高強(qiáng)度高韌性高耐候氣保焊焊絲制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及高強(qiáng)度高韌性高耐候氣保焊焊絲。其解決目前在高強(qiáng)度高韌性高耐候鋼種進(jìn)行焊接的焊接材料缺乏匹配性，尤其耐大氣腐蝕性能差的問(wèn)題。其技術(shù)措施：其在于組成的化學(xué)成分（重量％）為：Ｃ：０．０４～０．１２，Ｓｉ：０．４０～０．８０，Ｍｎ：１．４０～２．０，Ｐ≤０．０２０，Ｓ≤０．０１５，Ｎｉ：０．４０～１．０，Ｃｒ：０．２０～０．５０，Ｔｉ：０．０６～０．２０，Ｃｕ：０．３０～０．５０，Ｂ：０．００２～０．００７９，Ａｌｓ≤０．０２，余量為Ｆｅ及其它不可避免的夾雜。該焊絲采用混合氣體（８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ↓［２］）作為保護(hù)氣體進(jìn)行焊接。其焊接接頭具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能及機(jī)械性能，焊縫抗拉強(qiáng)度達(dá)７３５ＭＰａ，焊縫沖擊功Ａｋｖ（－４０℃）達(dá)到１８２Ｊ，Ａｋｖ（－６０℃）沖擊功達(dá)到１７３Ｊ。特別適用于鐵路橋梁、管線等重要構(gòu)件的氣體保護(hù)焊接。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種金屬材料焊接用的氣體保護(hù)焊絲材料，尤其適用于焊接高強(qiáng)度高韌性且具有高耐候性能要求的鋼種的氣體保護(hù)焊焊絲。
技術(shù)介紹
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸行業(yè)已進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。近年來(lái)，我國(guó)鐵路先后進(jìn)行了五次大面積提速，初步形成了“四縱兩橫”的提速網(wǎng)絡(luò)。為滿足鐵路提速減重以及跨海大橋、軍工艦船、石油管線等要求其鋼種高耐候、高強(qiáng)度、高韌性并要求強(qiáng)度級(jí)別達(dá)到500-700MPa的需求，故對(duì)焊接接頭的性能也提出了更高的要求，焊接接頭必須具有與基材相當(dāng)?shù)膹?qiáng)韌性及耐候性能，強(qiáng)度級(jí)別也要達(dá)到500-700MPa。相應(yīng)的焊接材料也必須同時(shí)滿足這種要求，并且還要經(jīng)濟(jì)性。但目前市場(chǎng)尚無(wú)能滿足需求的相應(yīng)氣保護(hù)焊絲品種。現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有耐候鋼氣體保護(hù)焊絲，原鐵道部部標(biāo)TB/T2374-1999的技術(shù)要求WER44-8I、WER44-8II兩種耐候氣保護(hù)焊絲強(qiáng)度級(jí)別為440Mpa，遠(yuǎn)不能需足鐵路提速減重高級(jí)別新鋼種的發(fā)展需求。公開(kāi)號(hào)為CN1413795A專利申請(qǐng)，其主要使為了實(shí)現(xiàn)施焊后焊縫處金屬冷裂紋的敏感性小、焊縫處金屬與母材性能結(jié)果相近的目的。但未能解決高級(jí)別耐候系列結(jié)構(gòu)鋼種的相匹配的焊接材料耐大氣腐蝕的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供焊接性能穩(wěn)定，飛濺小，無(wú)氣孔、焊縫處金屬與高級(jí)別耐候系列結(jié)構(gòu)鋼種性能相匹配的高強(qiáng)度高韌性高耐候氣體保護(hù)焊絲。實(shí)現(xiàn)上述目的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
