一種超高強氣體保護焊絲及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種焊接材料及其制造方法，尤其涉及一種氣體保護焊接材料及其制 造方法。
【背景技術】
[0002] 隨著現代機械裝備的高參數、大型化和輕量化的發展要求，采用80kg級及以上強 度級別的鋼材也成為許多國內制造行業的第一選擇。比如，在工程機械制造領域中的起重 機、混凝土泵車，又比如，在礦山機械制造領域中的煤機液壓支架，或是，在水電行業領域中 的水電壓力鋼管。同時，港口機械，海洋結構，客貨車輛及特種車輛等相關制造領域也都需 要大量使用強度級別較高的鋼材。同時，由于富氬氣體保護焊接是一種高效、廉價、可靠的 自動化或半自動化焊接方式，因此，在以上制造領域中都會廣泛采用到此種氣體保護焊接 方式。
[0003] 用于80kg級及以上強度級別的鋼材的焊接材料通常都會含有一定含量的主合金 元素，而不含有微合金元素，這樣焊接材料所形成的焊縫金屬的碳當量就會較高，相應地， 焊縫金屬的抗裂性就會較差，成本也相對較高。為了提供于下游終端用戶加工鋼鐵材料的 便利性，如下料、切割、焊接制作、彎曲成形等加工步驟，現有技術中的高強度的鋼材會通過 低合金或微合金化來提高其強度。然而，隨著抗拉強度的提高，超高強度焊接材料的低溫沖 擊韌性則會會大大地降低，為了使得超高強度焊接材料也具有良好的強韌性能，一般會加 入大于2%以上的Ni含量，由此會導致焊接材料的成本大幅地提高。
[0004][0005][0006][0007] 由上述中國專利文獻所公開的技術方案可以得知，高強度焊接材料的高強度主要 源于添加一定量的淬透性合金化元素（例如，C、Cr、Mo、W、Ni及Cu等元素），以此來提高焊 縫金屬的強度。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于提供一種超高強氣體保護焊絲，其合金含量低、碳當量低，由該 焊絲焊接后形成的焊縫金屬同時具有較高的強度、較大的低溫韌性以及較好的塑性，并且 這三者之間的匹配性好。與此同時，采用該焊絲焊接形成的焊縫金屬還具有優良的抗裂性 能和良好的焊接性能。
[0009] 為了實現上述目的，本發明提出了一種超高強氣體保護焊絲，其化學元素質量百 分比含量為：
[0010] C 0.06-0.12 %, Si 0.55-0.80 %, Mn 1.60-1.95 %,0<Cu^0. 20 %, CrO. 10-0. 35%, Mo 0. l〇-〇. 50%, Ni I. 00-1. 60%, Ti 0. 01-0. 20%, BO. 0005-0. 0060%, 余量為Fe及其他不可避免的雜質。
[0011] 本技術方案中不可避免的雜質除了 P和S元素之外，還包括A1、0、N和H元素。作為 不可避免的雜質元素，這些雜質元素的含量應當是越低越好。在超高強氣體保護焊絲中，磷 與硫均不利于焊縫金屬的塑韌性能，因此，其含量需要嚴格控制，在本發明的技術方案中可 以將磷含量控制為< 〇. 〇15wt. %，而將硫含量控制為< 0,01Owt. %。另外，為了減少夾雜 的產生，提高焊縫金屬的塑韌性，并提高焊縫金屬的潔凈度，可以將控制Al < 0. 02wt. %。 同時，為了提高焊縫金屬的韌性，可以控制〇彡〇. 〇〇5wt. %，N彡0. 006wt. %且 H 彡 0. 0002wt. %。
[0012] 本發明所述的超高強氣體保護焊絲中的各化學元素的設計原理為：
[0013] C :碳可以有效地提高焊縫金屬的強度。但是，含量過高的碳元素會影響焊縫金屬 的塑性、韌性以及冷裂紋敏感性能，因此，基于本發明的技術方案，將焊絲中的碳含量應控 制在0. 06-0. 12wt. %范圍之間。
[0014] 優選地，可以將焊絲中的碳含量控制為0. 06-0,1Owt. %。
[0015] Si :硅固溶在鐵素體和奧氏體中，其可以提高焊縫金屬的強度。同時，添加一定含 量的硅還可以增加焊縫金屬的流動性，使得焊絲在焊接過程中具有良好的焊接工藝性能。 然而，硅含量過高會導致焊縫金屬的韌性急劇下降，故將本發明所述的焊絲中硅的質量百 分比含量設計為〇. 55-0. 80%。
[0016] 優選地，還可以將該焊絲中硅的質量百分比含量設定為0. 55-0. 75%。
