專利名稱：低合金鋼焊接金屬以及粉芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用粉芯焊絲的氣體保護(hù)電弧焊形成并且拉伸強(qiáng)度約為490～670MPa的低合金鋼焊接金屬，以及涉及一種用于提供所述低合金鋼焊接金屬的粉芯焊絲。更具體而言，本發(fā)明涉及具有良好低溫韌性的低合金鋼焊接金屬，以及用于提供所述低合金鋼焊接金屬的粉芯焊絲。
背景技術(shù)：
近年來，能源開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入到更冷的陸地和海上區(qū)域，而這些地方的部件要使用適用于低溫的鋼進(jìn)行制造。然而，除現(xiàn)有技術(shù)中對正常低溫韌性的要求之外，在寒冷的陸地和海上區(qū)域的這些部件的設(shè)計還要考慮它們運轉(zhuǎn)的陸地和海上區(qū)域的氣候條件，因此需要韌性更高的鋼。此外，為了在無需技巧的情況下獲得高效率的焊接，對于將粉芯焊絲應(yīng)用于這種低溫鋼焊接中的需求也已增大。
在這樣一種背景下，例如，JP-A-263283/2000公開了一種通過控制焊接金屬的化學(xué)成分和固溶體Ti含量以改善在低溫下的焊接金屬韌性的技術(shù)。上面提到的專利文獻(xiàn)中公開的已知技術(shù)集中于針狀鐵素體在原始奧氏體晶粒中的形成。
盡管在上述現(xiàn)有技術(shù)中，抑制了針狀鐵素體在原始奧氏體晶粒中的形成以改善韌性，但是在原始奧氏體晶界上的現(xiàn)象就根本沒有考慮。因此，當(dāng)焊接低溫鋼時，焊接金屬的韌性是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而取得的，并且本發(fā)明目的是通過對用于低溫的鋼進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊而在組裝部件時提供一種韌性改善的低溫鋼焊接金屬，以及用于提供該焊接金屬的粉芯焊絲。
在本發(fā)明的一個方面中，提供了通過使用粉芯焊絲的氣體保護(hù)電弧焊所獲得的具有良好低溫韌性的焊接金屬，所述粉芯焊絲包括鋼制外皮和填充到該鋼制外皮中的焊劑。這種焊接金屬包括C0.04～0.08質(zhì)量％、Si0.20～0.50質(zhì)量％、Mn0.80～1.70質(zhì)量％、Ti0.030～0.080質(zhì)量％、Ni0.30～3.00質(zhì)量％、Mo0.01～0.20質(zhì)量％、B0.0020～0.0070質(zhì)量％、O0.040～0.070質(zhì)量％、Al0.01質(zhì)量％或更少以及其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。滿足下列公式([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])＝0.20～0.60，其中[C]、[Mn]、[Ti]、[Si]和[O]分別表示C、Mn、Ti、Si和O的含量。
優(yōu)選地，在低合金鋼焊接金屬中，側(cè)板條鐵素體(ferrite side plates)在柱狀組織中的體積比可以為20質(zhì)量％或更低。
在本發(fā)明的另一方面中，所述粉芯焊絲包含鋼制外皮以及填充到該鋼制外皮中的焊劑，并且可以通過在下列組成極限內(nèi)的至少一種母材上進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊提供上述焊接金屬。所述母材的組成包括C0.03～0.15質(zhì)量％、Si0.10～0.50質(zhì)量％、Mn0.80～1.80質(zhì)量％、P0.02質(zhì)量％或更少、S0.02質(zhì)量％或更少、Ni0.01～3.00質(zhì)量％、Cr0.2質(zhì)量％或更少、Mo0.2質(zhì)量％或更少、Ti0.08質(zhì)量％或更少、Al0.05質(zhì)量％或更少、B0.005質(zhì)量％或更少以及其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
在這種情況下，對于體現(xiàn)本發(fā)明的粉芯焊絲的金屬粉芯焊絲而言，基于整條焊絲的總質(zhì)量計，該焊絲包括Fe92.0～98.5質(zhì)量％、C0.03～0.09質(zhì)量％、Mn1.0～2.5質(zhì)量％、Si0.20～0.60質(zhì)量％、Ti0.05～0.30質(zhì)量％(以Ti計算，其相當(dāng)于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量)、B0.003～0.012質(zhì)量％、Ni0.3～3.0質(zhì)量％、Mo0.01～0.20質(zhì)量％和Al0.05質(zhì)量％或更少。
