CN101722382A

CN101722382A - 焊后需调质处理的高强度气体保护焊焊丝

Info

Publication number: CN101722382A
Application number: CN200810201556A
Authority: CN
Inventors: 屈朝霞; 王海涛
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-06-09

Abstract

本发明涉及一种焊丝，尤其是焊后需调质处理的高强度焊丝。一种焊后需调质处理的高强度气体保护焊焊丝，其化学成分为(wt％)：C：0.03～0.12，Si：0.30～0.80，Mn：1.2～2.2，Ni：1.0～2.0，Cu：0.05～0.30，Cr：0.10～0.50，Mo：0.20～0.80，Ti：0.03～0.20，S：≤0.015，P：≤0.020，余量为Fe及不可避免的杂质元素。所述焊丝在富氩气体保护焊后，调质态下所得熔敷金属的力学性能为：屈服强度ReL≥630MPa，抗拉强度Rm≥780MPa，伸长率A≥20％，-40℃时的冲击吸收功A_kv≥60J。本发明焊丝熔敷金属经调质处理后，强度高、低温韧性好，同时具有优良的焊接工艺性能。

Description

焊后需调质处理的高强度气体保护焊焊丝

技术领域

本发明涉及一种焊丝，尤其是焊后需调质处理的高强度焊丝。

背景技术

目前，屈服强度700MPa以上的高强度钢板和一些高强铸件、锻件已广泛应用于工程机械、矿山机械、港口码头机械等领域。这种高强钢的焊接生产通常可以分作两类情况，一种情况是先把钢种进行调质处理，而后进行焊接，即焊后不再需要热处理；另一种情况是先把钢种进行焊接，而后再进行整体调质处理。现有的焊后需要热处理的高强钢焊接材料及其焊接方法如下：

中国专利CN1120479公开了一种高强度高韧性焊丝，它主要适用于MAG法焊接高压气瓶，焊丝的化学成分配方如下：C：0.03～0.1％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.0～1.6％，Ni：2.8～3.5％，Cr：0.80～1.40％，Mo：0.40～0.65％，V：0.002～0.08％，Ti：0.002～0.05％，S：≤0.008％，P≤0.008％，O：≤0.005％，N≤0.005％，其中V+Ti(重量)≤0.10％。其熔敷金属的综合性能可达到：抗拉强度为750～850MPa，屈服强度不小于670MPa，伸长率不小于15％，-50℃的A_kv不小于70J。这种焊丝含有V微合金元素，它采用V+Ti的复合细化作用，是最终焊缝可获得高强度高韧性的关键。

日本专利JP59004993A公开了“WELDING METHOD OFTEMPERED TYPE STEEL PIPE”(回火型钢管的焊接方法)，该专利公开的焊丝是一种埋弧焊丝，与特定碱度的焊剂匹配，埋弧焊接后，回火后从而获得具有良好强韧性的焊管。焊管先加热到900-1100℃进行淬火，而后回火工艺为：回火温度600-700℃保温时间不小于5分钟，焊管所得焊缝金属具有良好的低温韧性，韧脆转变温度≤-50℃。常温下的焊缝金属的抗拉强度不小于500MPa。焊接钢管的埋弧焊丝的化学成分组成为：C：0.05～0.15％，Si：≤0.1％，Mn：1.0-2.0％，Ni：3.0-9.0％，Cu：≤1.0％，P≤0.015％，S≤0.010％，余料为铁和不可避免的杂质，焊剂碱度应≥1.5，尤其当其碱度值为1.5～2.5，效果更佳。该方法焊后需要进行调质处理，但焊缝金属的抗拉强度仅为500MPa级，不属于高强材料，并且它是一种埋弧焊丝，其力学性能的获得，需要与特定的焊剂相匹配。

