一種低溫韌性優(yōu)良的大線能量焊接用埋弧焊實(shí)芯焊絲的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種低溫韌性優(yōu)良的大線能量焊接用埋弧焊實(shí)芯焊絲，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為C：0.06~0.10%、Si：≤0.10%、Mn：1.20~2.0%、Ni：0.20~1.20%、Ti：0.03~0.10%、B：0.005~0.010%、S的含量不超過(guò)0.010%、P的含量不超過(guò)0.020%、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明涉及的埋弧焊實(shí)芯焊絲成分設(shè)計(jì)采用Mn-Ni-Ti-B合金體系，配合國(guó)產(chǎn)SJ101焊劑，在60kJ/cm~120kJ/cm焊接線能量下，熔敷金屬性能滿足各種規(guī)范要求。該埋弧焊實(shí)芯焊絲適合于單絲和雙絲埋弧焊，焊絲焊接參數(shù)范圍調(diào)節(jié)寬，焊接工藝穩(wěn)定，焊縫成型美觀，適合全位置焊接。同時(shí)，該埋弧焊絲貴重金屬含量較少，生產(chǎn)成本較低。
【專利說(shuō)明】一種低溫韌性優(yōu)良的大線能量焊接用埋弧焊實(shí)芯焊絲
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，尤其涉及一種適合于大線能量焊接用的埋弧焊實(shí)芯焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼板被廣泛用于諸如建筑、橋梁、壓力容器、儲(chǔ)罐、管線和船舶等基礎(chǔ)建設(shè)和大型建筑中。建造構(gòu)件的大型化和高層化發(fā)展趨勢(shì)要求鋼板的厚度增加，同時(shí)具有更高的綜合性能。焊接是大型建筑構(gòu)件中最長(zhǎng)的一個(gè)工序，不僅影響建造成本，而且直接決定了建造周期。由于埋弧焊具有焊接效率高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接、減輕焊工勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，在這些鋼結(jié)構(gòu)的焊接過(guò)程中埋弧焊成為很重要的工藝之一。但是目前埋弧焊焊接線能量多數(shù)在30 40kJ/cm之間，所以為了進(jìn)一步提聞焊接生廣效率，提聞焊接線能量是一個(gè)行之有效的手段° 按照 IACS (International Association Classification of Societies)的有關(guān)規(guī)定，焊接線能量在50kJ/cm以上為大線能量焊接。但隨著焊接線能量的增加，焊接區(qū)的冷卻速度下降，焊縫金屬組織容易粗化，焊縫接頭的韌性顯著下降。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用在大線能量焊接方面的焊絲多數(shù)需要從國(guó)外進(jìn)口，所以開發(fā)適合于大線能量焊接、高強(qiáng)度、低溫韌性優(yōu)良的國(guó)廣焊接材料是進(jìn)一步提聞埋弧焊效率、降低成本、提聞焊接接頭性能和替代進(jìn)口廣品的重要途徑。
[0003]現(xiàn)在關(guān)于適合于大線能量焊接用的埋弧焊實(shí)芯焊絲的報(bào)道較少。
[0004]專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910046732.3公開了 “一種高韌性埋弧焊絲”，其特征在于熔敷金屬屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較高，具有優(yōu)異低溫韌性和耐大線能量，其化學(xué)成分如下:C:
0.08~0.15%, Si S 0.1%、Μη:1.90~2.20%, S S 0.010%,P S 0.020%,N1:0.10~0.30%、Cu:(0.35%、其余為Fe。該專利雖指出發(fā)明的埋弧焊絲具有耐大線能量的特征，但是實(shí)施例中僅給出35kJ/cm焊接線能量下熔敷金屬性能。
[0005]專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200410097804.4公開了 “一種大線能量埋弧焊用焊絲”，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)C:0.03~0.10%、N:0.0035%以下、S1:0.40%以下、Mn:1.00~2.50%、還含Ti在0.030%以上且滿足Ti/N:15~50，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)組成的焊絲。該專利雖然給出了 Ti與N元素之間的配比關(guān)系，但是并未提及Ti與B元素的配比比例。因?yàn)樵诖缶€能量焊接條件下，焊絲中Ti與B元素的配比關(guān)系對(duì)焊縫金屬的韌性影響較大。
[0006]專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200510029245.8公開了“一種高性能埋弧焊絲及盤條及其制造方法”，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)C:0.06~0.13%、S1:0.1-0.5%、Mn:1.3~1.7%、Ti:
