專利名稱：超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料焊接用氣體保護(hù)焊絲的材料領(lǐng)域。更適用于制備超低碳高強(qiáng)度的氣體保護(hù)焊絲材料。
背景技術(shù)：
在700-800MPa級(jí)的低合金高強(qiáng)度鋼和超細(xì)晶粒鋼的施焊過(guò)程中，為了得到焊縫的金屬?gòu)?qiáng)度與母材強(qiáng)度相匹配的結(jié)果，需采用對(duì)焊縫處添加必要的合金元素進(jìn)行成分補(bǔ)償，目的在于焊后得到在焊縫處的金屬與母材成分和性能更接近的效果。但是由于采用傳統(tǒng)的焊絲施焊后，焊縫處金屬冷裂紋敏感性會(huì)有所增大，在施焊工藝中還需采取預(yù)熱等補(bǔ)救方法措施，使工作時(shí)的工況條件變得惡化和復(fù)雜。由于碳元素是產(chǎn)生冷裂紋最敏感的元素，而其他的元素對(duì)促進(jìn)產(chǎn)生冷裂紋的作用則相對(duì)碳要小些。而且多種碳當(dāng)量的表達(dá)公式也表明，其他元素對(duì)促進(jìn)冷裂紋敏感性的作用與碳元素相比較均很低。因此采用傳統(tǒng)的焊絲進(jìn)行施焊時(shí)，很難獲得焊縫金屬與母材性能相匹配的結(jié)果。尤其是在施焊時(shí)不需預(yù)熱，而焊縫處金屬?gòu)?qiáng)度應(yīng)達(dá)到700-800MPa，同時(shí)還具有高的低溫沖擊韌性的焊絲材料，在現(xiàn)有技術(shù)的焊接材料中還很難有達(dá)到此使用要求的焊絲材料。
發(fā)明目的與內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種成份設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和使用方便，施焊后焊縫處金屬冷裂紋敏感性小，而且焊縫處金屬與母材性能結(jié)果相近的超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料。
根據(jù)本發(fā)明的目的，我們所提出的超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料的理由是，在考慮到降低碳含量的同時(shí)，可采用通過(guò)調(diào)整其他合金元素含量的方式，來(lái)提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度的效果，而且還能夠降低焊縫金屬產(chǎn)生冷裂紋的敏感性和不需預(yù)熱就能進(jìn)行焊接。該氣體保護(hù)焊絲材料的設(shè)計(jì)，除了是針對(duì)700-800MPa級(jí)低合金高強(qiáng)度鋼的焊接外，還針對(duì)800MPa級(jí)超細(xì)晶粒度的高強(qiáng)度鋼進(jìn)行焊接。因此本發(fā)明所提出的超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料，其特征在于該焊絲材料的具體化學(xué)成分(重量％)為C 0.01-0.05％；Mn1.00-3.00％；Si 0.1-1.0％；Ni 2.0-6.0％；Mo 0.2-2.5％；Ti 0.01-0.08％；B0.0002-0.008％；RE 0.01-0.5％；S≤0.01；P≤0.01；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。在本發(fā)明的超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料中，采取對(duì)碳含量的限定是考慮到，碳元素是非常有效的硬化和固溶強(qiáng)化組元，同時(shí)碳化物在起到強(qiáng)化作用時(shí)，還常常作為裂紋源出現(xiàn)，因此采取對(duì)材料成分中的碳含量限制在0.01-0.05％，有利于降低焊縫金屬的冷裂紋敏感性。在本發(fā)明的焊絲材料中，錳作為硬化元素加入，同時(shí)他還起到脫氧和脫硫的作用。硅元素的加入有脫氧效果，當(dāng)硅以固溶態(tài)的形式存在時(shí)，他可以提高基體的屈服強(qiáng)度，但會(huì)使材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高作用。鎳是提高材料韌性的重要元素之一，也是奧氏體穩(wěn)定化的主要元素，加入鎳元素有降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度的作用。鉬是固溶強(qiáng)化的主要元素，他與其他元素相結(jié)合容易形成碳化物。