一種低溫韌性優異的耐候氣保焊絲的製作方法

2023-07-02 07:08:16 2

專利名稱：一種低溫韌性優異的耐候氣保焊絲的製作方法
技術領域：
本發明屬於焊接材料領域，特別是涉及一種適用於抗拉強度550MPa級以上耐候鋼的氣體保護焊絲。
背景技術：
耐候鋼的使用大大降低了保護塗層的使用，從而使生產成本大大降低，工期縮短。目前，耐候鋼逐漸在橋梁、建築等大型焊接結構中得到應用，而此類鋼板的大規模應用，需要有焊接用耐候氣體保護焊絲與之配套。氣體保護焊由於其操作方便靈活，效率高等優點在結構焊接中得到廣泛運用。耐候氣體保護焊配套焊絲需要在滿足普通力學性能的條件下，其焊接接頭應具有與母材相當的耐候性；同時，為適應某些寒冷地區的服役條件，應保證焊縫及熱影響區具有較好的低溫衝擊韌性。目前能夠滿足_60°C及更低溫度下衝擊功的耐候鋼正在橋梁等領域得到應用，比如耐候橋梁鋼Q345/460qENH，使用該類耐候鋼可免除塗漆工藝，節約了成本。焊接接頭作為焊接構件中相對較薄弱的部位，理應使其具備比母材更優越的性能，以保證整體構件的安全性。現有專利如中國專利CN100460135C，CN101049660A,CN101658984B,其熔敷金屬都具有較高的抗拉強度，且具有良好的塑性和低溫韌性，但都不具備耐候性能。中國專利CN1127390C，CN1290661C, CN1301825C, CN102029481A,其焊縫性能好，且具有較好的耐候性，但焊絲成分中都含有0.03 0.3不等的Ti，部分還含有一定含量的B元素，T1-B系雖對焊縫金屬的低溫韌性有益，但較高含量的Ti會造成煉鋼時鋼液黏稠，容易在連鑄過程中造成水口堵塞，難以實現多爐鋼水的連澆，而微量的B元素易造成連鑄坯表面裂紋，影響盤條質量，且增加材料的淬硬性，導致在正常生產工藝下得到的盤條強度過高，過高強度的盤條在 拉拔過程中易斷絲，而退火工藝又會增加較大的生產成本。另有中國專利CN101357425，其綜合性能優良，但低溫衝擊局限在_40°C，沒有更低溫下衝擊韌性的相關表述，不適合在某些嚴寒地區及對低溫韌性要求嚴格的環境下使用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠滿足低溫韌性要求的耐候氣體保護焊絲，使用該種焊絲所得的熔敷金屬綜合性能良好，屈服強度> 450MPa，抗拉強度> 550MPa，尤其是具有優異的低溫韌性，焊縫金屬的韌脆轉變溫度在_80°C以下；而且，所得熔敷金屬及焊接接頭具有良好的耐大氣腐蝕性能。為實現上述發明目的，本發明採用了如下技術方案:低溫韌性優異的耐候氣體保護焊絲，其化學成分按重量百分比計為:C0.05 0.10，Si0.20 0.60, Mnl.20 1.60, P 彡 0.020, S 彡 0.015, Cr0.20 0.60, Nil.8 3.5，Cu0.10 0.50，還包含TiO 0.01，ZrO 0.01中的一種或兩種，餘量為鐵及不可避免的雜質。C元素是合金鋼中不可缺少的元素，能有效提高焊縫強度，但過高的C含量會惡化焊接性，增加冷裂傾向，所以C含量不宜過高，控制在0.05 0.10。Mn能夠提高焊縫的強度及淬透性，有利於細化焊縫組織。優選Mnl.20 1.60。Si有較強的固溶強化作用，能夠有效提高焊縫強度，並且與Mn起到聯合脫氧的作用。但Si的脫氧產物容易形成矽酸鹽類夾渣，低熔點的矽酸鹽容易導致結晶裂紋，還會增加熔渣與熔化金屬的粘度，造成嚴重的飛濺，所以Si含量不宜過高，控制Si含量0.20
0.60。Cr-N1-Cu成分體系在本發明中的應用，主要是為了滿足焊縫金屬的耐候性，與母材相匹配。而且Cr元素還可增加焊縫中針狀鐵素體的含量，提高焊縫的強度和低溫韌性，過高的Cr會提高脆性轉變溫度，控制其含量Cr0.20 0.60 ;隨著Ni元素含量的提高，晶界鐵素體比例降低，針狀鐵素體細化，對韌性有利，但當Ni含量在3.5%以上時，會產生馬氏體而影響韌性，所以控制其含量Nil.8 3.5 ；Cu的固溶強化作用也能提高焊縫的強度，含量過高會增加焊縫的熱脆性，控制其含量Cu0.10 0.50。