備選地，對于體現(xiàn)本發(fā)明粉芯焊絲的用于船形焊(flat and horizontalfillet welding)的粉芯焊絲而言，基于整條焊絲的總質(zhì)量計，該焊絲包括Fe87～95質(zhì)量％、Ti1.0～2.6質(zhì)量％(以Ti計算，其相當(dāng)于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量)、C0.03～0.09質(zhì)量％、Mn1.0～2.5質(zhì)量％、Si0.20～0.60質(zhì)量％、B0.003～0.012質(zhì)量％、Ni0.3～3.0質(zhì)量％、Mo0.01～0.20質(zhì)量％和Al0.05質(zhì)量％或更少。
備選地，對于體現(xiàn)本發(fā)明粉芯焊絲的用于全位置焊接的二氧化鈦系粉芯焊絲而言，基于整條焊絲的總質(zhì)量計，該焊絲包括Fe85～93質(zhì)量％、Ti2.4～3.6質(zhì)量％(以Ti計算，其相當(dāng)于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量)、C0.03～0.09質(zhì)量％、Mn1.0～2.5質(zhì)量％、Si0.20～0.60質(zhì)量％、B0.003～0.012質(zhì)量％、Ni0.3～3.0質(zhì)量％、Mo0.01～0.20質(zhì)量％和Al0.05質(zhì)量％或更少。
根據(jù)本發(fā)明，焊接金屬的組成按如上所述設(shè)定，并且要滿足下列公式([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])＝0.20～0.60。這樣就可以防止在焊接金屬的柱狀組織中的原始奧氏體晶界上出現(xiàn)側(cè)板條鐵素體，從而獲得傳統(tǒng)的焊接金屬所不能獲得的良好的低溫韌性。此外，粉芯焊絲的合適組成可以提供具有良好低溫韌性的上述焊接金屬。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以進(jìn)一步提高在低溫下使用的部件的穩(wěn)定性。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參考附圖
中所說明的本發(fā)明的示范性實施方案進(jìn)行描述。
(1)焊接金屬首先，下面將詳細(xì)描述限制本發(fā)明焊接金屬組成的理由。
″C(碳)″合適量的碳由于穩(wěn)定了滲碳體，因而具有穩(wěn)定韌性的作用。如果C含量在焊接金屬中低于0.04質(zhì)量％，則韌性的穩(wěn)定作用變小。如果C含量大于0.08質(zhì)量％，則耐熱裂性將降低。因此，C含量優(yōu)選在0.05～0.07質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
″Si(硅)″硅起著脫氧劑的作用，同時又影響微觀結(jié)構(gòu)。如果Si的含量大，則從原始奧氏體晶界上出現(xiàn)高比例的側(cè)板條鐵素體，從而導(dǎo)致韌性降低。如果在焊接金屬中的Si含量低于0.20質(zhì)量％，則可能由于不充足的脫氧作用出現(xiàn)氣孔。如果Si含量高于0.50質(zhì)量％，則不能抑制在上述原始奧氏體晶界上出現(xiàn)側(cè)板條鐵素體，從而導(dǎo)致焊接金屬的韌性降低。因此，Si含量優(yōu)選在0.25～0.45質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
″Mn(錳)″
錳起著脫氧劑的作用，同時又影響焊接金屬的強(qiáng)度和韌性。如果在焊接金屬中Mn含量低于0.80質(zhì)量％，則焊接金屬的強(qiáng)度不夠，并且它的韌性降低。如果Mn含量高于1.70質(zhì)量％，則金屬的強(qiáng)度和它的淬硬性變得過度，導(dǎo)致韌性降低。因此，Mn含量優(yōu)選在0.90～1.60質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
