一種高強度氣體保護焊絲、盤條及其應用的製作方法

2023-09-12 23:39:50

專利名稱：：一種高強度氣體保護焊絲、盤條及其應用的製作方法
技術領域：
：本發明屬於焊接材料領域，更具體地，本發明涉及氣體保護焊絲材料。
背景技術：
：氣體保護焊工藝以其獨特的優勢，在工業發達國家製造業中得到廣泛的應用。氣體保護焊技術的發展，極大地提高了金屬結構行業的製造技術水平。氣體保護實心焊絲是一種高科技的焊接材料，它的產生與發展適應了焊接生產向高質量、高效率、自動化、低成本、環保型方向發展的趨勢。我國的氣體保護實心焊絲研製與開發始於50年代，但長期以來一直停留在研究階段，近10年來該技術的發展較快，但與國外相比仍有很大差距。目前我國C02氣體保護實心焊絲已形成一定的生產規模，產量和質量也有很大的提高，針對Q235、Q345及Q390等結構鋼的CO2氣體保護實心焊絲，能滿足金屬結構製造的要求。600MPa級高強鋼、不鏽鋼、鋁及鋁合金等實心焊絲的質量也比較穩定。然而，700MPa級以上的高強鋼焊絲、耐熱鋼焊絲的研製仍處於瓶頸階段。800MPa級高強度鋼等特殊鋼種實心焊絲仍主要依靠進口。隨著國民經濟的發展，我國焊接材料的消耗量將持續增長，為了儘快發展我國氣體保護實心焊絲產業，更好地滿足焊接生產需求，專家提出應大力發展氣體保護焊絲品種，如700MPa、800MPa高強度焊絲等，以滿足焊接生產發展要求。本發明者對國內外的雜誌、會議論文集、專利文獻等作了初步檢索，共檢索到以下8篇相關文獻。1.TherightweldingwirecouldhelptheU.S.Navysavemillions,WeldingJournal.Vol.78,No.6，pp.55-58,June1999.2.Consumablesforweldinghighstrengthsteels,Svetsaren.Vol.54,no.1-2,pp.29-33.1999,上述兩項非專利文獻的焊絲熔敷金屬的化學成分如下表1所示，還原為光焊絲的化學成分的話，其Ni含量要稍大於表中所列數值，同時有可能不含Ti元素或含有微量的Ti。表l文獻l、2所述焊絲的熔敷金屬的化學成分tableseeoriginaldocumentpage43.焊接用焊絲，申請(專利)號89105436.74.一種氣體保護焊焊絲，申請(專利)號95108258.25.微鈦硼高韌性氣體保護焊絲，申請(專利)號01128326.26.低合金高強鋼用高韌性氣體保護焊絲，申請(專利)號01133651.X7.WELDINGWIREFORLOW匿Cr-CONTENT，HIGH-STRENGTH,HIGH-TOUGHNESSHEAT-RESISTINGSTEEL,PUB.NO.:2002掘579[JP2002001579A].8.GASSHIELDARCWELDINGWIREFORLINEPIPE,ANDGASSHIELDARCWELDINGMETHODOFLINEPIPEPERIMETER,PUB.NO.:2000隱218391[JP2000218391A].上述文獻3-8的焊絲熔敷金屬的化學成分見如下表2。其中，文獻3和4所述焊絲不含有Cr元素，採用較昂貴的Ni、Mo元素；文獻5和6所述焊絲含有B元素，不含Mo元素，含有B元素的焊絲雖然可以在一定程度上提高其熔敷金屬的力學性能，但是冶煉難度大，得率低；文獻7所述焊絲屬於耐熱結構鋼，含有比較高的Cr;文獻8所述焊絲具有一定的耐蝕性，含有較高成的Ni、Cr,主要應用於輸送油、輸天然氣管道。表2文獻3-8所述焊絲的熔敷金屬的化學成分tableseeoriginaldocumentpage4通過上述初步檢索發現，高強鋼實心焊絲大多指合金成分較高的焊絲，主要應用於耐熱鋼、不鏽鋼、3.5Ni和9Ni鋼等結構鋼的焊接，而非低合金鋼焊絲。這些高強焊絲通過添加大量的貴重合金元素(Ni、Mo、B、Ti、Re等)來提高強度，雖然力學性能達到要求，但是較高的合金元素含量不僅提高了生產成本，同時也增加了裂紋敏感係數，對焊接不利。由於這些原因，導致我國尚無成熟的700MPa級氣體保護焯商品焊絲遠遠不能滿足日益增長的低合金高強鋼氣體保護焊的需求。本發明者通過不斷摸索，最終解決了抗拉強度700MPa、800MPa的低合金結構鋼的配套氣體保護焊絲問題，從而完成了本發明。因此，本發明第一個目的是提供一種氣體保護焊絲盤條。本發明第一個目的是提供一種氣體保護焊絲。本發明第三個目的是提供這種氣體保護焊絲在抗拉強度600-800MPa的低合金結構鋼焊接上的應用。