高強(qiáng)度高韌性高耐候氣保焊焊絲，其特征在于組成該焊絲的化學(xué)成分(重量％)為C0.04～0.12，Si0.40～0.80，Mn1.40～2.0，P≤0.020，S≤0.015，Ni0.40～1.0，Cr0.20～0.50，Ti0.06～0.20，Cu0.30～0.50，B0.002～0.0079，Als≤0.02，余量為Fe和其它不可避免的夾雜。本專利技術(shù)的實(shí)施是通過(guò)混合氣體(80％Ar+20％CO2)保護(hù)進(jìn)行焊接。焊絲中加入合適的Ti、B、Ni、Cr、Cu等微量合金元素，以促使在焊縫金屬中產(chǎn)生大量高密度位錯(cuò)的細(xì)針狀鐵素體組織。其具體作用金屬元素Ti、B在焊縫中聯(lián)合加入Ti、B，可限制先共析鐵素體的轉(zhuǎn)變，而擴(kuò)大針狀鐵素體轉(zhuǎn)變的區(qū)域，從而在焊縫中可穩(wěn)定獲得大量的針狀鐵素體。還有利于抑制焊縫中奧氏體晶粒長(zhǎng)大，推遲奧氏體到鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度，促使焊縫金屬晶內(nèi)針狀鐵素體的形成，細(xì)化二次晶粒。焊絲中加入Ti可以細(xì)化焊縫金屬組織。Ti與N具有極高的親和力，Ti與N結(jié)合成TiN質(zhì)點(diǎn)，作為晶核，促使焊縫中針狀鐵素體的形成。固溶的B在奧氏體晶界聚集降低晶界能量，能控制先共析鐵素體的析出，B還能推遲奧氏體→鐵素體相轉(zhuǎn)變溫度，有利于晶粒內(nèi)針狀鐵素體的形成。金屬元素Si、Mn在焊絲中加入Si、Mn，以使其在過(guò)渡到焊縫中時(shí)，通過(guò)脫氧反應(yīng)形成氧化物夾雜或氧硫復(fù)合物夾雜。還有一部分夾雜物是Ti脫氮形成的氮化物。這些夾雜物可作為針狀鐵素體的形核質(zhì)點(diǎn)。形核質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量直接決定針狀鐵素體針片的大小。Si控制在0.40-0.80％，在焊接時(shí)起脫氧作用與強(qiáng)化焊縫作用。Mn控制在1.40-2.0％，Mn是焊縫強(qiáng)韌化的有效元素，在焊縫中有利于脫氧，防止引起熱裂紋的鐵硫化物的形成。金屬C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu諸元素，可以提高焊縫金屬的淬透性，抑制先共析鐵素體的產(chǎn)生，促進(jìn)針狀鐵素體的形成。焊絲中C控制在0.04-0.12％，C元素含量對(duì)焊縫的強(qiáng)韌性及其組織組成有較大的影響。當(dāng)C含量較低時(shí)，焊縫強(qiáng)度較低，焊縫金屬中鐵素體比例較高。當(dāng)C含量較高時(shí)，焊縫韌性下降，焊縫中珠光體比例增加。因此C含量過(guò)高或過(guò)低均會(huì)影響焊縫中針狀鐵素體含量。焊絲中Ni有利于提高焊縫金屬的韌性尤其是低溫沖擊韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。Ni控制在0.40-1.0％。Ni含量太高時(shí)，不僅導(dǎo)致焊絲強(qiáng)度及硬度過(guò)高、使焊縫與母材成分差別加大，也使焊絲成本增加。適量的Cu、Cr對(duì)焊縫有強(qiáng)化作用，以增加焊縫的耐大氣腐蝕性能。Cu含量小于0.5％時(shí)，以固溶強(qiáng)化方式提高焊縫強(qiáng)度，并降低針狀鐵素體起始轉(zhuǎn)變溫度，提高針狀鐵素體含量；當(dāng)Cu含量大于0.5％時(shí)，以析出方式強(qiáng)化焊縫，但對(duì)焊縫韌性不利。因此將焊絲中Cu含量控制在0.20～0.50％。焊縫中含一定的Cr元素有利于提高焊縫中針狀鐵素體含量，減少先共析鐵素體，并有細(xì)化鐵素體晶粒的作用，提高焊縫強(qiáng)韌性。Cr還有助于保持焊縫熱處理后性能維持在較高的水平。Als元素有利于在焊縫中脫氧，為了提高焊縫金屬的韌性，但含量應(yīng)控制在小于0.01％較低范圍內(nèi)為好。S、P、元素為有害元素，故將其含量控制在較低范圍內(nèi)，以提高焊縫純凈度和焊接性能及進(jìn)一步提高焊縫耐候性能。本專利技術(shù)氣體保護(hù)焊絲材料的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)制備方法相同。