″Ti(鈦)″鈦在焊接金屬中作為氧化物或固溶體存在。氧化物形式的Ti元素充當(dāng)原始奧氏體晶界上的針狀鐵素體的晶核，有助于改善焊接金屬的韌性。也就是說，在原始奧氏體晶界上，針狀鐵素體利用作為它的晶核的Ti氧化物形成。針狀鐵素體具有有助于結(jié)構(gòu)小型化以改善其韌性的作用。如果在焊接金屬中的Ti含量低于0.30質(zhì)量％，則晶核不能充分形成，因此鐵素體變粗導(dǎo)致焊接金屬的韌性降低。相反，如果Ti含量高于0.080質(zhì)量％，則固溶體Ti的量過高，因而焊接金屬的強(qiáng)度過高，同時它的韌性降低。因此，Ti含量優(yōu)選在0.040～0.070質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
″Ni(鎳)″鎳具有使脆性斷裂的轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變到更低溫度的作用，由此而改善了焊接金屬的韌性。然而，過量加入Ni，容易在焊接金屬中引起熱裂(固化裂紋)。如果焊接金屬中Ni含量低于0.30質(zhì)量％，則焊接金屬的韌性不會改善那么多。相反，如果Ni含量高于3.00質(zhì)量％，則耐熱裂性降低。因此，Ni含量優(yōu)選在0.35～2.80質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
″Mo(鉬)″為了確保焊接金屬的強(qiáng)度，鉬以0.01質(zhì)量％或更多的量加入。過量加入Mo會使脆性斷裂的轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)移到更高溫度，從而導(dǎo)致焊接金屬的韌性降低。焊接金屬中0.20質(zhì)量％或更低的Mo含量幾乎不影響焊接金屬的韌性降低。因此，Mo含量優(yōu)選在0.01～0.15質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
″B(硼)″硼具有防止由于鐵素體偏析進(jìn)入原始奧氏體晶界而出現(xiàn)晶界鐵素體的作用，因而改善焊接金屬的韌性。過量加入B，容易在焊接金屬中引起熱裂(固化裂紋)。如果焊接金屬中B含量低于0.0020質(zhì)量％，則焊接金屬的韌性不會改善那么多。相反，如果B含量高于0.0070質(zhì)量％，則焊接金屬的耐熱裂性降低。因此，B含量優(yōu)選在0.0025～0.0060質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
″O(氧)″假定在焊接金屬中的大部分氧以氧化物的形式存在。增加O含量降低了在沖擊試驗中焊接金屬的上架能量(upper shelf energy)。因此，為了在焊接金屬中獲得更高韌性，重要的是將O含量降低到更低的水平。在粉芯焊絲中將O含量降低到更低水平顯著地降低了焊接的加工性能(這導(dǎo)致濺出物增加、降低了全位置焊接的可焊接性能，等等)，這是不實用的。在本發(fā)明中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在焊接金屬中的O含量為0.040～0.070質(zhì)量％可以確保在低溫下焊接金屬的韌性。也就是說，如果在焊接金屬中O含量低于0.040質(zhì)量％，則焊接的加工性能顯著降低。相反，如果O含量高于0.070質(zhì)量％，則上架能量降低，導(dǎo)致韌性降低。因此，O含量優(yōu)選在0.040～0.060質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
″Al(鋁)″鋁以氧化物形式存在于焊接金屬中，以防止由在原始奧氏體晶界中的Ti氧化物導(dǎo)致的針狀鐵素體晶核的形成。在焊接金屬中，如果Al含量為0.01質(zhì)量％或更低，則針狀鐵素體晶核的形成降低。優(yōu)選地，Al含量為0.008質(zhì)量％或更低。
″([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])″注意，為了確保低溫韌性，盡管在低溫下的焊接金屬的韌性可以通過將上述每一種元素的組成限制在某種程度上來獲得，但是申請人發(fā)現(xiàn)([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])在0.20～0.60的范圍內(nèi)可以獲得足夠的低溫韌性。([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])低于0.20會導(dǎo)致淬硬性和上架能量的降低，并且增加側(cè)板條鐵素體的比例，因此導(dǎo)致焊接金屬的韌性降低。如果([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])高于0.60，會由于過度的淬硬性而降低焊接金屬的韌性。作為微觀結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果，具有良好低溫韌性的焊接金屬的柱狀組織中的側(cè)板條鐵素體的體積比為20體積％或更小，并且優(yōu)選16體積％或更小。
