。本發(fā)明所述焊絲其焊接 熔覆金屬性能指標(biāo)如表1所示，焊絲的焊接應(yīng)用參數(shù)如表2所示，焊接后的性能參數(shù)如表3所 不。
為了通過(guò)實(shí)際測(cè)試比較本發(fā)明設(shè)計(jì)的焊絲和對(duì)比焊絲在常規(guī)性能方面的不同，在不同 的焊接規(guī)范參數(shù)下，如表2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的焊絲和對(duì)比焊絲在常規(guī)性能方面的數(shù)據(jù)如表 3中所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的焊絲優(yōu)于對(duì)比焊絲. 關(guān)于焊絲的熔敷金屬拉伸及沖擊試件取樣按GB/T 12470-2003規(guī)定進(jìn)行，如表2中試驗(yàn) 結(jié)果表明：本發(fā)明設(shè)計(jì)焊絲熔敷金屬?gòu)?qiáng)度適中，塑、韌性?xún)?yōu)良，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)于對(duì)比 焊絲，全面達(dá)到了目標(biāo)要求。焊絲熔敷金屬的焊態(tài)區(qū)組織，均為粒狀貝氏體+少量鐵素體，熔 敷金屬組織晶粒細(xì)小均勻，焊態(tài)區(qū)柱狀晶特征不明顯，如附圖1;熱影響區(qū)顯微組織：馬氏體 +粒狀貝氏體+少量鐵素體，附圖2所示。
[0025] 通過(guò)研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，本發(fā)明設(shè)計(jì)的焊焊絲焊縫成型美觀，熔敷金屬的力學(xué) 性能全面滿(mǎn)足技術(shù)要求。
[0026] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或 替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所限 定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超高強(qiáng)低溫焊絲，其特征在于，其由合金系統(tǒng)以及非金屬元素組成，其中合金系 統(tǒng)采用Mn2-Ni3-Cr-Mo體系，合金組分及重量百分比為《0.10%，]?11 :1.4-2.0%，3丨：0.4-0 · 9%，Ni : 1 · 8-2 · 1%，Mo: 0 · 3-0 · 5%，Cr: 0 · 2-0 · 6%，微合金Ti和Zr至少含有一種，并且：Ti 彡 0.020%，Zr彡0.020%，其余為鐵；非金屬元素的組分及重量百分比為：S彡0.010%，P彡 0.015%，N彡 70PPm，0 彡 50PPm。
【文檔編號(hào)】B23K35/30GK106001992SQ201610512347
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月22日
【發(fā)明人】李好生
【申請(qǐng)人】昆山中冶寶鋼焊接材料有限公司