發明內容本發明提供一種氣體保護焊絲盤條，所述焊絲盤條，包括以下組成元素(wt%):C:0.03~0.12,Si:0.30~0.80，Mn:1.2~2.2，S:《0.015，P:《0.020，Ni:0.4~1.0，Cr:0.1~0.5，Mo:0.2~0.6，Ti:0.060.2，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。本發明提供一種氣體保護焊絲，所述焊絲，包括以下組成元素(Wtn/。):C:0.030.12，Si:0.30~0.80，Mn:1.22.2，S:《0.015，P:《0.020，Ni:0.4~1.0，Cr:0.1~0,5，Mo:0,20,6，Ti:0.06~0.2，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。本發明所述焊絲盤條、焊絲的化學成分，其設計的機理是利用合金元素的細晶強化、相變強化來提高強度，同時利用熔敷金屬所特有的細小鐵素體+貝氏體的組織來提高其強度和衝擊韌性；良好的抗裂性主要是在滿足強度要求的前提下，儘可能採用少的合金元素來降低裂紋敏感係數。具體來說，本發明提供的焊絲盤條及焊絲中各化學成分具有如下作用C:是非常有效的硬化和固溶強化組元，然而過高的碳含量會促進高碳馬氏體的形成，同時碳化物還常作為裂紋源出現，使焊縫金屬冷裂紋敏感性增加，因此將焊絲中的C含量控制在0.01-0.05%範圍內。Si:具有脫氧效果，當矽以固溶態的形式存在時，可以提高機體的屈服強度，但會使材料的韌脆轉變溫度提高，因此將焊絲中的Si含量控制在0.3-0.8%範圍內。Mn:作為硬化元素加入，同時還起到脫氧和脫硫的作用，然而過高的Mn含量已造成Mn的偏析，在偏析區易產生M-A島狀組織，從而降低焊縫金屬的韌性，因此，將焊絲中Mn含量控制在1.2-2.2%範圍內。S、P對焊縫金屬低溫韌性有危害作用，應儘量降低，.S《0.015%，P《0.02%。Ni:是提高材料韌性的重要元素之一，也是奧氏體穩定化的主要元素，加入鎳元素有降低韌脆轉變溫度的作用，Ni對衝擊韌性的影響與Mn含量之間存在交互作用，當兩種元素位於最佳的配合範圍之內時，相應的焊縫金屬具有優異的強韌性匹配，因此將Ni的加入量確定在0.4-1.0%範圍內。Cr:具有顯著強化鐵素體的效果，然而過高的Cr含量會導致焊縫金屬冷裂紋敏感性增加，因此將焊絲中Cr含量控制在0.1-0.5%範圍內。Mo:是固溶強化的主要元素，可以提高焊接強度和改善焊縫組織性能，然而Mo與其他元素相結合容易形成碳化物，因此將殍絲中Mo含量控制在0.2-0.6%範圍內。Ti:鈦元素可以改善施焊抗氣孔性和提高低溫衝擊韌性，Ti容易形成碳化物、氮化物和氧化物，因此將焊絲中Ti含量控制在0.06-0.2%範圍內。總之，本發明所述焊絲的化學成分，含有合理的Ni、Cr、Mo、Ti含量，不含有B、Re、Nb、V等微合金元素。本發明所提供的焊絲盤條及焊絲，其生產工藝路線是氣體保護焊絲盤條和焊絲的常規生產工藝。其中，焊絲盤條的生產工藝包括以下步驟l)轉爐；2)精煉；3)模鑄；4)鋼錠軋制；5)鋼坯控軋控冷；6)吐絲；7)集巻；8)檢驗；9)包裝。焊絲的生產工藝流程為l)盤條的入廠檢驗；2)粗拉拔工序；3)鍍銅工序；4)精拉拔工序；5)分巻包裝工序。本發明另一方面提供這種氣體保護焊絲在抗拉強度600-800MPa的低合金結構鋼焊接上的應用。—有益效果本發明提供的焊絲盤條、焊絲，化學成分設計簡單，含有較少的Ni、Mo貴重合金元素的用量，經濟性得以提高，且裂紋敏感係數得以降低；採用Ni-Cr-Mo-Ti體系，使熔敷金屬既具有較高的強度，同時又具有良好的抗裂性和低溫衝擊韌性以及優良的力學性能。