專利名稱：高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，屬于焊接材料領域，特別涉及抗 拉強度> 700MPa的耐熱鋼氣體保護焊絲。
背景技術：
氣體保護焊接已成為鋼結構制造的一種主要高效焊接方法，目前在許多制造行業 中，占有相當高的比例，隨著各行各業產品更新換代，在耐熱鋼領域科技含量不斷提高使用 環境對材料和焊接接頭的要求，更具有針對性。氣體保護焊絲具有什么樣的性能，直接關 系到整個焊接結構的綜合性能和安全，如力學性能、耐高溫性能、抗蠕變性能和焊接工藝性 倉泛。
采用國家標準中的幾種錳鎳鑰鋼焊絲，有適用范圍廣的優點，但是在特定領域使 用時效果并不顯著，針對電站鋼結構制造中用于錳鎳鑰鋼焊接時，在制造過程中所得熔敷 金屬及焊接接頭的蠕變強度、持久強度、持久塑性和高溫組織穩定性等參數不夠理想，難以 減少電站設備長期使用中焊縫金屬的脆變現象。發明內容
本發明的目的在于提供一種高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，可解決壓力容器，如 13MnNiMoA、DG50、15MnMoV鋼等配套氣體保護焊絲問題，解決其在長期使用中脆變的現象， 可確保所得熔敷金屬及焊接接頭具有足夠的蠕變強度、持久強度和持久塑性及良好高溫組 織穩定性，本發明的焊絲同時具有良好的焊接工藝性能和加工工藝性能，本發明除了 C ,Mn 、S1、S、P外，由于Cr、N1、Mo元素向焊縫金屬中過渡，加上Ti元素細化焊縫晶粒，改善 了焊縫金屬的沖擊韌性和較好的抗裂性，且能解決焊接600°C及以上工作的溫度的高強度 鋼結構和對韌性有要求的壓力容器，如13MnNiMoA、DG50、15MnMoV等。
本發明技術解決方案是高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，所述高強耐熱鋼氣體保 護實芯焊絲的化學成分及質量百分含量為C :0. 10 O. 15%、Mn :1. 75 2. 20%,S1:0. 85 O.95%, S 0 O. 015%,P 0 O. 015%, Cu 0 O. 20%, Cr :0. 30 O. 60%,N1:1. 50 2. 50%、 Mo :1· 40 1. 50%、V 0. 05 O. 20%、Ti 0. 02 O. 05%、Al 0. 05 O. 15%、Nb 0. 04 O. 20% ;余量 為Fe。在傳統的實芯焊絲中，由于對電站鋼結構制造中用于錳鎳鑰鋼焊接時，在制造過程中 所得熔敷金屬及焊接接頭的蠕變強度、持久強度、持久塑性和高溫組織穩定性等參數不夠 理想，難以減少電站設備長期使用中焊縫金屬的脆變現象，采用本發明的化學成分以及質 量百分含量設置，能夠使得熔敷金屬及焊接接頭的蠕變強度、持久強度、持久塑性和高溫組 織穩定性等參數穩定，杜絕了電站設備長期使用中焊縫金屬的脆變現象，保證其使用壽命 以及工作穩定性。
進一步所述S的質量百分比為O O. 014% ;所述P的質量百分比為O O. 014%。 S和P是一種有害雜質，隨著硫含量的增加，將增大焊縫的熱裂紋傾向，因此焊芯中硫的含 量不得大于O. 04%。在焊接重要結構時，硫含量不得大于O. 03%，焊絲中低S、低P及降低焊縫中的氧主要是保證熔敷金屬具有抗回火脆性和防止長期使用中的脆變現象，而且還有較高的塑性和抗裂性。國家標準中P、S < O. 0250%，相對本發明中S、P偏高，S、P含量偏高在特定的領域使用所得熔敷金屬的抗裂性和塑性會有所降低，長期使用焊道的脆變現象也會顯現，為改變在電站設備焊接使用中出現這一現象，本發明焊絲優選S、P均為O. 012 %，作為本發明的組分，控制此含量的S和P均能保證焊絲焊接時焊縫穩定，無裂紋，保證熔敷金屬具有抗回火脆性和防止長期使用中的脆變現象。進一步地，所述Nb的質量百分比為O. 08、. 18%。Nb是鈮，鈮是最有效的細化晶粒微合金化元素，在控軋和正火等熱處理過程中，它對延緩奧氏體再結晶和細化晶粒的作用極其強烈，這是鈮的重要優點之一。在控軋和正火鋼中鈮用比較低的含量，即現在常用的
O.05%左右即能起到顯著的作用。在軋制溫度低于950°C時，每道次標準變形量軋制后不會發生再結晶，這樣得到的伸長奧氏體晶粒由于形核的晶界及亞晶界面積增加，就能相變成細小的晶粒。因此，對于低碳錳鋼來說，通過加入少量的鈮，就可以在普通軋機上實現控軋而達到晶粒細化。 在焊接領域中，加入鈮元素，強化效果顯著，鈮的作用為硅的35-78倍、錳的41-87倍、鉻的50-117倍、鎳的87-175倍，可以代替2倍的釩或3倍的鈦。本發明優選加入質量百分比為O. 15%的鈮，增加了焊接過程中材料的穩定性能，對于焊接的強化效果顯著，使得電站鋼結構制造中用于錳鎳鑰鋼焊接穩定，電站的使用壽命更長。進一步地，所述Cu的質量百分比為O O. 18%,所述Al的質量百分比為
