專利名稱：鋼用氣保護(hù)焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種焊接技術(shù)領(lǐng)域的焊接材料，特別是一種鋼用氣保護(hù)焊絲。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，隨著冶金技術(shù)的進(jìn)步使得冶煉超低碳和高潔凈度的鋼材成為可能，微合金化、形變強(qiáng)化理論和材料成分、組織、性能關(guān)系研究成果的應(yīng)用成功地研制出高均勻度、超細(xì)晶粒的、高強(qiáng)高韌性的新一代鋼種，該鋼種的研制與開發(fā)在日本、韓國、歐盟、中國以及其他國家得到較快發(fā)展。但相對而言，焊接接頭的組織與性能是整個結(jié)構(gòu)比較薄弱的環(huán)節(jié)。因?yàn)楹缚p金屬的潔凈度低，組織粗大，存在組織和化學(xué)成分上的不均勻性，而且焊縫金屬的強(qiáng)韌性只能通過合金化和組織控制來實(shí)現(xiàn)，隨著材料強(qiáng)度級別的增加，要進(jìn)一步提高焊縫的強(qiáng)度(700MPa以上)，必然引起焊縫合金化程度的提高，這樣的后果容易導(dǎo)致焊縫金屬變脆，而且常用的針狀鐵素體焊縫金屬對冷卻速度很敏感，這給接頭組織和性能的調(diào)控帶來困難。這與母材的優(yōu)異性能相比，要實(shí)現(xiàn)與母材等強(qiáng)韌性是很困難的，尤其是達(dá)到新一代鋼鐵材料所具有的強(qiáng)度和高韌性配合則更加困難。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，公開號為CN1413795的中國專利公開的“超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料”超低碳高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲材料，其適用鋼的強(qiáng)度級別為700-800MPa。焊絲熔敷金屬的屈服強(qiáng)度最高達(dá)到790MPa，抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到840Mpa，抗拉強(qiáng)度尚未達(dá)到900MPa。這對于強(qiáng)度超過900MPa的高強(qiáng)鋼，在要求高強(qiáng)匹配的場合該焊絲則不能滿足設(shè)計(jì)要求，比如船舶制造中的焊接接頭強(qiáng)度需要超過母材強(qiáng)度，而需要采用高強(qiáng)鋼焊接制造的船舶結(jié)構(gòu)就因此受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鋼用氣保護(hù)焊絲。這種超低碳、高強(qiáng)度氣保護(hù)焊絲，能滿足對焊縫金屬高強(qiáng)度的要求，又能保持良好的低溫韌性及低硬度。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明各個組分占總體材質(zhì)的質(zhì)量百分比含量分別為C0.003％-0.04％；Mn1.5％-3％；Si0.02％-0.4％；Ni2％-6％；Mo1.0％-3.2％；Ti0％-0.4％；Cr0.01％-0.6％；Cu0.2％-0.4％；Mg0％-0.1％；雜質(zhì)控制在S≤0.01％，P≤0.02％；余量為Fe。
所述的Mg，其優(yōu)選范圍為0.004％-0.010％，為冶煉時加入。
所述焊絲可以采用鎢極氬弧焊或Ar+1％-20％CO2氣保護(hù)焊，從而保證焊縫金屬具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的低溫韌性和低的硬度。
本發(fā)明的組分設(shè)計(jì)原理如下(1)C含量盡管C是保證強(qiáng)度的重要元素，但是在高強(qiáng)鋼焊縫中C一方面增加了強(qiáng)度，但是容易形成脆硬組織而引發(fā)延遲裂紋，為了防止該缺陷的產(chǎn)生需要焊前預(yù)熱、嚴(yán)格控制層間溫度和采用焊后熱處理，增加了焊接制造成本。基于以上原因盡量降焊絲中C的含量；(2)Mn含量由于C固溶強(qiáng)化的減弱，采用以Mn代C保證焊縫金屬的強(qiáng)度。另外，Mn的增加使過冷奧氏體的更加穩(wěn)定，促使焊縫金屬發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變，使下貝氏體的強(qiáng)度與馬氏體接近，而韌性和塑性則比馬氏體要好；(3)Si含量Si在焊縫金屬中主要作為脫氧元素，也具有一定的固溶強(qiáng)化作用，但是Si在超低碳焊縫金屬中容易降低韌性，所以設(shè)計(jì)時在保證足夠脫氧的條件下盡量保持在成分含量的下限；(4)Ni含量；Ni一方面增強(qiáng)奧氏體的穩(wěn)定性，保證下貝氏體組織的獲得，另一方面對低溫韌性極為有利，而且Ni對強(qiáng)度的提高也有貢獻(xiàn)；(5)Mo含量考慮到碳的大幅度降低，盡管以Mn代C，但是為了保證足夠的強(qiáng)度，考慮加入適量的Mo保證強(qiáng)度，同時也利用Mo對低溫韌性的改善作用；(6)Ti含量Ti的加入主要是補(bǔ)充脫氧；(7)Cu與Cr含量提高焊縫金屬的抗腐蝕能力；(8)Mg含量Mg一方面具有強(qiáng)烈的脫氧效果，從而可以彌補(bǔ)Si含量降低脫氧不足的不利因素，另一方面Mg具有強(qiáng)烈增強(qiáng)晶界強(qiáng)度和凈化晶界的作用，而且Mg在焊縫金屬中還有脫S的效果。這對改善焊縫金屬的塑性、韌性具有很大益處。