由晶界成核引起的改進(jìn)結(jié)構(gòu)成長為晶粒，從而形成側(cè)板條鐵素體。通過控制存在于晶粒中的氧化物基夾雜物的出現(xiàn)以及由該氧化物基夾雜物成核所引起的在晶粒中的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，可以使這種生長停止。據(jù)認(rèn)為，上述參數(shù)設(shè)定在0.20～0.60的范圍之內(nèi)可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)晶粒中的氧化物基夾雜物和晶粒中的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。
″焊接金屬的余量″焊接金屬的余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。不可避免的雜質(zhì)包括，例如，P、S、Cu、Cr、V、Nb、Zr、Co和Sn。優(yōu)選地，P降低到0.02質(zhì)量％或更少、S降低到0.02質(zhì)量％或更少、Cu降低到0.3質(zhì)量％或更少(當(dāng)鋼制外皮應(yīng)用鍍Cu時，包括部分受到鍍Cu時)、Cr降低到0.1質(zhì)量％或更少、V降低到0.05質(zhì)量％或更少、Nb降低到0.05質(zhì)量％或更少、Zr降低到0.01質(zhì)量％或更少、Co降低到0.01質(zhì)量％或更少、或Sn降低到0.02質(zhì)量％或更少。
(2)粉芯焊絲滿足下列范圍的金屬粉芯焊絲、用于船形焊的粉芯焊絲以及用于全位置焊接的粉芯焊絲都可以加以應(yīng)用，因為它們充分地滿足焊接金屬所必需的力學(xué)性質(zhì)和焊接可用性。
″C(碳)″為了在焊接金屬中獲得0.04～0.08質(zhì)量％的C含量，基于粉芯焊絲的總質(zhì)量計，粉芯焊絲的C含量設(shè)定在0.03～0.09質(zhì)量％范圍之內(nèi)，并且優(yōu)選在0.04～0.08質(zhì)量％范圍之內(nèi)。注意，碳源包括，例如，石墨、Fe-Mn、Fe-Si以及加入鋼制外皮中的C的添加物，并且碳源可以用來加入來自焊劑和鋼制外皮中的任何一種的C。
″Si(硅)″為了在焊接金屬中獲得0.20～0.50質(zhì)量％的Si含量，以粉芯焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，粉芯焊絲的Si含量設(shè)定在0.20～0.60質(zhì)量％的范圍之內(nèi)，并且優(yōu)選在0.25～0.55質(zhì)量％的范圍之內(nèi)。注意，包括，例如，F(xiàn)e-Si、Si-Mn、以及加入鋼制外皮中的Si的添加物，并且硅源可以用來加入來自焊劑和鋼制外皮中的任何一種的Si。
″Mn(錳)″為了在焊接金屬中獲得0.80～1.70質(zhì)量％的Mn含量，以粉芯焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，粉芯焊絲的Mn含量設(shè)定在1.0～2.50質(zhì)量％的范圍之內(nèi)，并且優(yōu)選在1.1～2.4質(zhì)量％的范圍之內(nèi)。注意，錳源包括，例如，金屬Mn、Fe-Mn、Si-Mn以及加入鋼制外皮中的Mn的添加物，并且錳源可以用來加入來自焊劑和鋼制外皮中的任何一種的Mn。
″Ti(鈦)″為了在焊接金屬中獲得0.030～0.080質(zhì)量％的Ti含量，粉芯焊絲的Ti含量(包含在Ti合金和Ti氧化物的Ti含量)在金屬粉芯焊絲中設(shè)定在0.05～0.30質(zhì)量％的范圍之內(nèi)，在用于船形焊的粉芯焊絲中設(shè)定在1.0～2.6質(zhì)量％的范圍之內(nèi)，或在用于全位置焊接的粉芯焊絲中設(shè)定在2.4～3.6質(zhì)量％的范圍之內(nèi)。注意，鈦源包括，例如，蕓香苷、二氧化鈦、Fe-Ti、以及加入到鋼制外皮中的Ti的添加物，并且鈦源可以用來加入來自焊劑和鋼制外皮中的任何一種的Ti。根據(jù)應(yīng)用情況，即，根據(jù)所需洗爐成分的量，必須改變焊絲的每一種Ti源含量?？紤]到焊接金屬的Ti主要來源于Ti合金，為了獲得具有預(yù)期Ti含量的焊接金屬，焊絲的Ti含量要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。