O.12 O. 14% ;所述C的質量百分比為O. 12 O. 14% ;所述Mn的質量百分比為1. 80 2· 10%。進一步地，本發明焊絲采用80%Ar+20%C02氣體保護焊接時飛濺小，合金元素燒損少，有助于提高焊縫的強度和韌性。國家標準ER55-B2-MnVA焊絲采用的是Ar+Ι 5% O2,氧在焊縫中雖然能提高電弧的穩定性和焊道的成型，但當過多的氧和碳結合后產生CO這種氣體小熔于金屬而不能逸出形成氣孔，直接影響焊縫金屬強度和韌性，所以本發明采用80%Ar+20%C02作保護氣體。本發明的氣體保護焊絲中低S、低P，主要為了熔敷金屬具有高的塑性和抗裂性，由于加入Cr、Mo、Ni, Cr一Mo耐熱體系主要是保證熔敷金屬具有較好的耐熱性和高溫組織穩定性，同時考慮與母材成份上的相匹配性。Ni對鋼的韌性有比較顯著的效果，一般低溫沖擊值要求較高時，適當摻入一些Ni元素，加入N1、Mo，主要是保證熔敷金屬具有較好的沖擊韌性和抗裂性，同時考慮與母材成份的匹配性，焊絲N1、Mo的含量是保證強度和沖擊韌性的必要元素同時也能增強其耐熱性，本發明Ni的含量為1. 50 2. 50%，優選1. 80 2. 20%, Mo含量1. 40 1. 50%。本發明的有益效果是
1、本發明焊絲所得熔敷金屬及焊接接頭在一定的高溫條件下具有長期使用中減少發生脆變現象，同時具有良好的綜合性能，尤其在600°c及以上工作的溫度的高強度鋼結構的組織穩定性和耐熱性及良好的強韌性匹配，同時具有良好的焊接工藝性能，送絲順暢施焊過程飛濺小，成型美觀等；
2、特別對耐熱和韌性有要求的壓力容器，如13MnNiMoA、DG50、15MnMoV等高強度結構鋼的焊接； 3、本發明焊絲所得熔敷金屬的綜合機械性能為屈服強度>600MPa，抗拉強度彡700MPa，伸長率彡20%，室溫條件下的沖擊韌性Akv彡60J。
具體實施方式
下面通過實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限于此。
實施例1 :高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，所述高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲的化學成分及質量百分含量為 c 0. 10 O. 15%、Mn :1· 75 2. 20%、Si 0. 85 O. 95%、S :0 O. 015%、P O O. 015%、Cu 0 O. 20%、Cr :0. 30 O. 60%、N1:1. 50 2. 50%、Mo :1. 40 1. 50%、V O.05 O. 20%、Ti 0. 02 O. 05%、Al 0. 05 O. 15%、Nb 0. 04 O. 20% ;余量為 Fe。Si 是一種較好的合金劑，在鋼中加入適量的硅能提高鋼的屈服強度、彈性及抗酸性能；若含量過高，則降低塑性和韌性。在本發明中，摻入的Si優選含量為O. 90%，在焊接過程中，硅也具有較好的脫氧能力，與氧形成二氧化硅，但它會提高渣的粘度，易促進非金屬夾雜物生成，提高了焊接時的穩定性。
所述S的質量百分比為O O. 014% ;所述P的質量百分比為O O. 014% ;所述Cu 的質量百分比為O O. 18% ;所述Al的質量百分比為O. 12^0. 14% ;所述Nb的質量百分比為O. 08、. 18% ;所述氣體積比為80%Ar、20%C02。鈮元素作為化學元素，在本發明中添加該元素后，使得焊絲的強化效果顯著加強，對于焊接在特殊領域中，效果更加明顯，如焊接 13MnNiMoA、DG50、15MnMoV 效果明顯。
所述C的質量百分比為O. 12^0. 14%，C是鋼中的主要合金元素，當含碳量增加時， 鋼的強度、硬度明顯提高，而塑性降低。在焊接過程中，碳起到一定的脫氧作用，在電弧高溫作用下與氧發生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳氣體，將電弧區和熔池周圍空氣排除， 防止空氣中的氧、氮有害氣體對熔池產生的不良影響，減少焊縫金屬中氧和氮的含量。若含碳量過高，還原作用劇烈 ，會引起較大的飛濺和氣孔。考慮到碳對鋼的淬硬性及其對裂紋敏感性增加的影響，低碳鋼焊芯的含碳量一般為O. 15%。而本發明是適用于特殊的電站鋼結構制造焊接中，C的含量為O. 12%為最佳比例。
