一種高性能埋弧焊絲及盤條及其製造方法
2023-06-01 22:10:11 1
專利名稱：一種高性能埋弧焊絲及盤條及其製造方法
技術領域：
本發明屬於焊接材料領域，特別涉及高強度鋼材焊接用埋弧焊絲的製造。
背景技術：
埋弧焊作為一種高效焊接方法，在鋼板的焊接中佔有重要地位。為了適應不同行業提高效率，減少鋼材用量、節約資源和降低成本等實際需求，目前許多鋼廠試圖開發焊接性優良的高強度高性能鋼材。新鋼種採用埋弧焊方法的前提是提供可配套的焊絲和焊劑。
近年來，國內外開發了許多埋弧焊絲，如中國專利申請號92105621.4、97104393.0、00123007.7等專利。但是，這些焊絲都存在如下問題由於多採用加入鎳元素或稀土元素提高焊縫金屬的強度和韌性，導致焊絲成本較高，加入稀土還使得焊絲盤條鋼冶煉較困難。這些焊絲中的矽含量也控制0.15％以下。
儘管已有的埋弧焊焊絲說明其能適應大線能量焊接，如專利申請號97104393.0，其適應的最大焊接線能量為44Kj/cm。申請號為00114334.4專利，其適應的最大線能量為35Kj/cm。目前，許多厚板的焊接線能量要求超過50～100Kj/cm。顯然，這些焊絲已不能滿足大於50Kj/cm的大焊接線能量要求。
現有的焊絲也不能適應高強度鋼材母材成分設計變化趨勢。為了保證鋼材具有優良的焊接性，主要措施之一就是降低鋼材的碳當量和裂紋敏感係數，尤其是母材金屬的碳含量明顯降低。例如，20世紀90年代的設計開發的610MPa級12MnNiVR(日本為SPV490Q)高強度鋼調質鋼，其碳含量為0.10％～0.15％，近幾年設計和生產的同性能的鋼材碳含量則降為0.05％～0.09％，而合金元素總量幾乎沒有增加，反而還有所降低。這樣，已有焊絲仍採用較低碳含量設計，所得焊縫金屬將因從母材中過渡的碳和合金元素減少而導致焊縫金屬強度不足的問題。
發明內容
本發明的目的提供一種埋弧焊絲及盤條，以解決580～680MPa高強度調質鋼埋弧焊的配套焊接材料問題。該焊絲配合鹼性燒結焊劑SJ101，可以焊接石油儲罐用12MnNiVR等大線能量焊接鋼；也可以解決埋弧焊絲盤條拉拔問題。
為此，本發明針對上述現有焊絲的不足，採用了適當提高焊絲的碳含量，用Mo來保證強度並促進鐵素體形成，增加Ti含量，以Ti-B聯合作用促進焊縫金屬中更多針狀鐵素體形成。該焊絲適合於焊接不同厚度高強度鋼板的更寬焊接線能量要求，焊縫金屬的抗拉強度達到580～680MPa，-40℃衝擊韌性AKV≥80J。
本發明的埋弧焊絲及盤條，其化學成分質量百分比為C 0.06～0.13，Mn 1.30～1.70，Si 0.10～0.50，Mo 0.30～0.60，Ti 0.010～0.15，B 0.001～0.009，其餘為Fe以及不可避免雜質如S、P等。
選用680～800℃加熱，保溫2～10h退火熱處理工藝，可以明顯降低該焊絲盤條鋼的抗拉強度，使焊絲易於減徑拉拔，防止斷絲。
(1)合金系統設計本發明採用C-Mn-Mo合金系統，適量加入Ti、B等元素，並嚴格控制S、P含量。