″B(硼)″為了在焊接金屬中獲得0.0020～0.0070質(zhì)量％的B含量，以焊劑的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，粉芯焊絲的B含量設(shè)定在0.003～0.012質(zhì)量％的范圍之內(nèi)，并且優(yōu)選在0.004～0.011質(zhì)量％的范圍之內(nèi)。注意，硼源包括，例如，F(xiàn)e-Si-B合金。
″Ni(鎳)″為了在焊接金屬中獲得0.30～3.00質(zhì)量％的Ni含量，以粉芯焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，粉芯焊絲的Ni含量設(shè)定在0.3～3.0質(zhì)量％的范圍之內(nèi)，并且優(yōu)選在0.3～2.9質(zhì)量％的范圍之內(nèi)。注意，鎳源包括，例如，金屬Ni、Ni-Mg、以及加入鋼制外皮中的Ni的添加物，并且鎳源可以用來加入來自焊劑和鋼制外皮中的任何一種的Ni。
″Mo(鉬)″為了在焊接金屬中獲得0.01～0.20質(zhì)量％的Mo含量，以粉芯焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，粉芯焊絲的Mo含量設(shè)定在0.01～0.20質(zhì)量％的范圍之內(nèi)，并且優(yōu)選在0.01～0.15質(zhì)量％的范圍之內(nèi)。注意，鉬源包括，例如，金屬Mo、Fe-Mo、以及加入鋼制外皮中的Mo的添加物，并且鉬源可以用來加入來自焊劑和鋼制外皮中的任何一種的Mo。
″Al(鋁)″為了使焊接金屬的Al含量限制到0.01質(zhì)量％或更少，以焊劑的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，粉芯焊絲的Al含量設(shè)定為0.05質(zhì)量％或更少。
″Fe(鐵)″在用于低合金鋼焊接的粉芯焊絲中，除了合金成分之外，根據(jù)應(yīng)用情況，還可以向其加入造渣劑、電弧穩(wěn)定劑，等等。根據(jù)粉芯焊絲的種類，這些都具有它們各自合適范圍的Fe。也就是說，對于金屬粉芯焊絲，如果Fe含量基于焊絲的總質(zhì)量計為小于92.0質(zhì)量％，則出現(xiàn)大量的爐渣，因此鑒于焊絲的焊接可用性(少量的爐渣)的良好性能會消失。如果鐵含量大于98.5質(zhì)量％，則不能加入必要的合金成分。對于用于船形焊的粉芯焊絲，如果Fe含量小于87質(zhì)量％，則出現(xiàn)大量的爐渣，因此焊絲的耐多孔性在涂底漆的鋼板等中降低。如果鐵含量大于95質(zhì)量％，則不能加入必要的合金成分。對于用于全位置焊接的粉芯焊絲，如果鐵含量大于85質(zhì)量％，則爐渣過度地出現(xiàn)，因此焊接缺陷如爐渣夾雜物可能出現(xiàn)。如果鐵含量大于93質(zhì)量％，則不能加入必要的合金成分。注意，鐵源包括，例如，在焊劑和鋼制外皮中的鐵粉、鐵基合金、等。
″ZrO2″以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，如果焊劑的ZrO2含量小于0.02質(zhì)量％，則在船形焊中將降低焊珠的均勻度。相反，如果ZrO2的含量高于0.50質(zhì)量％，則在水平角焊中焊絲的等腳(isopod)特征將降低。此外，焊珠在靜止?fàn)顟B(tài)的形狀是凸?fàn)?。?yōu)選地，ZrO2含量在0.05～0.45質(zhì)量％的范圍之內(nèi)。注意，ZrO2源包括例如鋯砂、氧化鋯、等等。
″Al2O3″基于焊絲的總質(zhì)量計，如果焊劑的Al2O3含量小于0.02質(zhì)量％，則在船形焊中將降低焊珠的均勻度。相反，如果Al2O3含量高于0.80質(zhì)量％，則在船形焊中焊珠的一致性將降低。此外，增加了濺出物出現(xiàn)的數(shù)量。因此，Al2O3含量優(yōu)選在0.05～0.60質(zhì)量％的范圍內(nèi)。注意，Al2O3源包括，例如，氧化鋁。
″SiO2″基于焊絲的總質(zhì)量計，如果焊劑的SiO2含量小于0.1質(zhì)量％，則在船形焊中將降低焊珠的均勻度。相反，當(dāng)SiO2含量高于0.5質(zhì)量％時，在水平角焊中焊絲的耐多孔性將降低。此外，焊珠在靜止?fàn)顟B(tài)中的形狀是凸?fàn)?。?yōu)選地，SiO2含量在0.15～0.45質(zhì)量％的范圍。注意，SiO2源包括，例如，二氧化硅、鉀玻璃、鈉玻璃等等。
″Mg″基于焊絲的總質(zhì)量計，如果焊劑的Mg含量小于0.2質(zhì)量％，則焊絲不能進(jìn)行充分脫氧作用，導(dǎo)致焊絲韌性降低。如果Mg含量高于1.0質(zhì)量％，則濺出物的數(shù)量增加，因而降低了焊絲的焊接可用性。優(yōu)選地，Mg含量在0.25～0.9質(zhì)量％的范圍內(nèi)。注意，Mg源包括，例如，金屬Mg、Al-Mg、Ni-Mg等等。
