專利名稱：超低碳高強度氣體保護焊絲材料的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料焊接用氣體保護焊絲的材料領域。更適用于制備超低碳高強度的氣體保護焊絲材料。
背景技術：
在700-800MPa級的低合金高強度鋼和超細晶粒鋼的施焊過程中，為了得到焊縫的金屬強度與母材強度相匹配的結果，需采用對焊縫處添加必要的合金元素進行成分補償，目的在于焊后得到在焊縫處的金屬與母材成分和性能更接近的效果。但是由于采用傳統的焊絲施焊后，焊縫處金屬冷裂紋敏感性會有所增大，在施焊工藝中還需采取預熱等補救方法措施，使工作時的工況條件變得惡化和復雜。由于碳元素是產生冷裂紋最敏感的元素，而其他的元素對促進產生冷裂紋的作用則相對碳要小些。而且多種碳當量的表達公式也表明，其他元素對促進冷裂紋敏感性的作用與碳元素相比較均很低。因此采用傳統的焊絲進行施焊時，很難獲得焊縫金屬與母材性能相匹配的結果。尤其是在施焊時不需預熱，而焊縫處金屬強度應達到700-800MPa，同時還具有高的低溫沖擊韌性的焊絲材料，在現有技術的焊接材料中還很難有達到此使用要求的焊絲材料。
發明目的與內容本發明的目的是提出一種成份設計簡單和使用方便，施焊后焊縫處金屬冷裂紋敏感性小，而且焊縫處金屬與母材性能結果相近的超低碳高強度氣體保護焊絲材料。
根據本發明的目的，我們所提出的超低碳高強度氣體保護焊絲材料的理由是，在考慮到降低碳含量的同時，可采用通過調整其他合金元素含量的方式，來提高焊縫金屬強度的效果，而且還能夠降低焊縫金屬產生冷裂紋的敏感性和不需預熱就能進行焊接。該氣體保護焊絲材料的設計，除了是針對700-800MPa級低合金高強度鋼的焊接外，還針對800MPa級超細晶粒度的高強度鋼進行焊接。因此本發明所提出的超低碳高強度氣體保護焊絲材料，其特征在于該焊絲材料的具體化學成分(重量％)為C 0.01-0.05％；Mn1.00-3.00％；Si 0.1-1.0％；Ni 2.0-6.0％；Mo 0.2-2.5％；Ti 0.01-0.08％；B0.0002-0.008％；RE 0.01-0.5％；S≤0.01；P≤0.01；余量為Fe和不可避免的雜質。在本發明的超低碳高強度氣體保護焊絲材料中，采取對碳含量的限定是考慮到，碳元素是非常有效的硬化和固溶強化組元，同時碳化物在起到強化作用時，還常常作為裂紋源出現，因此采取對材料成分中的碳含量限制在0.01-0.05％，有利于降低焊縫金屬的冷裂紋敏感性。在本發明的焊絲材料中，錳作為硬化元素加入，同時他還起到脫氧和脫硫的作用。硅元素的加入有脫氧效果，當硅以固溶態的形式存在時，他可以提高基體的屈服強度，但會使材料的韌脆轉變溫度提高作用。鎳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。鉬是固溶強化的主要元素，他與其他元素相結合容易形成碳化物。鈦元素的加入容易形成碳化物、氮化物和氧化物，可防止硼氧化和氮化，但是鈦的加入量過高，會導致焊縫內產生過多的針狀鐵素體，因此鈦的加入量為0.01-0.08％。在本發明的材料中加入硼可抑制先共析鐵素體的產生和降低固溶氮的含量，因此加入少量硼可以提高材料的韌性。加入稀土可以細化焊縫的晶粒，球化夾雜物相和有效的提高材料的韌性。硫和磷均為有害雜質，含量應控制在0.01％以內。其余量為鐵和其它不可避免的雜質。本發明氣保焊絲材料的制備與現有技術制備工藝相同。首先按本發明所設計成分進行配料和煉鋼，經真空爐冶煉后鑄錠，鍛鋼的開鍛溫度為1050℃、終鍛溫度為850℃，軋鋼十余道次后再經900-1000℃的退火處理，將軋后盤條再經多道次的(拉拔-退火-拉拔...)拉拔后可得直徑(根據設計者要求)為1.2mm或1.6mm的焊絲。
采用本發明所設計的超低碳高強度氣體保護焊絲材料與現有技術焊絲材料相比較，具有成份設計簡單合理、使用方便，施焊后焊縫處金屬冷裂紋敏感性小，而且焊縫處金屬與母材性能結果相近等特點。本發明氣體保護焊絲材料與中國專利CN1358607A相比較，因本發明焊絲材料成分中碳含量低和不合銅，并且調整了鎳元素的含量，所以本發明焊絲更適宜于無預熱焊接高強度結構鋼。與中國專利CN1328897A相比較，本發明焊絲材料成分中Ti含量低和適量調整Ni元素的含量，這樣可以有助于焊縫金屬強度的提高和低溫韌性的改善。與日本專利特開昭60-96394相比較，因本發明焊絲材料通過嚴格限制了Al含量和調整Ti含量，這樣不僅改善了焊縫韌性，而且還細化晶粒和改善了焊縫金屬的低溫韌性。