碳(C)，本焊絲較高C含量設計，一方面是彌補埋弧焊過程中C的大量燒損，使熔敷金屬或焊縫金屬中的C保持在合理範圍內。如採用碳含量為0.06～0.13％的焊絲，配合SJ101焊劑，經埋弧焊所得熔敷金屬中的碳含量為0.03～0.09％。另一方面，在母材碳含量較低的情況下，可以彌補因母材金屬碳偏低而導致的焊縫金屬碳含量偏低。目前，許多調質鋼成分設計時採用低碳微合金化原則，利用大冷卻能力的淬火工藝來保證鋼的強度。如GB18198-2003中的12MnNiVR鋼，碳含量為≤0.15％。而目前實際開發的相同性能鋼板的碳含量均≤0.10％，有的鋼板的碳含量僅為0.06％。這樣，針對母材碳含量大幅降低後，為了保證焊縫強度，本發明適量提高焊絲中碳含量。
在本發明所設計的C含量範圍內，在正常焊接期間燒損後，使熔敷金屬中所得的碳含量降低到足以保證熔敷金屬或焊縫金屬的強度，並防止焊縫中的冷裂紋和熱裂紋產生。
錳(Mn)，加入適量的Mn，保證焊接過程的熔池的脫氧和脫硫充分進行，焊縫中剩餘的錳可提高並保證焊縫金屬足夠的強度，並提高焊縫金屬抗熱裂紋能力。
合理的C、Mn含量及其組合，將有利於保證焊縫金屬具有較高強度，也使得焊縫金屬具有優良的抗熱裂紋和冷裂紋能力。
焊絲中適量的矽，與錳配合，有助於熔池脫氧及熔池中夾渣物的去除。本發明中0.1％～0.5％，未顯示出對焊縫金屬塑性和韌性的不利影響。並可以利用其固溶強化作用提高焊縫強度。
鉬(Mo)，加入適量的Mo，一方面可保證焊縫金屬的強度，另一方面，也可促進針狀鐵素體形成，提高焊縫金屬的韌性。
Ti和B，加入適量的Ti，有利於細化焊縫金屬晶粒，有利於採用更大焊接線能量。本發明中採用Ti、B聯合對針狀鐵素體形成的有益作用，使焊縫金屬更易形成針狀鐵素體，從而保證焊縫金屬的塑性和韌性，也使得該焊絲具有更寬的焊接線能量適應範圍。
(2)配套焊劑選用該焊絲冶煉時，採用脫硫、脫磷等工藝，最大限度控制盤條鋼中的S、P含量，為保證熔敷金屬塑性和韌性奠定了基礎。選用高鹼度燒結焊劑，就是要防止通過焊劑導致焊縫金屬中的硫、磷含量過度升高。
配合高鹼度燒結焊劑，如燒結焊劑SJ101，得到上述成分範圍內的熔敷金屬，其抗拉強度在580～680MPa，塑性好，低溫衝擊韌性高。
(3)盤條退火熱處理焊絲生產中，一般要從由方坯軋製成的Φ5.5或6.5mm盤條拉拔成2.4～4mm焊絲。盤條鋼強度越高，拉拔過程中減徑越困難。本發明因焊絲碳含量較高，冶煉軋制後盤條的抗拉強度在800～1100MPa之間，採用一般焊絲拉拔機拉絲較困難。選用680～800℃2～10h退火工藝，可以明顯降低盤條的抗拉強度，使焊絲易於減徑拉拔，防止斷絲，提高生產效率。
本發明與現有技術相比具有如下優點1.熔敷金屬的抗拉強度、屈服強度、塑性、韌性能夠達到並滿足590～680MPa級高強度鋼焊接接頭性能要求。
2.匹配焊劑選用容易，與其配套的鹼性燒結焊劑SJ101，市場供給多，選擇容易；所發明的焊絲與SJ101匹配，可用於抗拉強度級別在580～680MPa的高強度鋼的埋弧焊。
3.本發明焊絲適合於大焊接線能量，焊前可不預熱或低溫預熱，適合單層、多層、單面或雙面、平焊和橫焊等多種工藝要求。
4.本發明焊絲成本較低，該焊絲的合金系統中不含Cr、Ni、稀土等元素，成本相對較低；經適當退火後的盤條鋼，焊絲拉拔容易。
具體實施例方式
本發明的實施例參見下表1。
表1 單位質量百分比
用上述實施例焊絲配合SJ101焊劑，得到的熔敷金屬力學性能見表2。熔敷金屬的塑性好，低溫韌性高。
表2