本發明所提供的焊絲，屈服強度^600MPa;抗拉強度》700MPa;伸長率>18%;-20°C、-40°(3條件下Akv分別大於80J和47J，可用於抗拉強度700MPa的低合金結構鋼的焊接，屬於等強匹配，也可用於600MPa和800MPa的低合金結構鋼的焊接，分別屬於高匹配和稍低強匹配。本發明所提供的焊絲可應用於如下領域工程機械、重型汽車、水電、煤電等行業。具體實施例方式下面用實施例對本發明作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發明有任何限制。本領域技術人員在本說明書的啟示下對本發明實施中所作的任何變動都將落在權利要求書的範圍內。實施例1按本發明的成分設計進行焊絲盤條生產，工藝過程包括l)轉爐；2)精煉；3)模鑄;4)鋼錠軋制；5)鋼坯控軋控冷；6)吐絲；7)集巻；8)檢驗；9)包裝。再進行焊絲的生產工藝流程為l)盤條的入廠檢驗；2)粗拉拔工序；3)鍍銅工序；4)精拉拔工序；5)分巻包裝工序。所得焊絲熔敷金屬的化學成分見表3，力學性能見表8。表3實施例1悍絲的成品化學成分(wt%)tableseeoriginaldocumentpage7實施例2生產工藝與實施例1相同。所得焊絲熔敷金屬的化學成分見表4，力學性能見表8。表4實施例2焊絲的成品化學成分(wt%)tableseeoriginaldocumentpage7實施例3生產工藝與實施例1相同。所得焊絲熔敷金屬的化學成分見表5，力學性能見表8。表5實施例3焊絲的成品化學成分(wt%)tableseeoriginaldocumentpage7實施例4生產工藝與實施例1相同。所得焊絲熔敷金屬的化學成分見表6,力學性能見表8。表6實施例4焊絲的成品化學成分(wt%)tableseeoriginaldocumentpage8實施例5生產工藝與實施例1相同。所得焊絲熔敷金屬的化學成分見表7，力學性能見表8。表7實施例5焊絲的成品化學成分(wt%)tableseeoriginaldocumentpage8表8實施例1-7焊絲的焊絲熔敷金屬的力學性能tableseeoriginaldocumentpage8注熔敷金屬試驗時，焊接保護氣體採用80%Ar+20%CO2。Ak/是五個焊絲的熔敷試樣CVN試驗的衝擊數值平均值。權利要求1.一種氣體保護焊絲盤條，其特徵在於，包括以下組成元素(wt％)C0.03～0.12，Si0.30～0.80，Mn1.2～2.2，S≤0.015，P≤0.020，Ni0.4～1.0，Cr0.1～0.5，Mo0.2～0.6，Ti0.06～0.2，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。2.權利要求1所述盤條拉制而成的氣體保護焊絲，其特徵在於，包括以下組成元素(wt%):C:0.03~0.12，Si:0.30~0.80，Mn:1.22.2，S:《0.015，P:《0.020，Ni:0.41.0，Cr:0.1~0.5，Mo:0.2~0.6，Ti:0.06~0.2，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。3.權利要求2所述氣體保護焊絲在抗拉強度600-800MPa的低合金結構鋼焊接上的應用。全文摘要本發明提供一種氣體保護焊絲盤條及焊絲，兩者均包括以下組成元素(wt％)C0.03～0.12，Si0.30～0.80，Mn1.2～2.2，S≤0.015，P≤0.020，Ni0.4～1.0，Cr0.1～0.5，Mo0.2～0.6，Ti0.06～0.2，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。本發明的焊絲化學成分設計簡單，含有較少的貴重合金元素，裂紋敏感係數較低，熔敷金屬具有較高的強度、良好的抗裂性和低溫衝擊韌性以及優良的力學性能。本發明所示焊絲適用於抗拉強度600-800MPa的低合金結構鋼的焊接，可應用於工程機械、重型汽車、水電、煤電等行業。文檔編號B23K35/30GK101288925SQ200710039749公開日2008年10月22日申請日期2007年4月20日優先權日2007年4月20日發明者屈朝霞申請人:寶山鋼鐵股份有限公司