本發明焊絲材料與美國專利5,774,782相比較，由于在本發明中加入了適量的稀土元素，而焊縫中稀土類元素與硫有很大的親和力，具有明顯的脫硫、改善硫化物夾雜的尺寸、形態和分布的作用，所以對改善焊縫韌性有明顯效果(在實施例對比中，因美國專利施焊試驗條件不同所以沒比較)。另外在本發明焊絲材料中加入適量稀土元素還可以降低熔敷金屬中的擴散氫含量，降低了氣孔敏感性及其他與氫有關的焊接缺陷。再有本發明焊絲材料與傳統高強焊絲材料相比，由于本發明焊絲材料成分設計合理，使焊縫金屬淬硬性顯著降低，對焊接高強度鋼時可進一步降低預熱溫度或采用無預熱焊接。同時本發明焊絲材料在焊接過程中，由于焊縫金屬是在較寬的能量輸入范圍內都將獲得以貝氏體為主的組織，所以對焊接工藝的適應性增強。這樣可以在不同的焊接工藝條件下獲得組織性能更穩定的焊縫金屬。
具體實施方案在采用本發明超低碳高強度氣體保護焊絲材料的成分范圍，我們共制備了五組實施例，為了對比方便，我們在以下的對比表中同樣列入了兩組成分的對比材料。本發明超低碳高強度氣體保護焊絲材料與現有技術焊絲材料的成分對比列入表1；表2為本發明超低碳高強度氣體保護焊絲實施例與現有技術焊絲的力學性能的比較；本發明超低碳高強度氣體保護焊絲材料均采用真空爐進行冶煉的，初鍛溫度為1020℃和終鍛溫度為950℃，然后經12道次軋后于950℃進行退火處理，再進行拉拔使焊絲達到設定尺寸。在本發明實施例各表中的序號1-5為本發明實施例焊絲，序號6為中國專利CN1328897A，序號7為中國專利CN1328897A。
表1本發明實施例焊絲材料與現有技術焊絲材料的成分比較(重量％)
表2本發明實施例焊絲與現有技術焊絲的力學性能的比較
本發明實施例的試板焊接是參照GB/T8110-1995《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲標準》進行。試板料選用Q235鋼板，尺寸為350mm×150mm×20mm。墊板選用厚度為3mm的Q235鋼板。為防止在氣體保護焊時，母材稀釋對焊絲熔敷金屬成分的影響，使用同一試驗焊絲在坡口兩側分別堆焊厚度為10mm的隔離層，采用Ar+5％CO2氣體保護焊，焊接線能量為18kJ/cm。表3為施焊鋼板的化學成分(重量％)，表4為施焊鋼板的力學性能。本發明實施例的試驗是采用序號3的焊絲進行實際鋼板施焊，鋼板選用800MPa級超細晶粒的回火態鋼板，厚度為12mm，鋼板開有V形對接坡口，施焊采用Ar+5％CO2進行氣體保護焊，經多道焊至填滿坡口。焊接線能量為30kJ/cm時，焊接金屬的力學性能為σb＝760MPa，Akv(-40℃)＝88J。焊接線能量為20kJ/cm時，焊接金屬的力學性能為σb＝795MPa，Akv(-40℃)＝94J。焊接線能量為10kJ/cm時，焊接金屬的力學性能為σb＝820MPa，Akv(-40℃)＝136J。
表3施焊鋼板的化學成分(重量％)
表4施焊鋼板的力學性能
根據上述所列舉的實施例和施焊試驗結果可看出，采用本發明實施例氣保焊絲均能獲得很高的強度、塑性，尤其是熔敷金屬的低溫沖擊韌性更顯優異。經試驗證明，本發明超低碳高強度氣體保護焊絲材料具有強度高、低溫韌性好，而且工藝性能優良，焊接電弧穩定、飛濺小、成形美觀、無氣孔和施焊時不需預熱、焊縫處不裂紋等優點。
權利要求
1.一種超低碳高強度用氣體保護焊絲，其特征在于該焊絲組成的化學成分(重量％)為C 0.01-0.05，Mn 1.00-3.00，Si 0.1-1.0，Ni 2.0-6.0，Mo 0.2-2.5，Ti 0.01-0.08，B 0.0002-0.008，RE 0.01-0.5，S≤0.01，P≤0.01，余量為Fe及其它不可避免的雜質。
全文摘要
本發明屬于金屬材料焊接用氣體保護焊絲的材料領域。更適用于制備超低碳高強度的氣體保護焊絲材料。組成該焊絲的化學成分(重量％)為C0.01－0.05，Mn 1.00－3.00，Si 0.1－1.0，Ni 2.0－6.0，Mo 0.2－2.5，Ti 0.01－0.08，B 0.0002－0.008，RE 0.01－0.5，S≤0.01，P≤0.01，余量為Fe及其它不可避免的雜質。采用本發明焊絲與現有技術相比較，具有成份設計簡單合理、使用方便，施焊后焊縫處金屬冷裂紋敏感性小，而且焊縫處金屬與母材性能結果相近等特點。
文檔編號B23K35/22GK1413795SQ02158129
公開日2003年4月30日 申請日期2002年12月25日 優先權日2002年12月25日
發明者田志凌, 馬成勇, 何長紅, 張曉牧, 彭云 申請人:鋼鐵研究總院