0.010~0.15%,B:0.001-0.009%、Μο:0.30~0.60%、其余為Fe。其摘要中提到該發(fā)明焊絲適合于2(T80kJ/cm大線能量焊接，成分設(shè)計(jì)中添加了 Ti和B元素，但是也沒(méi)有提及Ti和B元素含量配比，同時(shí)在成分設(shè)計(jì)中添加了貴重金屬M(fèi)o，從而提高了盤條和焊絲的生產(chǎn)成本。
[0007]專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200410097804.4公開了 “大線能量埋弧焊焊接接頭、該接頭的制法及所用焊絲及焊劑”，其焊接接頭的焊縫金屬成分按質(zhì)量百分比表示c:0.03、.10%、Si:(0.40%、Mn:1.00~2.50%、T1:0.003~0.030%、N:0.0050以下。且焊縫金屬中按質(zhì)量百分比計(jì)還含有Nb:0.010~0.200%、Μο:0.10~0.50%,N1:0.05~1.00%中選出的I種或2種以上。
其特征在于埋弧焊焊絲可在150kJ/cm大線能量條件下焊接。但是該發(fā)明焊絲中僅提到了 B和N元素的比例，也沒(méi)有提到Ti和B元素含量配比，同時(shí)在實(shí)施例中僅給出了 0°C和_20°C的沖擊韌性。在實(shí)施例中，韌性優(yōu)良的焊絲中均含有Mo和Nb元素，增加了焊絲的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于發(fā)明一種焊接線能量在50kJ/cm以上大線能量焊接條件下，具有高熔敷效率、低溫韌性優(yōu)良的埋弧焊實(shí)芯焊絲。主要適用于屈服強(qiáng)度在450MPa級(jí)別的橋梁、船舶、建筑等大型焊接結(jié)構(gòu)件的制造。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為提出一種適合于大線能量焊接、高強(qiáng)度和優(yōu)良低溫韌性的埋弧焊實(shí)芯焊絲，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C:0.06~0.10%、S1:≤0.10%、Mn:1.20~2.0%、Ni:
0.20~1.20%、Ti:0.03~0.10%、B:0.005~0.010%、S 的含量不超過(guò) 0.010%、P 的含量不超過(guò)
0.020%、余量為Fe和不可避免的對(duì)藥芯焊絲性能沒(méi)有影響的雜質(zhì)。同時(shí)控制Ti與B元素的比例在7.0-10.0之間。
[0010]本發(fā)明化學(xué)成分設(shè)計(jì)的依據(jù)是:
[0011]C:碳具有提高熔敷金屬?gòu)?qiáng)度的作用，同時(shí)對(duì)其韌性和抗裂性能的下降有明顯的作用，為提高韌性和抗裂性能，碳含量應(yīng)盡可能降低一些。但是碳含量低于0.06%,焊縫強(qiáng)度得不到保證，也不利于針狀鐵素體的生成。
[0012]S1:焊接過(guò)程中重要的脫氧元素。當(dāng)焊縫中Si含量小于0.10%時(shí)，脫氧效果較差，焊縫易產(chǎn)生氣孔缺陷。Si含量 大于0.50%時(shí)，容易造成鐵素體粗化，降低焊接接頭韌性。由于焊劑中SiO2含量較高，焊接 過(guò)程中增Si現(xiàn)象嚴(yán)重，所以應(yīng)該嚴(yán)格控制焊絲中Si元素的含量。
[0013]Mn:提高淬透性，細(xì)化組織，同時(shí)通過(guò)固溶強(qiáng)化提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度。Mn元素也具有良好的脫氧和脫硫的作用。Mn兀素含量低于1.20%時(shí),焊縫金屬?gòu)?qiáng)度偏低。高于2.0%時(shí)，組織細(xì)化效果飽和，阻礙C元素的擴(kuò)散，易生成馬氏體組織，導(dǎo)致焊縫金屬韌性下降。
[0014]N1:提高焊縫金屬韌性的元素。尤其是提高焊縫低溫韌性，同時(shí)降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)Ni元素的含量高于0.20%時(shí)，上述效果能夠顯著體現(xiàn)，當(dāng)含量高于1.20%時(shí)，容易引起低溫裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)Ni又屬于貴金屬，應(yīng)該控制其的添加量。
[0015]T1:細(xì)化焊縫金屬組織的元素。有利于實(shí)現(xiàn)大線能量焊接。Ti元素與N元素的親和力極高，形成TiN質(zhì)點(diǎn)，促進(jìn)針狀鐵素體的形成。同時(shí)Ti元素又降低了焊縫中固溶N的含量，降低了固溶N對(duì)韌性的損害。當(dāng)Ti元素的含量低于0.03%時(shí)，焊縫金屬的組織不能夠得到充分細(xì)化。當(dāng)Ti元素的含量超過(guò)0.10%時(shí)，過(guò)剩的Ti元素會(huì)使焊縫韌性降低。
[0016]B:抑制先共析鐵素體生成的元素。固溶的B在奧氏體晶界偏聚，降低界面能，抑制先共析鐵素體的產(chǎn)生。同時(shí)B元素還具有減低奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度的作用，促進(jìn)針狀鐵素體的形成。B元素的過(guò)度系數(shù)較低,添加范圍在0.005^0.010%ο
