用於1000MPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲的製作方法
2023-05-17 20:11:36
專利名稱：用於1000MPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲的製作方法
技術領域：
本發明屬於實芯焊絲技術領域。具體涉及一種用於IOOOMPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲。
背景技術：
近年來，工程用泵車和機車吊臂等部件對高強度結構鋼的強韌性匹配要求越來越嚴格。IOOOMPa級高強度高韌性結構鋼，採用低碳和微合金的化學成分，通過淨化鋼水、控軋控冷、弛豫控制析出原理以及微合金析出強化等工藝手段細化晶粒，使鋼板的屈服強度達到880MPa以上，抗拉強度達到950MPa以上，衝擊韌性在_20°C時達到25J以上，是製造大型工程用車如挖掘機、裝載機和起重機等的首選材料。在設備使用過程中出於安全性方面的考慮，國內外工程機械製造業對IOOOMPa級工程機械用鋼的需求量不斷增加。目前，寶鋼、武鋼等幾家大型鋼鐵公司試製成功該級別工程機械用鋼。在使用IOOOMPa級鋼製備工程機械設備時，需要採用焊接方法進行連接。現有焊接材料技術中，無論是瑞典0ERLIC0N公司生產的ED-FK1000實芯焊絲，還是中國的「90公斤級低焊接裂紋敏感性高強度鋼板用焊絲」(CN101244495)專利技術和「一種900MPa級高性能氣體保護焊絲」(CN101987403A)專利技術，其形成的焊縫金屬強度均不能達到IOOOMPa,即不能與IOOOMPa級工程機械用鋼相匹配。
發明內容
本發明旨在彌補現有技術的不足，目的是提供一種焊縫金屬的力學性能與IOOOMPa級工程機械用鋼相匹配，能滿足對所焊設備結構的高強度技術要求，且具有優良的衝擊性能和耐磨性能的高強韌實芯焊絲。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是該實芯焊絲的化學組分是C為O. 01 O. 03wt%, Mn 為 I. 20 2· 00wt%, Si 為 O. 50 1· 00wt%, Cr 為 12. 00 18· 00wt%, Ni 為
4.00 8· 00wt%, S彡O. 005wt%, P彡O. 002wt%,餘量為Fe和不可避免的雜質。由於採用了上述技術方案，本發明採用超低碳含量，使焊縫金屬形成低碳馬氏體，在保證焊縫金屬強度的同時，使其具有較好的抗裂性能和衝擊韌性；採用較高的Cr元素含量，一方面通過固溶強化提高焊縫金屬的強度，以彌補由於超低碳含量而降低強度，另一方面也保證焊縫金屬以δ相凝固，同時提高焊縫金屬的淬硬性，降低奧氏體的相轉變溫度，促進低溫轉變產物低碳馬氏體的形成，提高焊縫金屬的強韌性；適當添加Ni元素，擴大奧氏體區域，降低馬氏體形成溫度，起到了細化馬氏體板條間距的作用；Ni元素也是固溶強化的元素，亦能彌補因碳含量低而損失的強度；Ni元素還能降低焊縫金屬中位錯運動的阻力，使應力鬆弛，從而提高了焊縫金屬的韌性；同時Ni元素與Mn元素可保證在高溫階段全部轉變為奧氏體相，避免高溫鐵素體的殘存；S和P元素提高凝固裂紋敏感性，能顯著降低焊縫金屬的低溫衝擊韌性，通過鋼水純淨化提高焊絲的品質，嚴格控制這兩種元素在焊絲中的含量，從而保證焊縫金屬中S、P元素控制在較低的水平。
本發明以超低的碳含量、較高的鉻含量、適當的鎳含量製成的實芯焊絲，合金元素成分簡單，易於控制。本發明所製備的實芯焊絲，焊接IOOOMPa級工程機械鋼後焊縫金屬組織為低碳馬氏體組織組織。低碳馬氏體組織保證了焊縫金屬具備了較高的抗拉強度，同時具有較高的衝擊韌性，屈服強度達到彡850MPa，抗拉強度達到彡1050MPa, _20°C衝擊韌性達到彡53J，高於對母材韌性的要求；同時，硬度為315 346(HV)，具有優良的耐磨性，實現了與IOOOMPa級工程機械鋼的力學性能匹配。因此，本發明合金元素簡單，所製備的實芯焊絲形成的焊縫金屬的力學性能與IOOOMPa級工程機械用鋼相匹配，且能滿足對所焊設備結構的高強度技術要求、並具有優良的衝擊性、高韌性、高耐磨性。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進一步描述，並非對本其保護範圍的限制 實施例I