″其它材料″除了在此處公開的合金元素之外，可以根據(jù)需要加入其它合金元素和/或電弧穩(wěn)定劑。粉芯焊絲可以具有在1.0～2.0mm范圍之內(nèi)的任意直徑，并且考慮到實際使用，優(yōu)選在1.2～1.6mm之內(nèi)。粉芯焊絲的截面形狀沒有特別地限制，存不存在縫以及焊絲的內(nèi)部形狀都可以任意地設(shè)定。
(3)母材在本發(fā)明中，為了獲得所附權(quán)利要求1中所述的焊接金屬，使用的焊接母材的成分包括C0.03～0.15質(zhì)量％，Si0.10～0.50質(zhì)量％，Mn0.80～1.80質(zhì)量％，P0.02質(zhì)量％或更少，S0.02質(zhì)量％或更少，Ni0.01～3.00質(zhì)量％，Cr0.2質(zhì)量％或更少，Mo0.2質(zhì)量％或更少，Ti0.08質(zhì)量％或更少，Al0.05質(zhì)量％或更少，B0.005質(zhì)量％或更少，Cu0.3質(zhì)量％或更少，V0.05質(zhì)量％或更少，Nb0.05質(zhì)量％或更少，
Zr0.01質(zhì)量％或更少，Co0.01質(zhì)量％或更少，Sn0.02質(zhì)量％或更少，F(xiàn)e94～99質(zhì)量％，和余量為不可避免的雜質(zhì)。
實施例1具有如表1所示組成的粉芯焊絲(焊絲直徑為1.2mm)通過將13～20質(zhì)量％的焊劑填充到低碳鋼制外皮中進(jìn)行制造。使用這些粉芯焊絲，性能確定測試進(jìn)行如下。
測試1.對接焊(butt welding)使用在表1～3中所示的粉芯焊絲，以及具有表4所示組成的低溫鋼板，焊接金屬通過在表5所示測試條件下的焊接制得。所得焊接金屬的力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)通過表6所示的測試方法檢測。至于力學(xué)性質(zhì)，拉伸強(qiáng)度為490MPa或更高以及吸收能量為80J或更高的焊絲被測定為合格的。如表1所示的焊絲編號1～編號5具有在本發(fā)明權(quán)利要求3規(guī)定的金屬粉芯焊絲的組成范圍內(nèi)的相應(yīng)組成。表2所示的焊絲編號7～編號11具有在本發(fā)明權(quán)利要求4中規(guī)定的用于船形焊的粉芯焊絲的組成范圍之內(nèi)的相應(yīng)組成。表3所示的焊絲編號13～編號17具有在本發(fā)明權(quán)利要求5中規(guī)定的用于全位置焊接的二氧化鈦系粉芯焊絲的組成范圍之內(nèi)的相應(yīng)組成。表1所示的焊絲編號6具有只偏離權(quán)利要求3中規(guī)定的Mn含量范圍的Mn含量。表2中所示的焊絲編號12具有只偏離權(quán)利要求4中規(guī)定的Mn含量范圍的Mn含量。如表3中所示的焊絲編號18具有只偏離權(quán)利要求5中規(guī)定的Mn含量范圍的Mn含量。
表1

表2

表3

表4

表5

表6

表2.耐熱裂性使用在表1～3中所示的粉芯焊絲，以及具有表4所示組成的低溫鋼板，通過在表7所示的測試條件下焊接得到焊接金屬。所得焊接金屬的耐熱裂性通過C-形夾具固定的對接焊抗裂試驗(FISCO TEST)進(jìn)行檢測。裂紋長度對損壞焊珠的焊珠長度(質(zhì)量％)的比值設(shè)定為裂紋比率。裂紋比率為10質(zhì)量％或更小的焊絲測定為合格(包括弧坑裂紋)。
表7

測試3.水平角焊測試(焊接可用性)使用在表2和3中所示的粉芯焊絲，以及具有表4所示組成的用于焊接結(jié)構(gòu)件的鋼板(涂無機(jī)鋅底漆的鋼板)，焊接金屬通過在表8所示的測試條件下焊接得到，并且測試焊接金屬的焊接可用性。
表8

上述測試1～3的結(jié)果示出在下列表9～12中。表9和10分別示出了在本發(fā)明實施例和比較例中的母材(表4)、焊接焊絲(表1～3)和焊接金屬組成(其余量包括Fe和不可避免的雜質(zhì))。在關(guān)于表9和10的公式的欄中，示出了通過公式([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])計算獲得的值。此外，表11和12示出了在本發(fā)明的實施例和比較例中的力學(xué)性質(zhì)、側(cè)板條鐵素體的比例、裂紋比率、以及焊接可用性。在表11和12中，母材A(參考表4)用于測量裂紋比率，母材C(參考表4)用于評定焊接可用性。注意到在有關(guān)焊接可用性的一欄中，標(biāo)記○表示良好狀態(tài)，而標(biāo)記×表示不好狀態(tài)。另外，對于不好狀態(tài)的原因描述在關(guān)于焊接可用性的一欄中。