鈦元素的加入容易形成碳化物、氮化物和氧化物，可防止硼氧化和氮化，但是鈦的加入量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致焊縫內(nèi)產(chǎn)生過(guò)多的針狀鐵素體，因此鈦的加入量為0.01-0.08％。在本發(fā)明的材料中加入硼可抑制先共析鐵素體的產(chǎn)生和降低固溶氮的含量，因此加入少量硼可以提高材料的韌性。加入稀土可以細(xì)化焊縫的晶粒，球化夾雜物相和有效的提高材料的韌性。硫和磷均為有害雜質(zhì)，含量應(yīng)控制在0.01％以內(nèi)。其余量為鐵和其它不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明氣保焊絲材料的制備與現(xiàn)有技術(shù)制備工藝相同。首先按本發(fā)明所設(shè)計(jì)成分進(jìn)行配料和煉鋼，經(jīng)真空爐冶煉后鑄錠，鍛鋼的開(kāi)鍛溫度為1050℃、終鍛溫度為850℃，軋鋼十余道次后再經(jīng)900-1000℃的退火處理，將軋后盤(pán)條再經(jīng)多道次的(拉拔-退火-拉拔...)拉拔后可得直徑(根據(jù)設(shè)計(jì)者要求)為1.2mm或1.6mm的焊絲。
采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料與現(xiàn)有技術(shù)焊絲材料相比較，具有成份設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理、使用方便，施焊后焊縫處金屬冷裂紋敏感性小，而且焊縫處金屬與母材性能結(jié)果相近等特點(diǎn)。本發(fā)明氣體保護(hù)焊絲材料與中國(guó)專利CN1358607A相比較，因本發(fā)明焊絲材料成分中碳含量低和不合銅，并且調(diào)整了鎳元素的含量，所以本發(fā)明焊絲更適宜于無(wú)預(yù)熱焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。與中國(guó)專利CN1328897A相比較，本發(fā)明焊絲材料成分中Ti含量低和適量調(diào)整Ni元素的含量，這樣可以有助于焊縫金屬?gòu)?qiáng)度的提高和低溫韌性的改善。與日本專利特開(kāi)昭60-96394相比較，因本發(fā)明焊絲材料通過(guò)嚴(yán)格限制了Al含量和調(diào)整Ti含量，這樣不僅改善了焊縫韌性，而且還細(xì)化晶粒和改善了焊縫金屬的低溫韌性。本發(fā)明焊絲材料與美國(guó)專利5,774,782相比較，由于在本發(fā)明中加入了適量的稀土元素，而焊縫中稀土類(lèi)元素與硫有很大的親和力，具有明顯的脫硫、改善硫化物夾雜的尺寸、形態(tài)和分布的作用，所以對(duì)改善焊縫韌性有明顯效果(在實(shí)施例對(duì)比中，因美國(guó)專利施焊試驗(yàn)條件不同所以沒(méi)比較)。另外在本發(fā)明焊絲材料中加入適量稀土元素還可以降低熔敷金屬中的擴(kuò)散氫含量，降低了氣孔敏感性及其他與氫有關(guān)的焊接缺陷。再有本發(fā)明焊絲材料與傳統(tǒng)高強(qiáng)焊絲材料相比，由于本發(fā)明焊絲材料成分設(shè)計(jì)合理，使焊縫金屬淬硬性顯著降低，對(duì)焊接高強(qiáng)度鋼時(shí)可進(jìn)一步降低預(yù)熱溫度或采用無(wú)預(yù)熱焊接。同時(shí)本發(fā)明焊絲材料在焊接過(guò)程中，由于焊縫金屬是在較寬的能量輸入范圍內(nèi)都將獲得以貝氏體為主的組織，所以對(duì)焊接工藝的適應(yīng)性增強(qiáng)。這樣可以在不同的焊接工藝條件下獲得組織性能更穩(wěn)定的焊縫金屬。
具體實(shí)施方案在采用本發(fā)明超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料的成分范圍，我們共制備了五組實(shí)施例，為了對(duì)比方便，我們?cè)谝韵碌膶?duì)比表中同樣列入了兩組成分的對(duì)比材料。本發(fā)明超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料與現(xiàn)有技術(shù)焊絲材料的成分對(duì)比列入表1；表2為本發(fā)明超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)焊絲的力學(xué)性能的比較；本發(fā)明超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料均采用真空爐進(jìn)行冶煉的，初鍛溫度為1020℃和終鍛溫度為950℃，然后經(jīng)12道次軋后于950℃進(jìn)行退火處理，再進(jìn)行拉拔使焊絲達(dá)到設(shè)定尺寸。在本發(fā)明實(shí)施例各表中的序號(hào)1-5為本發(fā)明實(shí)施例焊絲，序號(hào)6為中國(guó)專利CN1328897A，序號(hào)7為中國(guó)專利CN1328897A。