用實施例2焊絲配合SJ101焊劑焊接15mmB610E(寶鋼開發的一種610MPa級高強度調質鋼，牌號08MnNiVR)，該鋼板的主要化學成分為C0.074％，Si0.23％，Mn1.41％，Ni0.22％，Mo0.12％。45°V型坡口，焊前不預熱，層間溫度小於150℃焊接接頭的強度為626MPa、631MPa、621MPa、613MPa，滿足母材性能要求。該焊縫金屬系列溫度衝擊吸收功見表3。由此可知，焊縫金屬具有較高低溫韌性。
表3
用實施例5焊絲，採用不同焊接線能量焊接27mmB610E。該鋼板的主要化學成分為C0.083％，Si0.22％，Mn1.49％，Ni0.25％，Mo0.16％。所用的焊接線能量分別為20kJ/cm、60kJ/cm及80kJ/cm。60°V型坡口，焊前不預熱，層間溫度小於150℃。所得接頭性能見表4。從表4中可以說明，利用較高碳含量的焊絲，採用不同焊接線能量後，焊縫金屬的強度滿足要求，焊縫金屬的低溫韌性好。焊縫金屬的抗拉強度和低溫韌性隨焊接線能量增加下降緩慢。表4結果說明本發明的焊絲適合更寬範圍的焊接線能量。
表4
本發明的埋弧焊絲，配合燒結鹼性SJ101焊劑，可以在不預熱條件下，用不同的焊接線能量焊接580～680MPa強度範圍的高強度調質鋼、TMCP鋼等。特別適合於焊接12MnNiVR、08MnNiVR、07MnCrMoVR等高強度調質壓力容器鋼。
本發明主要應用領域包括壓力容器、工程機械、水電壓力鋼管、船舶、橋梁等。由於580～680MPa強度範圍的調質鋼、TMCP鋼是我國及國外重點開發和推廣的板材鋼種，該鋼種應用在壓力容器、工程機械、水電等領域，是我國大力建設和快速發展的行業和領域，該發明應用前景廣闊。
權利要求
1.一種高性能埋弧焊絲及盤條，其成分質量百分比，C 0.06～0.13Mn 1.30～1.70Si 0.10～0.50Mo 0.30～0.60Ti 0.010～0.150B 0.001～0.009其餘為鐵和不可避免雜質。
2.一種如權利要求1所述的高性能埋弧焊絲及盤條的製造方法，其包括如下步驟上述成分的焊絲盤條在拉拔前或拉拔過程中，退火熱處理工藝為680～800℃加熱爐中加熱，保溫2～10h，隨爐冷卻。
全文摘要
一種高性能埋弧焊絲及盤條，其成分質量百分比為C 0.06～0.13％，Mn 1.3～1.7％，Si 0.1～0.5％，Mo 0.3～0.6％，Ti 0.010～0.15％，B 0.001～0.009％，其餘為Fe以及不可避免雜質。本發明熔敷金屬抗拉強度、屈服強度、塑性、韌性能夠達到並滿足580～680MPa級高強度鋼焊接接頭性能要求；匹配焊劑選用容易，鹼性燒結焊劑SJ101匹配，可用於抗拉強度級別在580～680MPa的高強度鋼的埋弧焊，適合於20～80kJ/cm大線能量焊接，焊前可不預熱或低溫預熱；而且，適合單層、多層、單面或雙面、平焊和橫焊等多種工藝要求。本焊絲的合金系統中不含Cr、Ni等元素，成本相對較低；經適當退火熱處理後的盤條鋼，拉拔容易。
文檔編號B23K35/00GK1923433SQ20051002924
公開日2007年3月7日 申請日期2005年8月31日 優先權日2005年8月31日
發明者張漢謙 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司