側(cè)板條鐵素體的比例通過兩種方法來測量，即，一種方法是通過光學(xué)顯微鏡從圖像中讀取出側(cè)板條鐵素體的方法，另一種方法是通過使用EPSP(電子背向散射衍射圖)的方位角分析讀取出側(cè)板條鐵素體的方法。
表9

表10

表11

目標(biāo)值≥490≥80 ≤10％側(cè)板條鐵素體的比例(％)①通過視覺觀察讀取出側(cè)板條鐵素體②通過使用EBSP的方位角分析讀取出側(cè)板條鐵素體表12

目標(biāo)值≥490≥80 ≤10％側(cè)板條鐵素體的比例(％)①通過視覺觀察讀取出側(cè)板條鐵素體；②通過使用EBSP的方位角分析讀取出側(cè)板條鐵素體在實施例1～21中，焊接金屬的化學(xué)成分和([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])的值滿足本發(fā)明的相應(yīng)范圍。在每一種情況中，在低溫下的焊接金屬的韌性也是良好的。在比較例22～43中，焊接金屬的任一種化學(xué)成分和([C]×[Mn]×[Ti]/([Si]×[O])的值都偏離了本發(fā)明的范圍，因此在低溫下的焊接金屬的韌性不滿足目標(biāo)值，例如，80J。實施例1～21采用編號1～12的焊接焊絲。使用編號1～18的焊接焊絲可以提供在本發(fā)明實施例中的焊接金屬，因此焊接金屬的其它性能(耐熱裂性和焊接可用性)從實用角度來說是沒有問題的。尤其是編號7～11的焊接焊絲適用于水平角焊(具有良好的焊接可用性)。編號13～17的焊接焊絲適合使用于垂直向上角焊(具有良好的焊接可用性)。編號7～11的焊接焊絲適宜作為用于船形焊的焊絲。編號13～17的焊接焊絲適宜作為用于全位置焊接的二氧化鈦系焊接焊絲。相反，編號19～36的某些焊接焊絲具有高的裂紋比率，和/或不好的焊接可用性。因此，編號19～36的這些焊絲不能提供根據(jù)本發(fā)明實施例的焊接金屬。
權(quán)利要求
1.一種焊接金屬，通過使用粉芯焊絲的氣體保護(hù)電弧焊而獲得，所述粉芯焊絲包括鋼制外皮和填充到所述鋼制外皮中的焊劑，其特征在于，所述焊接金屬包含C0.04～0.08質(zhì)量％；Si0.20～0.50質(zhì)量％；Mn0.80～1.70質(zhì)量％；Ti0.030～0.080質(zhì)量％；Ni0.30～3.00質(zhì)量％；Mo0.01～0.20質(zhì)量％；B0.0020～0.0070質(zhì)量％；O0.040～0.070質(zhì)量％；和Al0.01質(zhì)量％或更少；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中滿足下式([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])＝0.20～0.60其中[C]、[Mn]、[Ti]、[Si]和[O]分別表示C、Mn、Ti、Si和O的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接金屬，其特征在于，在柱狀組織中的側(cè)板條鐵素體的體積分?jǐn)?shù)為20％或更少。
3.一種金屬粉芯焊絲，包括鋼制外皮、以及填充到所述鋼制外皮中的焊劑，其特征在于，所述焊絲用于在至少一種母材上進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊，從而獲得根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的焊接金屬，其中，所述焊絲相對于整條焊絲的總質(zhì)量包含F(xiàn)e92.0～98.5質(zhì)量％；C0.03～0.09質(zhì)量％；Mn1.0～2.5質(zhì)量％；Si0.20～0.60質(zhì)量％；Ti0.05～0.30質(zhì)量％，相當(dāng)于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量；B0.003～0.012質(zhì)量％；Ni0.3～3.0質(zhì)量％；Mo0.01～0.20質(zhì)量％；和Al0.05質(zhì)量％或更少，并且所述母材包含C0.03～0.15質(zhì)量％；Si0.10～0.50質(zhì)量％；Mn0.80～1.80質(zhì)量％；P0.02質(zhì)量％或更少；S0.02質(zhì)量％或更少；Ni0.01～3.00質(zhì)量％；Cr0.2質(zhì)量％或更少；Mo0.2質(zhì)量％或更少；Ti0.08質(zhì)量％或更少；Al0.05質(zhì)量％或更少；和B0.005質(zhì)量％或更少；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