Ti是強脫氧劑、脫氮劑，適量Ti的加入能在焊縫中形成細小難溶且彌散分布的化合物(TiO，TiN)質點，促進針狀鐵素體形核，細化焊縫組織，有效增加焊縫的強度及韌性，但過高的Ti含量會導致焊縫韌性惡化，而且Ti含量較高時會使鋼液黏稠，不利於煉鋼的連鑄過程，控制Ti含量O 0.01。Zr元素具有較好的細化晶粒作用，微量Zr元素的加入，在焊縫中形成大量細小的ZrO2質點，一來促進焊縫針狀鐵素體形核，二來起到一定止裂作用，大幅降低了焊縫韌脆轉變溫度，同時對提高焊縫強度有一定貢獻。但當Zr含量過高時，其細化晶粒的作用不再增強，反而會促進M-A組元形成從而導致焊縫韌性下降。考慮到Zr在熔池中易燒損，將其含量設置為O 0.01。P，S作為雜質元素應控制在合理範圍，本發明中，控制其含量PS 0.020，S^0.015。本發明焊絲經過電爐或轉爐冶煉、連鑄、軋制、拉拔、鍍銅、繞盤等工序製成。另外，本發明焊絲在焊接時配合氣體為Ar+5% C02。該種保護氣體配比可以保證焊縫金屬中的氧含量在200ppm以下，有利於焊縫中形成細小彌散的氧化物顆粒，促進針狀鐵素體形核，以保證焊縫具有優異的低溫韌性。與現有技術相比，本發明焊絲的有益效果至少在於:1.通過較低的C-S1-Mn成分設計,採用常用的N1-Cr-Cu耐候體系,通過較高的Ni含量及添加微量Ti和Zr，並控制各元素的優化範圍，使焊縫獲得優異的低溫韌性，焊縫金屬Akv(-60°C )彡100J, Akv (-800C )彡80J，韌脆轉變溫度低於_80°C，能夠滿足極寒地區耐候鋼材的焊接加工要求；2.配合Ar+5% CO2保護氣體，焊縫氧含量< 200ppm，搭配高含量的Ni，使得焊縫具有優異的低溫韌性；3.微量添加Ti元素，不添加B元素，避免了連鑄坯表面裂紋和內部質量不均的缺點，並且在常規軋制工藝下盤條抗拉強度< 550MPa，利於拉拔；4.採用本發明焊絲製得的熔敷金屬具備較好的耐候性能；同時，熔敷金屬的抗拉強度彡550MPa，伸長率彡22%。
具體實施例方式以下結合優選實施例對本發明的技術方案作進一步的說明。實施例1:採用IOOt電爐煉鋼經連鑄製得方坯，經過高速無扭轉軋機軋製得到盤條，然後經過拉絲、鍍銅等工藝製得直徑1.2mm的氣保焊絲。焊絲鋼盤條抗拉強度522MPa，製得焊絲的主要化學成分(重量百分比)為:C0.09, Si0.52,Mnl.47, P0.013, S0.007, Cr0.47, Nil.92，Cu0.21，Ti0.008，Zr0.007，餘量為鐵及不可避免的雜質。實施例2:採用IOOt電爐煉鋼經連鑄製得方坯，經過高速無扭轉軋機軋製得到盤條，然後經過拉絲、鍍銅等工藝製得直徑1.2mm的氣保焊絲。焊絲鋼盤條抗拉強度538MPa，製得焊絲的主要化學成分(重量百分比)為:C0.06, Si0.45,Mnl.40, P0.010, S0.008, Cr0.50，Ni2.81，Cu0.38，Zr0.005，餘量為鐵及不可避免的雜質。以Ar+5% CO2氣體作為保護氣體，焊接參數為電流:315±5A，電壓:30.5± IV，焊接速度:33cm/min，進行熔敷金屬試驗，所得熔敷金屬的力學性能見表I。表I實施例焊絲熔敷金屬的力學性能
權利要求
1.一種低溫韌性優異的耐候氣保焊絲，其成分按重量百分比計為:C0.05 0.10，Si0.20 0.60, Mnl.20 1.60, P ≤ 0.020, S ≤0.015, Cr0.20 0.60, Nil.8 3.5,Cu0.10 0.50，還包含TiO 0.01，ZrO 0.01中的一種或者兩種，餘量為鐵及不可避免的雜質。
全文摘要
本發明公開了一種低溫韌性優異的耐候氣保焊絲，其化學成分按重量百分比計為C0.05～0.10，Si0.20～0.60，Mn1.20～1.60，P≤0.020，S≤0.015，Cr0.20～0.60，Ni1.8～3.5，Cu0.10～0.50，還包含Ti0～0.01，Zr0～0.01中的一種或者兩種，餘量為鐵及不可避免的雜質。本發明焊絲所得熔敷金屬具有較好的耐候性，強度高，低溫韌性好，-60℃衝擊韌性≥100J，-80℃衝擊韌性≥80J。可應用於低溫韌性要求較高的橋梁、建築等領域用耐候鋼材的焊接。
文檔編號B23K35/30GK103111772SQ20131005755
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月25日 優先權日2013年2月25日
發明者潘鑫, 張宇, 周鋮 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司