[0017] Mn :錳是增加焊縫金屬強韌性的有益元素之一。錳含量的增加不僅有利于防止焊 縫金屬出現熱裂紋，還有利于焊縫金屬的脫氧。不過，若錳含量過高就容易導致焊絲鋼鑄坯 中出現偏析和裂紋，也容易使得焊縫金屬的碳當量過大，并降低焊縫金屬的韌性。因而，本 發明所述的氣體保護焊絲中的錳元素的含量應該控制為I. 60-1. 95wt. %。
[0018] 更為優選的是，將錳元素的含量控制為1. 70-1. 90wt. %。
[0019] Cu:當銅含量小于0.5wt. %時，其作用主要表現為固溶強化，其析出強化作用 并不明顯，而當銅含量大于0. 5wt. %時，析出強化起主要作用，本技術方案要采用Cu的 固溶強化作用，但是，銅含量的增加會導致碳當量的增加，從而使得熱裂紋敏感性也相 應增加。綜合各種因素，本發明所述的氣體保護焊絲中的銅的質量百分比含量設定為ο < Cu 彡 0· 20%〇
[0020] 優選地，銅的質量百分比含量可以為0 < Cu < 0. 15%。
[0021] Cr :鉻可以提高焊縫金屬的淬透性，從而提高其強度。但是含量過高的鉻會降低焊 縫金屬的韌性，同時還會增加焊縫金屬冷裂紋敏感性。一定含量的鉻元素才可以細化鐵素 體晶粒，從而增加焊縫金屬二次組織的強韌性。鑒于此，本發明的技術方案中的鉻含量控制 為 0· 10-0. 35wt. %〇
[0022] 優選地，還可以將上述技術方案中的鉻含量進一步地控制為0. 10-0. 30wt. %。
[0023] Mo :鉬因可以存在于固溶體相和碳化物相中而具有固溶強化和析出強化的作用， 同時，鉬還具有細化晶粒的作用，從而兼具提高焊縫金屬的強度和韌性的作用。鉬是減小回 火脆性的元素，其可以提高多層多道焊縫金屬的回火穩定性；但鉬的含量過高會使得焊縫 組織產生較多的淬硬組織，增加焊縫金屬的冷裂紋敏感性。另外，鉬金屬的添加成本也相對 較高。基于此，將本發明所述的超高強氣體保護焊絲中的鉬含量應控制為〇. 10-0. 50wt. %。
[0024] 優選地，鉬含量還可以進一步地控制為0. 20-0. 50wt. %。
[0025] Ni :鎳可以提高焊縫金屬的韌性，尤其是提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性，并降低脆 性轉變溫度。在一定添加范圍內，隨著鎳含量的增加，可以提高焊縫金屬的強度，可是一旦 鎳含量超過該添加范圍之后，焊縫金屬的強度就不會隨其含量的增加而增加。此外，鎳元素 是一種昂貴的合金金屬元素，在添加時需要考慮其對于生產成本所造成的影響。故而，在本 發明的技術方案中將鎳含量控制為I. 00-1. 60wt. %。
[0026] 作為一種更為優選的設定范圍，可以將鎳含量控制為I. 20-1. 60wt. %。
[0027] Ti和B :鈦與氧、氮形成鈦的氧化物與氮化物，作為晶內二次焊縫組織的形核質 點，強化了晶內。硼在奧氏體晶界偏聚，抑制先共析鐵素體的形核與長大，強化了晶界。但 是硼含量過高時，將會引起硼脆。鈦、硼聯合加入的復合作用是含量稍高一些的鈦可優先與 氧、氮結合，從而可以保護硼不被氧化；然而鈦含量也不易過高，其原因在于：Ti含量過高 而形成的氧化物與氮化物尺寸大小不均勻，尺寸較大的氧、氮化物在焊縫金屬中便會以夾 雜物的形式存在，從而會大幅地降低焊縫金屬的塑性。由此，在本發明所述的超高強氣體保 護焊絲中，需要控制鈦含量為0.01-0. 20wt. %，并且控制硼含量為0.0005-0. 0060wt. %。
[0028] 優選地，可以將鈦含量控制為0. 03-0. 15wt. %。
[0029] 優選地，可以將硼含量控制為0. 0015-0. 0050wt. %。
[0030] 較之于現有技術，本發明所述的超高強氣體保護焊絲中不含W和Re等微合金元 素。同時，本發明的焊絲中的合金元素的添加量較少，其碳當量較低，使得焊絲的生產成本 相對較低，因此其具有更好的經濟效益。
[0031] 另外，相較于現有技術，本發明所述的超高強氣體保護焊絲中的Cu元素主要起到 了固溶強化的作用，而現有技術中的Cu元素在其所公開的技術方案中起到的是析出強化 的作用。
[0032] 此外，與現有技術相比較，本發明所述的超高強氣體保護焊絲在添加 Ti元素的基 礎上，還添加了 B元素，以