一種用於IOOOMPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲。該焊絲的化學組分是C為O.01 O. 03wt%, Mn 為 I.20 1· 50wt%, Si 為 O.50 0· 65wt%, Cr 為 16.00 18· 00wt%, Ni 為
4.00 5· 80wt%, S彡O. 005wt%, P彡O. 002wt%，餘量為Fe和不可避免的雜質。本實施例所製備的實芯焊絲，採用鎢極氬弧焊焊接方法，焊接12mm厚的IOOOMPa級工程機械用鋼板。該鋼板的化學組分是C為O. 1(T0. 20wt%, Si為O. 2(T0. 70wt%,Mn 為 I. 00 1· 70wt%, Mo 為 0· 30 0· 50wt%, Ni 為 O. 30 0· 50wt%, Cr 為 O. 80 1· 20wt%,S彡0. 02wt%, P彡0. 025wt% ;該鋼板的力學性能是屈服強度為彡980MPa，抗拉強度為108(Tl370MPa，-20°C衝擊韌性功為彡25J。試板坡口型式為雙V型，單側坡口角度為45°。焊絲直徑Φ2. 5mm，焊接電流為7(Γ80Α，電弧電壓為14 16V，焊接速度為6 8cm/min。選用直徑Φ2. 5mm的鈰鎢極，氬氣純度大於99. 95%，氬氣流量為8 12L/min，氣體噴嘴直徑為Φ 8 12mm，噴嘴伸出長度為4 5mm。焊後進行焊縫金屬力學性能及顯微組織分析焊縫金屬的屈服強度為871 MPa,抗拉強度為1108MPa，-20°C時焊縫金屬衝擊功平均值Akv(-20°C )=53J，硬度值平均為315(HV)0焊縫金屬組織為低碳馬氏體。實驗結果表明採用本實施例焊絲，經鎢極氬弧焊後，其焊縫金屬力學性能完全滿足IOOOMPa級工程機械用鋼的技術要求。實施例2
一種用於IOOOMPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲。該焊絲的化學組分是C為O. 01 O. 03wt%, Mn 為 I. 50 1· 80wt%, Si 為 O. 65 O. 80wt%, Cr 為 14. 00 16· 00wt%, Ni 為
5.80 6· 50wt%, S彡O. 005wt%, P彡O. 002wt%，餘量為Fe和不可避免的雜質。本實施例所製備的焊絲焊接工藝和所焊接的鋼板同實施例I。焊後進行焊縫金屬力學性能及顯微組織分析焊縫金屬的屈服強度為860 MPa,抗拉強度為1095MPa，_20°C時焊縫金屬衝擊功平均值Akv (_20°C )=58J，硬度值平均為327(HV)0焊縫金屬組織為低碳馬氏體。實驗結果表明採用本實施例焊絲，經鎢極氬弧焊後， 其焊縫金屬力學性能完全滿足IOOOMPa級工程機械用鋼的技術要求。實施例3一種用於IOOOMPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲，該焊絲的化學組分是C為O. 01 O. 03wt%, Mn 為 I. 80 2· 00wt%, Si 為 O. 80 1· 00wt%, Cr 為 12. 00 14· 00wt%, Ni 為