4.一種粉芯焊絲，用于船形焊，包括鋼制外皮和填充到所述鋼制外皮中的焊劑，其特征在于，所述焊絲用于在至少一種母材上進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊，從而獲得根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的焊接金屬，其中，所述焊絲相對于整條焊絲的總質(zhì)量包含F(xiàn)e87～95質(zhì)量％；Ti1.0～2.6質(zhì)量％，相當(dāng)于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量；C0.03～0.09質(zhì)量％；Mn1.0～2.5質(zhì)量％；Si0.20～0.60質(zhì)量％；B0.003～0.012質(zhì)量％；Ni0.3～3.0質(zhì)量％；Mo0.01～0.20質(zhì)量％；和Al0.05質(zhì)量％或更少，并且所述母材包含C0.03～0.15質(zhì)量％；Si0.10～0.50質(zhì)量％；Mn0.80～1.80質(zhì)量％；P0.02質(zhì)量％或更少；S0.02質(zhì)量％或更少；Ni0.01～3.00質(zhì)量％；Cr0.2質(zhì)量％或更少；Mo0.2質(zhì)量％或更少；Ti0.08質(zhì)量％或更少；Al0.05質(zhì)量％或更少；和B0.005質(zhì)量％或更少；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
5.一種二氧化鈦系粉芯焊絲，用于全位置焊接，包括鋼制外皮、和填充到所述鋼制外皮中的焊劑，其特征在于，所述焊絲用于在至少一種母材上進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊，從而獲得根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的焊接金屬，其中，所述焊絲相對于整條焊絲的總質(zhì)量，包含F(xiàn)e85～93質(zhì)量％；Ti2.4～3.6質(zhì)量％，相當(dāng)于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量；C0.03～0.09質(zhì)量％；Mn1.0～2.5質(zhì)量％；Si0.20～0.60質(zhì)量％；B0.003～0.012質(zhì)量％；Ni0.3～3.0質(zhì)量％；Mo0.01～0.20質(zhì)量％；和Al0.05質(zhì)量％或更少，并且所述母材包含C0.03～0.15質(zhì)量％；Si0.10～0.50質(zhì)量％；Mn0.80～1.80質(zhì)量％；P0.02質(zhì)量％或更少；S0.02質(zhì)量％或更少；Ni0.01～3.00質(zhì)量％；Cr0.2質(zhì)量％或更少；Mo0.2質(zhì)量％或更少；Ti0.08質(zhì)量％或更少；Al0.05質(zhì)量％或更少；和B0.005質(zhì)量％或更少；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低溫鋼焊接金屬和用于提供該焊接金屬的粉芯焊絲，當(dāng)通過進(jìn)行低溫鋼的氣體保護(hù)電弧焊而組裝部件時，所述焊接金屬的韌性獲得改善。所述焊接金屬包含C0.04～0.08質(zhì)量％、Si0.20～0.50質(zhì)量％、Mn0.80～1.70質(zhì)量％、Ti0.030～0.080質(zhì)量％、Ni0.30～3.00質(zhì)量％、Mo0.01～0.20質(zhì)量％、B0.0020～0.0070質(zhì)量％、O0.040～0.070質(zhì)量％、Al0.01質(zhì)量％或更少以及其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。滿足下列公式([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])＝0.20～0.60，其中[C]、[Mn]、[Ti]、[Si]和[O]分別表示C、Mn、Ti、Si和O的含量。
文檔編號B23K35/22GK1840728SQ20061007161
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者末永和之, 日高武史, 岡崎喜臣 申請人:株式會社神戶制鋼所