[發明專利]低合金高強鋼用高韌性氣體保護焊絲

無效

• 申請號: 01133651.X
• 申請日: 2001-11-08
• 公開（公告）號: CN1358607A
• 公開（公告）日: 2002-07-17
• 發明（設計）人: 繆凱;黃治軍;劉吉斌;曹修悌;王青峰;王玉濤;余酒泉;肖小華;張小楓;胡因洪;胡家國
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵(集團)公司
• 主分類號: B23K35/32
• 分類號: B23K35/32;C22C38/54;C22C38/58
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 江釗芳

【技術領域】

本發明涉及一種低合金高強鋼用高韌性氣體保護焊絲，屬焊接材料領域。本焊絲采用混合氣體(80％Ar+20％CO₂)保護焊時，焊縫金屬的抗拉強度為700～800MPa，-30℃沖擊功A_kv≥80J。

【背景技術】

目前，氣體保護焊絲的使用量在美國已占焊接材料產量的31％，日本約占41％，西歐約占56％，國內僅占焊材總量的10％，國內尚無成熟的700MPa級氣體保護焊商品焊絲，且品種單一，遠遠不能滿足日益增長的低合金高強鋼氣體保護焊的需求。國內普遍采用低匹配的Mn-Si系焊絲ER70S-6，其不足之處是焊絲焊縫金屬抗拉強度低于600MPa，低溫沖擊韌性較差。ESAB公司生產的ST700混合氣體保護焊絲，熔敷金屬抗拉強度雖已達到700MPa，其不足之處是沖擊韌性不能滿足結構在低溫服役下的使用要求。2000年日本新日鐵株式會社申請的“管線氣體保護焊接用焊絲及管線環縫氣體保護焊接方法”，專利申請號JP2000218391A，介紹的氣體保護焊絲的焊縫金屬具有良好的低溫沖擊韌性，但不足之處是抗拉強度不能穩定達到700MPa。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種低合金高強鋼用高韌性氣體保護焊絲，焊縫金屬抗拉強度達700～800MPa，低溫沖擊韌性高，焊接工藝性能良好，可用于相應強度級別低合金高強鋼大型、重要結構的氣體保護焊絲。

為達到上述目的，本發明提供了一種低合金高強鋼用高韌性氣體保護焊絲，其特征是焊絲的化學成份(按重量％)為：C?0.05～0.12、Mn1.20～2.00、Ni?0.60～1.60、Si?0.30～1.20、Cu?0.10～0.50、Cr0.10～0.60、Ti?0.10～0.20、B?0.002～0.010、S≤0.10、P≤0.20，余量為Fe及不可避免的雜質元素。

對于抗拉強度為700MPa級的低合金高強鋼，要使焊縫金屬抗拉強度達到700～800MPa，同時又獲得良好的低溫沖擊韌性，關鍵在于通過在焊絲中加入合適的合金元素，促使在焊縫金屬中產生大量高密度位錯的細針狀鐵素體組織。為此，焊縫金屬必須具有合適的合金體系，并滿足以下幾個條件。

1.限制先共析鐵素體轉變。

微量的B在奧氏體晶界上的非平衡偏聚，在焊縫中將明顯抑制先共析鐵素體在奧氏體晶界上形核。為防止B的氧化和氮化，需在焊縫中加入Ti。Ti、B聯合加入時，可擴大針狀鐵素體轉變的區域，從而在焊縫中可穩定獲得大量的針狀鐵素體。且Ti、B之間存在交互作用，當二者之間存在一個最佳的配合范圍時，相應的焊縫金屬具有優異的強韌性匹配。但上述Ti、B含量的最佳配合范圍因不同的焊縫合金系和焊縫強度而異。

2.在未轉變奧氏體晶內存在一定數量和大小的夾雜物作為針狀鐵素體的形核質點。

當奧氏體過冷到針狀鐵素體轉變溫度區域時，因晶界形核受到抑制，鐵素體針片便以晶內夾雜物為中心開始形核和長大，直到遇到其它的針片為止。先形核的針狀鐵素體片可誘發其它的鐵素體片形核。

焊縫中氧化物夾雜的產生是因為氧在焊縫中極少固溶，當焊絲中的Si、Mn通過熔滴過渡到焊縫中時，絕大多數氧與焊縫中Si、Mn等進行脫氧反應形成氧化物夾雜或氧硫復合物夾雜。其中部分夾雜物在高溫下長大，分離而進入渣中。部分因快速冷卻而留在焊縫中。還有一部分夾雜物是Ti脫氮形成的氮化物。上述夾雜物或復合夾雜物均有可能作為針狀鐵素體的形核質點，且未轉變奧氏體晶內夾雜物的數量直接決定針狀鐵素體針片的大小。

3.合適的奧氏體晶粒尺寸針狀鐵素體形成與奧氏體的晶粒尺寸有關，當奧氏體晶粒尺寸相對較小時，沒有足夠的空間供針狀鐵素體在晶內形成，而是在晶界優先進行先共析鐵素體和貝氏體轉變。夾雜物的尺寸分布對奧氏體晶粒尺寸有重要的影響。

4.合適的焊縫金屬淬透性

C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu等諸元素可以提高焊縫金屬的淬透性，抑制先共析鐵素體的產生，促進針狀鐵素體的形成。由上述元素構成的焊縫金屬合金系在在一定加入范圍內，可以降低針狀鐵素體的轉變溫度，使在較低溫度下轉變的針狀鐵素體具有較高的位錯密度，從而使焊縫金屬抗拉強度在達到700～800MPa的同時，又獲得良好的低溫沖擊韌性。

但在高強度焊縫金屬中，過高的碳含量促進高碳馬氏體的形成，使焊縫金屬冷裂紋敏感性增加，因此將焊絲中的C含量控制在0.05％～0.12％范圍內。

焊縫金屬中過高的Mn含量易造成Mn的偏析，在偏析區易產生M-A島狀組織，從而降低焊縫金屬的韌性，因此，將焊絲中的Mn含量控制在1.20％～2.00％之間。