本專利技術(shù)氣體保護(hù)焊絲具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本焊絲鋼冶煉工藝穩(wěn)定易于實(shí)現(xiàn)，鋼坯的軋制及焊絲拉撥、鍍銅等性能優(yōu)良，滿足鐵路提速減重以及跨海大橋、軍工艦船、石油管線等要求其鋼種高耐候、高強(qiáng)度、高韌性系列鋼種的焊接技術(shù)要求。2、本專利技術(shù)焊絲用于500-700MPa強(qiáng)度級(jí)別鋼種的焊接，焊絲具有優(yōu)良的焊接工藝性能，焊接電弧穩(wěn)定，飛濺小，無(wú)氣孔、成型美觀，適應(yīng)于全位置焊接，焊縫具有與基材相當(dāng)高的強(qiáng)韌性匹配性能和優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能。四、具體實(shí)施方案下面用實(shí)施例進(jìn)一步詳述本專利技術(shù)實(shí)施例1利用0.5噸電爐冶煉該焊絲，經(jīng)軋制和拉撥成焊絲，焊絲直徑1.2mm，表面鍍銅。其組成的化學(xué)成分(重量％)為C0.06，Si0.49，Mn1.81，S0.005，P0.010，Ni0.62，Cr0.26，Ti0.11，B0.006，Cu0.26，Als0.009，其余為Fe和其它不可避免的夾雜。采用富氬混合氣體(80％Ar+20％CO2)作為保護(hù)氣體進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊接電流為250～260A，焊接電壓為28V，焊接速度為275mm/min。層間溫度≤150℃。焊縫金屬屈服強(qiáng)度ReL＝665MPa，抗拉強(qiáng)度Rm＝735MPa，延伸率A＝20％，斷面收縮率Z＝68％。熔敷金屬平均沖擊功Akv(-20℃)＝204J，Akv(-30℃)＝182J，Akv(-40℃)＝180J，Akv(-60℃)＝173J，具有優(yōu)良低溫沖擊韌性。實(shí)施例2利用0.5噸電爐冶煉該焊絲，經(jīng)軋制和拉撥成焊絲，焊絲直徑1.2mm，表面鍍銅。其組成的化學(xué)成分(重量％)為C0.07，Si0.60，Mn1.60，S0.006，P0.012，Ni0.70，Cr0.33，Ti0.14，B0.005，Cu0.35，Als0.005，其余為Fe和其它不可避免的夾雜。焊絲采用80％Ar+20％CO2作為保護(hù)氣體，焊接12mm厚鐵路機(jī)車提速耐候鋼W400QN，其鋼的化學(xué)成分(按重量％)主要含有C0.07，Si0.39，Mn0.35，Cu0.30，Cr0.42，Ni0.30，P0.009，S0.006。機(jī)械性能ReL＝410MPa，Rm＝535MPa.沖擊功Akv(-40℃)＝79J。焊接工藝為Y型坡口，坡口鈍邊為1mm，坡口角度為60°，焊接工藝參數(shù)為焊接電流260～270A，焊接電壓～27V，焊速29cm/min。焊縫拉伸試驗(yàn)斷在基材，正反彎d＝3a，120°合格，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、冷彎性能優(yōu)良。焊縫沖擊功Akv(-20℃)＝89J，Akv(-60℃)＝68J，Akv(-70℃)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
高強(qiáng)度高韌性高耐候氣保焊焊絲，其特征在于組成該焊絲的化學(xué)成分（重量％）為：Ｃ：０．０４～０．１２，Ｓｉ：０．４０～０．８０，Ｍｎ：１．４０～２．０，Ｐ≤０．０２０，Ｓ≤０．０１５，Ｎｉ：０．４０～１．０，Ｃｒ：０．２０～０．５０，Ｔｉ：０．０６～０．２０，Ｃｕ：０．３０～０．５０，Ｂ：０．００２～０．００７９，Ａｌｓ≤０．０２，余量為Ｆｅ和其它不可避免的夾雜。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：繆凱，黃治軍，曹修悌，胡因洪，胡家國(guó)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢鋼鐵集團(tuán)公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：83[中國(guó)|武漢]