日本专利JP 58138589A公开了“Welding 3.5 per cent nickel steel-involves using high nickel content steel welding wire followed by heattreatment”(采用高镍含量的焊丝并进行后续热处理焊接3.5％Ni钢)。这种焊丝的化学成分组成为：C 0.02-0.08％，Si 0.15-0.30％，Mn0.30-1.00％，Ni 8.0-11.0％，余料为铁和不可避免的杂质。这种钢采用双面单道焊或单面双道焊方法。然后焊接部分经过一个高于550℃的焊后热处理。这种可焊接的3.5％Ni钢应用于化工厂或用于液化气体的储存，C，Si，Mn元素提高了焊接部件的可淬透性。Ni元素确保了焊缝金属的合理Ni含量。热处理工艺进一步提高了焊接部件的低温韧性。本专利焊后不需要进行调质处理，本专利公开的焊丝是焊接3.5％Ni钢的专用焊丝，属于一种高Ni焊丝(Ni 8.0-11.0％)，主要用于制造低温容器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊后需调质处理的高强度气体保护焊焊丝，这种焊丝能够焊接高强度低合金结构钢和高强度铸件、锻件，焊接后强度高，低温韧性好。

本发明是这样实现的：一种焊后需调质处理的高强度气体保护焊焊丝，其特征在于，焊丝化学成分为(wt％)：C：0.03～0.12，Si：0.30～0.80，Mn：1.2～2.2，Ni：1.0～2.0，Cu：0.05～0.30，Cr：0.10～0.50，Mo：0.20～0.80，Ti：0.03～0.20，S：≤0.015，P：≤0.020，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

所述焊丝在富氩气体保护焊后，调质态下所得熔敷金属的力学性能为：屈服强度ReL≥630MPa，抗拉强度Rm≥780MPa，伸长率A≥20％，-40℃时的冲击吸收功A_kv≥60J。

本发明焊丝由于需要焊后调质处理，因此需要一定的合金成分，同时要保证良好的低温冲击韧性、可焊性及经济性，合金成分应尽可能简单。其合金系为C-Si-Mn-Ni-Cr-Mo-Ti，它通过固溶强化、析出强化、细晶强化等手段来提高熔敷金属的强度和低温韧性。具体化学成分的限定理由如下：

C：对提高强度有很大贡献，是最廉价的合金强化元素。碳是奥氏体转变成马氏体、贝氏体等强化相的必需元素，但碳含量增加，会使其延伸率降低，塑性、低温韧性，冷变形能力变差，这对焊丝盘条的拉拔性能不利。本发明C的选择的范围是0.03～0.12％。

Si：为脱氧元素，在钢中有一定的固溶强化作用，但含量太高会影响钢的韧性，并使焊接性能变差，合理的范围是0.30～0.80％。

Mn：作为强化焊缝金属强度的主要元素，它也是提高钢的淬透性的有效元素，可以部分代替Mo降低钢的合金成本。但如果锰含量过高，会引起钢的韧性和焊接性变差，所以限定锰的范围是1.2～2.2％。

Ni：促进奥氏体向针状铁素体转变，同时降低奥氏体向铁素体的相变温度，抑制共析铁素体的形成。随着焊缝金属中Ni含量的提高，焊缝金属的低温韧性趋于稳定；但由于Ni是一种比较昂贵的合金元素，为降低钢的合金成本，本发明限定镍的范围是1.0～2.0％。

Cu：一定量的铜含量可有效防止氢脆的发生，这一点对于高强焊丝钢很是重要。由于本发明焊丝中至少含有1％的Ni含量，因此加入少量铜不会引起低温韧性的降低，同时还能在一定程度上增加强度。基于这些因素本发明限定铜的范围是0.05～0.30％。

Cr：铬是钢中重要的强化元素之一，可使C曲线右移。铬和锰配合，能有效提高钢的淬硬性，且其偏析倾向较锰要小，所以也可部分替代钼增加钢板淬透性元素。但如果含量过高，会降低钢板韧性，增加焊接裂纹敏感性，其合理范围是0.10-0.50％。

Mo：有效增加钢的淬透性和淬硬性，使钢淬火后得到均匀细小的马氏体、板条贝氏体组织，可显著提高钢的强度和韧性。本发明限定钼的范围是0.20～0.80％。

Ti：强碳氮化合物形成元素，它们的细小析出相可细化组织，提高钢的强度和韧性。通过这种细小析出相，可阻碍钢板淬火加热时奥氏体晶粒的长大，从而得到更加细小的等轴淬火组织，促使得到马氏体-贝氏体组织更加细小，从而能够获得很好的低温冲击韧性。另外，钛在焊缝金属中主要起到脱氧、脱氮作用。在熔池内与O2结合生成TiO，在固态相变时为AF提供形核基础。但较多的Ti会降低钢板的延伸率，所以其含量限定在0.03-0.20％。