6.50 8· 00wt%, S≤O. 005wt%, P≤O. 002wt%，餘量為Fe和不可避免的雜質。本實施例所製備的焊絲焊接工藝和所焊接的鋼板同實施例I。焊後進行焊縫金屬力學性能及顯微組織分 析焊縫金屬屈服強度為850 MPa，抗拉強度為1050MPa，-20°C時焊縫金屬衝擊功平均值Akv(-20°C )=62J，硬度值平均為346(HV)。焊縫金屬組織為低碳馬氏體。實驗結果表明採用本實施例焊絲，經鎢極氬弧焊後，其焊縫金屬力學性能完全滿足IOOOMPa級工程機械用鋼的技術要求。實驗結果表明採用本實施例所製備的實芯焊絲，經鎢極氬弧焊焊接後，其焊縫金屬力學性能完全滿足IOOOMPa級工程機械鋼及其所製備設備結構的技術要求。本具體實施方式
採用超低碳含量，使焊縫金屬形成低碳馬氏體，在保證焊縫金屬強度的同時，使其具有較好的抗裂性能和衝擊韌性；採用較高的Cr元素含量，一方面通過固溶強化提高焊縫金屬的強度，以彌補由於超低碳含量而降低強度，另一方面也保證焊縫金屬以δ相凝固，同時提高焊縫金屬的淬硬性，降低奧氏體的相轉變溫度，促進低溫轉變產物低碳馬氏體的形成，提高焊縫金屬的強韌性；適當添加Ni元素，擴大奧氏體區域，降低馬氏體形成溫度，起到了細化馬氏體板條間距的作用；Ni元素也是固溶強化的元素，亦能彌補因碳含量低而損失的強度；Ni元素還能降低焊縫金屬中位錯運動的阻力，使應力鬆弛，從而提高了焊縫金屬的韌性；同時Ni元素與Mn元素可保證在高溫階段全部轉變為奧氏體相，避免高溫鐵素體的殘存；S和P元素提高凝固裂紋敏感性，能顯著降低焊縫金屬的低溫衝擊韌性，通過鋼水純淨化提高焊絲的品質，嚴格控制這兩種元素在焊絲中的含量，從而保證焊縫金屬中S、P元素控制在較低的水平。本具體實施方式
以超低的碳含量、較高的鉻含量、適當的鎳含量製成的實芯焊絲，合金元素成分簡單，易於控制。本具體實施方式
所製備的實芯焊絲，焊接IOOOMPa級工程機械鋼後焊縫金屬組織為低碳馬氏體組織組織。低碳馬氏體組織保證了焊縫金屬具備了較高的抗拉強度，同時具有較高的衝擊韌性，屈服強度達到彡850MPa，抗拉強度達到彡1050MPa，_20°C衝擊韌性達到> 53J，高於對母材韌性的要求；同時，硬度為315 346 (HV)，具有優良的耐磨性，實現了與IOOOMPa級工程機械鋼的力學性能匹配。因此，本發明合金元素簡單，所製備的實芯焊絲形成的焊縫金屬能與IOOOMPa級工程機械鋼相匹配，且能滿足對所焊設備結構的高強度、高韌性、高耐磨性的技術要求。
權利要求
1.一種用於IOOOMPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲，其特徵在於該實芯焊絲的化學組分是C 為 0. oro. 03wt%, Mn 為 I. 20 2. 00wt%, Si 為 0. 50 1. 00wt%, Cr 為12.00 18. 00wt%, Ni 為 4. 00 8. 00wt%, S 彡 0. 005wt%, P 彡 0. 002wt%，餘量為 Fe 和不可避免的雜質。
2.根據權利要求I所述的用於IOOOMPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲的化學成分所製備的用於IOOOMPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲。
全文摘要
本發明涉及一種用於1000MPa級工程機械用鋼的高強韌實芯焊絲。其技術方案是該實芯焊絲的組分是C為0.01~0.03wt%，Mn為1.20~2.00wt%，Si為0.50~1.00wt%，Cr為12.00~18.00wt%，Ni為4.00~8.00wt%，S≤0.005wt%，P≤0.002wt%，餘量為Fe和不可避免的雜質。本發明所製備的實芯焊絲焊接後所形成的焊縫金屬屈服強度達到≥850MPa，抗拉強度達到≥1050MPa，-20℃衝擊韌性達到≥53J，高於對母材韌性的要求；同時，硬度為315~346(HV)，具有優良的耐磨性，實現了與1000MPa級工程機械鋼的力學性能匹配。
文檔編號B23K103/04GK102626836SQ20121013125
公開日2012年8月8日 申請日期2012年5月2日 優先權日2012年5月2日
發明者吳開明, 張心保, 王紅鴻, 黃剛 申請人:武漢科技大學