所述Mn的質量百分比為1. 8(Γ2. 10%。胞在鋼中是一種較好的合金劑，隨著錳含量的增加，其強度和韌性會有所提高。在焊接過程中，錳也是一種較好的脫氧劑，能減少焊縫中氧的含量。錳與硫化合形成硫化錳浮于熔渣中，從而減少焊縫熱裂紋傾向。因此一般碳素結構鋼焊芯的含錳量為O. 30% O. 55%，焊接某些特殊用途的鋼絲，其含錳量高達1. 70% 一 2. 10%，在本發明中，Mn的含量為1. 95%，效果為最佳。
Cr能夠提高鋼的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。對于低碳鋼來說，鉻便是一種偶然的雜質。鉻的主要冶金特征是易于急劇氧化，形成難熔的氧化物三氧化二鉻(Cr2O3),從而增加了焊縫金屬夾雜物的可能性，三氧化二鉻過渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流動性降低， 本發明優選Cr的最佳含量為O. 52%，此含量的Cr，在焊接時增加了焊縫的穩定性。
將本發明與現有的焊絲進行多組對比，得到如表I表2的數值表I為實施例焊絲的成品化學成份(質量百分比)
權利要求
1.高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，其特征在于所述高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲的化學成分及質量百分含量為C 0. 10 O. 15%、Mn :1. 75 2. 20%、Si 0. 85 O. 95%、S 0 0.015%、P :0 O. 015%、Cu 0 O. 20%、Cr 0. 30 O. 60%、N1:1· 50 2. 50%、Mo :1· 40 1.50%、V :0. 05 O. 20%、Ti 0. 02 O. 05%、Al 0. 05 O. 15%、Nb 0. 04 O. 20% ;余量為 Fe。
2.根據權利要求1所述的高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，其特征在于所述S的質量百分比為O O. 014%。
3.根據權利要求1所述的高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，其特征在于所述P的質量百分比為O O. 014%。
4.根據權利要求1所述的高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，其特征在于所述Cu的質量百分比為O O. 18%。
5.根據權利要求1所述的高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，其特征在于所述Nb的質量百分比為O. 08 O. 18%。
6.根據權利要求1所述的高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，其特征在于所述Al的質量百分比為O. 12^0. 14%。
7.根據權利要求1所述的高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，其特征在于所述C的質量百分比為O. 12^0. 14%。
8.根據權利要求1所述的高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，其特征在于所述Mn的質量百分比為1. 80 2· 10%ο
全文摘要
本發明公開了高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲，所述高強耐熱鋼氣體保護實芯焊絲的化學成分及質量百分含量為C0.10～0.15%、Mn1.75～2.20%、Si0.85～0.95%、S≤0.015%、P≤0.015%、Cu≤0.20%、Cr0.30～0.60%、Ni1.50～2.50%、Mo1.40～1.50%、V0.05~0.20%、Ti0.02~0.05%、Al0.05~0.15%、Nb0.04~0.20%；余量為Fe。本發明焊絲所得熔敷金屬及焊接接頭具有長期使用中減少發生脆變現象，具有良好的綜合性能，在高強度鋼結構的組織穩定性和耐熱性及良好的強韌性匹配，具有良好的焊接工藝性能，送絲順暢施焊過程飛濺小，成型美觀等；特別對耐熱和韌性有要求的壓力容器的焊接；焊絲所得熔敷金屬的綜合機械性能為屈服強度≥600MPa，抗拉強度≥700MPa，伸長率≥20%，室溫條件下的沖擊韌性Akv≥60J。
文檔編號B23K35/368GK103056548SQ20121055764
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者毛天平 申請人:成都新大洋焊接材料有限責任公司