表1本發(fā)明實(shí)施例焊絲材料與現(xiàn)有技術(shù)焊絲材料的成分比較(重量％)

表2本發(fā)明實(shí)施例焊絲與現(xiàn)有技術(shù)焊絲的力學(xué)性能的比較

本發(fā)明實(shí)施例的試板焊接是參照GB/T8110-1995《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。試板料選用Q235鋼板，尺寸為350mm×150mm×20mm。墊板選用厚度為3mm的Q235鋼板。為防止在氣體保護(hù)焊時(shí)，母材稀釋對(duì)焊絲熔敷金屬成分的影響，使用同一試驗(yàn)焊絲在坡口兩側(cè)分別堆焊厚度為10mm的隔離層，采用Ar+5％CO2氣體保護(hù)焊，焊接線能量為18kJ/cm。表3為施焊鋼板的化學(xué)成分(重量％)，表4為施焊鋼板的力學(xué)性能。本發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)是采用序號(hào)3的焊絲進(jìn)行實(shí)際鋼板施焊，鋼板選用800MPa級(jí)超細(xì)晶粒的回火態(tài)鋼板，厚度為12mm，鋼板開(kāi)有V形對(duì)接坡口，施焊采用Ar+5％CO2進(jìn)行氣體保護(hù)焊，經(jīng)多道焊至填滿坡口。焊接線能量為30kJ/cm時(shí)，焊接金屬的力學(xué)性能為σb＝760MPa，Akv(-40℃)＝88J。焊接線能量為20kJ/cm時(shí)，焊接金屬的力學(xué)性能為σb＝795MPa，Akv(-40℃)＝94J。焊接線能量為10kJ/cm時(shí)，焊接金屬的力學(xué)性能為σb＝820MPa，Akv(-40℃)＝136J。
表3施焊鋼板的化學(xué)成分(重量％)

表4施焊鋼板的力學(xué)性能

根據(jù)上述所列舉的實(shí)施例和施焊試驗(yàn)結(jié)果可看出，采用本發(fā)明實(shí)施例氣保焊絲均能獲得很高的強(qiáng)度、塑性，尤其是熔敷金屬的低溫沖擊韌性更顯優(yōu)異。經(jīng)試驗(yàn)證明，本發(fā)明超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料具有強(qiáng)度高、低溫韌性好，而且工藝性能優(yōu)良，焊接電弧穩(wěn)定、飛濺小、成形美觀、無(wú)氣孔和施焊時(shí)不需預(yù)熱、焊縫處不裂紋等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種超低碳高強(qiáng)度用氣體保護(hù)焊絲，其特征在于該焊絲組成的化學(xué)成分(重量％)為C 0.01-0.05，Mn 1.00-3.00，Si 0.1-1.0，Ni 2.0-6.0，Mo 0.2-2.5，Ti 0.01-0.08，B 0.0002-0.008，RE 0.01-0.5，S≤0.01，P≤0.01，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料焊接用氣體保護(hù)焊絲的材料領(lǐng)域。更適用于制備超低碳高強(qiáng)度的氣體保護(hù)焊絲材料。組成該焊絲的化學(xué)成分(重量％)為C0.01－0.05，Mn 1.00－3.00，Si 0.1－1.0，Ni 2.0－6.0，Mo 0.2－2.5，Ti 0.01－0.08，B 0.0002－0.008，RE 0.01－0.5，S≤0.01，P≤0.01，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)。采用本發(fā)明焊絲與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有成份設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理、使用方便，施焊后焊縫處金屬冷裂紋敏感性小，而且焊縫處金屬與母材性能結(jié)果相近等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K35/22GK1413795SQ02158129
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者田志凌, 馬成勇, 何長(zhǎng)紅, 張曉牧, 彭云 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院