[0017]Ti元素與N元素的親和力比B元素強(qiáng)，所以加入Ti元素可以防止B元素被氧化和氮化，保證B元素向焊縫中過(guò)渡。因?yàn)锽是重要的提高淬透性的元素，所以可以提高焊縫金屬的淬透性。擴(kuò)大針狀鐵素體轉(zhuǎn)變 的區(qū)域，T1、B之間存在交互作用，當(dāng)二者之間存在一個(gè)最佳的配合范圍時(shí)，可在焊縫中可穩(wěn)定獲得大量的針狀鐵素體，相應(yīng)的焊縫金屬具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性匹配。本發(fā)明將Ti/B含量的比例控制在7.0-10.0,當(dāng)Ti/B含量的比例低于7.0時(shí)，焊縫金屬韌性改善效果不明顯。當(dāng)Ti/B含量的比例高于10.0時(shí)，過(guò)量的Ti元素又會(huì)使焊縫金屬的韌性下降。
[0018]S和P:對(duì)焊縫金屬韌性具有危害作用，含量過(guò)高容易使焊縫產(chǎn)生裂紋，應(yīng)盡量降低其含量，尤其是P元素。
[0019]本發(fā)明涉及的埋弧焊實(shí)芯焊絲成分設(shè)計(jì)采用Mn-N1-T1-B合金體系，配合國(guó)產(chǎn)SJlOl焊劑，在60kJ/CnTl20kJ/Cm焊接線能量下，熔敷金屬性能滿足各種規(guī)范要求。該埋弧焊實(shí)芯焊絲適合于單絲和雙絲埋弧焊，焊絲焊接參數(shù)范圍調(diào)節(jié)寬，焊接工藝穩(wěn)定，焊縫成型美觀，適合全位置焊接。同時(shí)，該埋弧焊絲貴重金屬含量較少，生產(chǎn)成本較低。
[0020]1、采用本發(fā)明的埋弧焊實(shí)芯焊絲熔敷金屬和對(duì)接焊焊接接頭具有優(yōu)良的綜合性能，即較高的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。
[0021]2、采用本發(fā)明的焊絲可以適用于60kJ/CnTl20kJ/Cm的大線能量焊接。當(dāng)線能量在120kJ/cm時(shí)，在-40°C條件下焊縫金屬的韌性仍然能夠達(dá)到120J，甚至更高，完全可以滿足船舶、橋梁、儲(chǔ)罐等建造規(guī)范要求。
[0022]3、本發(fā)明的埋弧焊實(shí)芯焊絲適合于單絲和雙絲埋弧焊，焊絲焊接參數(shù)范圍調(diào)節(jié)寬，焊接工藝穩(wěn)定，焊縫成型美觀，適合全位置焊接。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C:0.06~0.10%、S1:≤0.10%、Mn:1.20~2.0%、Ni:0.20~1.20%、Ti:0.03~0.10%、B:0.005~0.010%、S 的含量不超過(guò) 0.010%、P 的含量不超過(guò)0.020%、余量為Fe和不可避免的對(duì)藥芯焊絲性能沒(méi)有影響的雜質(zhì)。同時(shí)控制Ti與B元素的比例在7.0-10.0之間。
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明采用上述成分的的埋弧焊實(shí)芯焊絲，熔敷金屬焊接試驗(yàn)采用單絲埋弧焊焊接方法，鋼板對(duì)接試驗(yàn)采用雙絲埋弧焊焊接方法，兩種試驗(yàn)均采用國(guó)產(chǎn)SJlOl焊劑配合焊接，焊劑采用350°c烘干，保溫2小時(shí)，具體的焊接工藝參數(shù)見表1。
[0026]熔敷金屬焊接試驗(yàn)選用鋼板尺寸為300mmX 125mmX20mm,墊板尺寸為300mmX 25mmX IOmm,鋼板開V型30°坡口 ；焊絲熔敷金屬單絲埋弧焊實(shí)施例的化學(xué)成分見表2。單絲埋弧焊實(shí)施例焊絲熔敷金屬性能見表3。
[0027]鋼板對(duì)接焊試驗(yàn)選用EH40船板，尺寸為500mmX200mmX45mm，鋼板開X型60°坡口，預(yù)留3.5mm鈍邊。鋼板對(duì)接雙絲埋弧焊實(shí)施例焊絲的化學(xué)成分見表4。鋼板對(duì)接雙絲埋弧焊實(shí)施例性能見表5。
[0028]表1焊接試驗(yàn)工藝參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種低溫韌性優(yōu)良的大線能量焊接用埋弧焊實(shí)芯焊絲其特征在于，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為 C:0.06~0.10%,Si S 0.10%、Mn:1.20~2.0%、N1:0.20~1.20%,T1:0.03~0.10%,B:0.005~0.010%,S的含量不超過(guò)0.010%、P的含量不超過(guò)0.020%、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫韌性優(yōu)良的大線能量焊接用埋弧焊實(shí)芯焊絲，其特征在于，T i與B元素的比例在7.0-10.0。
【文檔編號(hào)】B23K35/30GK103878500SQ201210563255
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】王佳驥, 付魁軍, 劉芳芳, 及玉梅, 蔣健博, 傅博, 韓嚴(yán)法, 高偉 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司