P、S：杂质元素含量越低，钢质就越纯净，韧性会越好。综合炼钢成本的因素，分别控制在P≤0.020％，S≤0.015％。

本发明具有以下有益效果：本发明焊丝焊接并经调质处理后，熔敷金属具有良好的力学性能，尤其是良好的低温韧性；由于本发明焊丝成分中含有一定量的铜元素，具有良好的抗氢脆能力。本发明焊丝可用于抗拉强度为800MPa的低合金结构钢或高强度铸件、锻件的气体保护焊接，属于等强匹配，尤其适合焊接部件在焊后需要调质处理时的情况；也可用于900MPa和1000MPa的低合金结构钢或高强度铸件、锻件的焊接，属于低强匹配。

具体实施方式

根据本发明焊丝的化学成分范围，用300t转炉冶炼、热轧成

的盘条，再进行粗拉拔、中间退火处理、精拉拔工艺和镀铜工艺，最终生成出

的焊丝，焊丝的化学成分见表1。

焊接试板采用铁路用锻造钩尾框，钢材的牌号为25MnCrNiMoA，板厚20mm，坡口形式为60°单面V型对接，底面间隙12mm。采用富氩气体保护焊，气体比例：Ar80％+CO₂20％，焊前预热，预热温度和层间温度控制在300℃左右，焊接热输入在18kJ/cm左右。焊后对试件进行调质处理：加热至900℃保温30分钟，水淬，淬火后，对接头进行580℃保温60分钟的回火工艺，空冷。在这个焊接试板中切取熔敷金属的拉伸试样和冲击试验，进行性能测试，试验结果见表2。

表1实施例焊丝的成品化学成分(wt％)

编号	C	Si	Mn	Ni	Cu	Cr	Mo	Ti	S	P
编号	C	Si	Mn	Ni	Cu	Cr	Mo	Ti	S	P	1	0.10	0.30	2.2	1.8	0.20	0.20	0.20	0.03	0.003	0.011
2	0.03	0.40	1.8	1.5	0.15	0.10	0.38	0.10	0.002	0.013	1	0.10	0.30	2.2	1.8	0.20	0.20	0.20	0.03	0.003	0.011
2	0.03	0.40	1.8	1.5	0.15	0.10	0.38	0.10	0.002	0.013	3	0.12	0.50	1.6	1.3	0.10	0.40	0.45	0.06	0.005	0.005
4	0.06	0.60	1.4	1.0	0.05	0.50	0.65	0.20	0.010	0.015	3	0.12	0.50	1.6	1.3	0.10	0.40	0.45	0.06	0.005	0.005
4	0.06	0.60	1.4	1.0	0.05	0.50	0.65	0.20	0.010	0.015	5	0.08	0.80	1.2	2.0	0.30	0.30	0.80	0.16	0.015	0.020

表2实施例焊丝熔敷金属的力学性能

表2中A_kv ^*是五个熔敷试样CVN试验(夏比V型缺口冲击试验)的冲击数值平均值。由表2可见，本发明焊丝在富氩气体保护焊后，调质态下所得熔敷金属的力学性能为：屈服强度ReL≥630MPa，抗拉强度Rm≥780MPa，伸长率A≥20％，-40℃时的冲击吸收功A_kv≥60J。

本发明的焊丝适合抗拉强度800MPa的低合金结构钢或高强度铸件、锻件的焊接，尤其是焊后需要调质处理的钢种。主要应用领域有：铁路车辆上的锻造钩尾框、工程机械、起重运输设备、重载车辆、矿山机械等重要结构的焊接生产与制造。

Claims

1.一种焊后需调质处理的高强度气体保护焊焊丝，其特征在于，焊丝化学成分为(wt％)：C：0.03～0.12，Si：0.30～0.80，Mn：1.2～2.2，Ni：1.0～2.0，Cu：0.05～0.30，Cr：0.10～0.50，Mo：0.20～0.80，Ti：0.03～0.20，S：≤0.015，P：≤0.020，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的焊后需调质处理的高强度气体保护焊焊丝，其特征在于，所述焊丝在富氩气体保护焊后，调质态下所得熔敷金属的力学性能为：屈服强度ReL≥630MPa，抗拉强度Rm≥780MPa，伸长率A≥20％，-40℃时的冲击吸收功A_kv≥60J。