本發(fā)明的加工工藝特點(diǎn)及應(yīng)用在上述設(shè)計(jì)原理下，選擇合適的合金元素與純鐵配比進(jìn)行真空冶煉，冶煉時Mn、Ti、Mg依次最后加入，并且在加入時采用惰性氣體保護(hù)防止蒸發(fā)。在合金元素全部熔化15-30分鐘后澆成鑄錠，再經(jīng)過鍛、軋制、盤元和拔絲等工藝制成成品焊絲，焊絲的直徑可根據(jù)需要拉拔成1.2mm或1.6mm。由于本發(fā)明涉及焊絲設(shè)計(jì)對象為強(qiáng)度級別超過900MPa，所以很適合用于象高強(qiáng)船用鋼材料的焊接。由于設(shè)計(jì)中含有Cu、Cr元素，對于船舶結(jié)構(gòu)服役時的抗應(yīng)力腐蝕性能極為有益；另外由于含有較多Ni能保證低溫韌性；由于C含量較低，和高強(qiáng)韌性超低碳貝氏體組織的獲得，這對焊接施工過程中的焊前預(yù)熱、層間溫度控制和焊后熱處理等工藝的要求不是很嚴(yán)格，可節(jié)約時間和成本，同時也減少了焊接返修的費(fèi)用。
本發(fā)明的焊縫具有良好的綜合性能，特別是具有很高的強(qiáng)度，但是硬度不高，也具有較好的低溫韌性。其中硬度較低對抗延遲開裂破壞和在腐蝕環(huán)境下的抗腐蝕能力很有利。其綜合性能為σs＝881MPa-892MPa，σb＝900MPa-954MPa，硬度為260-280Hv，AKv-20℃＝44J，AKv-40℃＝38J-42J。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1本實(shí)施例的鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)C0.019％Mn2.0％Si0.33％Ni5.60％Mo2.5％Ti0.011％Cr；0.35％Cu0.34％Mg0.010％S0.0089％P0.010％余量為Fe。
本實(shí)施例的制造過程為選用純鐵，以及合適的合金元素配比，進(jìn)行真空冶煉，冶煉時不加入C，Mn、Mg依次最后加入，并且在加入時采用惰性氣體保護(hù)防止蒸發(fā)。在合金元素全部熔化20分鐘后澆成鑄錠，再經(jīng)過鍛、軋制、盤元和拔絲等工藝制成成品焊絲，焊絲的直徑可根據(jù)需要拉拔成1.2mm的焊絲。
本實(shí)施例焊絲熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能試驗(yàn)均按照GB8110-87/95——二氧化碳?xì)獗Ｗo(hù)焊用鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試板為Q345鋼，尺寸450mm×150mm×20mm，坡口角度45°，隔離層厚度＞3mm，焊接電壓27-31V，焊接電流260-290A，焊接速度5.5mm/s，層間溫度150℃，保護(hù)氣體Ar+CO2混合氣體，流量20-25L/min。焊接后熔敷金屬性能見表1。
實(shí)施例2本實(shí)施例的鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)C0.014％Mn2.5％
Si0.02％Ni5.6％Mo3.0％Ti0.019％Cr0.35％Cu0.35％Mg0.004％S0.0095％P0.009％余量為Fe。
本實(shí)施例制造過程同實(shí)施例1。
本實(shí)施例焊絲熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能試驗(yàn)均按照GB8110-87/95——二氧化碳?xì)獗Ｗo(hù)焊用鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試板為Q345鋼，尺寸450mm×150mm×20mm，坡口角度45°，隔離層厚度＞3mm，焊接電壓27-31V，焊接電流260-290A，焊接速度5.5mm/s，層間溫度150℃，保護(hù)氣體Ar+CO2混合氣體，流量20-25L/min。焊接后熔敷金屬性能見表1。
表1

注沖擊值上劃線為單值，下為平均值；硬度為14點(diǎn)平均值，單值見表2表2熔敷金屬硬度(Hv10)


實(shí)施例3本實(shí)施例的鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)C0.04％Mn1.5％Si0.16％Ni5.98％Mo3.20％Ti0.40％Cr0.60％Cu0.40％Mg0％S0.0086％P0.009％余量為Fe。
本實(shí)施例冶煉時C取上限加入量，Mn取下限加入量，Ti取上限加入量，不加入Mg，其他制造過程同實(shí)施例1。
本實(shí)施例焊絲熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能試驗(yàn)均按照GB8110-87/95——二氧化碳?xì)獗Ｗo(hù)焊用鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試板為Q345鋼，尺寸450mm×150mm×20mm，坡口角度45°，隔離層厚度＞3mm，焊接電壓27-31V，焊接電流260-290A，焊接速度5.5mm/s，層間溫度150℃，保護(hù)氣體Ar+5％CO2混合氣體，流量20-25L/min。焊接后熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度為930MPa，-20℃沖擊韌性平均值為23.3J(23J、23J、24J)，硬度為270(13點(diǎn)平均值)。
實(shí)施例4本實(shí)施例的鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)C0.003％
Mn3.0％Si0.40％Ni2.0％Mo1.0％Ti0％Cr0.01％Cu0.20％Mg0.10％S0.0085％P0.009％余量為Fe。
本實(shí)施例制造過程同實(shí)施例1。
本實(shí)施例焊絲熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能試驗(yàn)均按照GB8110-87/95——二氧化碳?xì)獗Ｗo(hù)焊用鋼焊絲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試板為Q345鋼，尺寸450mm×150mm×20mm，坡口角度45°，隔離層厚度＞3mm，焊接電壓27-31V，焊接電流260-290A，焊接速度5.5mm/s，層間溫度150℃，保護(hù)氣體Ar+5％CO2混合氣體，流量20-25L/min。焊接后熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度為915MPa，-20℃沖擊韌性值22J，硬度為280Hv(13點(diǎn)平均值)。
實(shí)施例5本實(shí)施例的鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)，其中Mg質(zhì)量百分比含量是0.01％，其他成分、制造過程以及熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能試驗(yàn)同實(shí)施例4。得到熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度為925MPa，-20℃沖擊韌性值34J，硬度平均值為274Hv。比實(shí)施例4的強(qiáng)度和韌性值高，硬度稍有降低。
實(shí)施例6本實(shí)施例的鋼用氣保護(hù)焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分及含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)，其中Mg質(zhì)量百分比含量是0.004％，其他成分、制造過程以及熔敷金屬試板焊接及力學(xué)性能試驗(yàn)同實(shí)施例3。得到熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度為940MPa，-20℃沖擊韌性值30J，硬度平均值為280Hv。比實(shí)施例3的強(qiáng)度和韌性值高，硬度稍有增加。
權(quán)利要求
1.一種鋼用氣保護(hù)焊絲，其特征在于，各個組分占總體材質(zhì)的質(zhì)量百分比含量分別為C0.003％-0.04％；Mn1.5％-3％；Si0.02％-0.4％；Ni2％-6％；Mo1％-3.2％；Ti0％-0.4％；Cr0.01％-0.6％；Cu0.2％-0.4％；Mg0％-0.1％；雜質(zhì)控制在S≤0.01％，P≤0.02％；余量為Fe。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼用氣保護(hù)焊絲，其特征是，所述的Mg，其質(zhì)量百分比含量為0.004％-0.01％。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種鋼用氣保護(hù)焊絲，屬于焊接材料領(lǐng)域。本發(fā)明的各個組分占總體材質(zhì)重量的質(zhì)量百分比表示分別為C0.003％－0.04％；Mn1.5％－3％；Si0.02％－0.4％；Ni2％－6％；Mo1％－3.2％；Ti0％－0.4％；Cr0.01％－0.6％；Cu0.2％－0.4％；Mg0％－0.1％；S≤0.01％；P≤0.02％；余量為Fe。本發(fā)明的焊縫具有良好的綜合性能，特別是具有很高的強(qiáng)度，但是硬度不高，也具有較好的低溫韌性。其中硬度較低對抗延遲開裂破壞和在腐蝕環(huán)境下的抗腐蝕能力很有利。
文檔編號B23K35/30GK101058134SQ20071004170
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者薛小懷, 馮濤, 吳魯海 申請人:上海交通大學(xué)