[發(fā)明專利]一種具有耐火特性的金屬粉芯埋弧焊絲

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010201666.5
• 申請日: 2010-06-07
• 公開（公告）號: CN102267020A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉孟;傅博;程剛
• 申請（專利權(quán)）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，尤其涉及一種具有耐火特性的金屬粉芯埋弧焊絲。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代建筑中，高層和超高層的鋼結(jié)構(gòu)建筑日益增加，但高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，將可能造成巨大的人員傷害和財產(chǎn)損失。因此對高層建筑用鋼的耐火能力的要求也越來越高。普通建筑用鋼400℃時，鋼材的屈服強(qiáng)度將降至室溫強(qiáng)度的一半，溫度達(dá)到600℃時，鋼材基本喪失強(qiáng)度。建筑鋼的耐火性能現(xiàn)階段的要求是在600℃高溫條件下，其屈服強(qiáng)度不低于室溫下的2/3。這些高性能要求可以使得建筑物在發(fā)生火災(zāi)與地震時，有效地避免或延緩建筑物坍塌時間，減輕人們的生命財產(chǎn)損失。80年代末日本開展了耐火鋼的研究，通過在鋼中添加微量耐熱性高的Cr、Mo、Nb等合金元素，開發(fā)了耐火溫度為600℃的建筑用耐火鋼。

在我國現(xiàn)階段的焊材開發(fā)中，國內(nèi)尚沒有出現(xiàn)具有耐火特性的專用耐火鋼埋弧焊材出現(xiàn)，如專利號“200610025064.2一種高性能建筑用埋弧焊絲及盤條”和專利號“CN92113132.1低碳高錳、硅微鈦、鋁高韌性埋弧焊絲”，它們只是作為普通的建筑鋼用埋弧焊絲，其性能結(jié)果中都沒有焊材耐火性能的專述。

發(fā)明內(nèi)容

針對耐火鋼焊接專用埋弧焊材缺乏的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種成分合理、制造簡便、具有良好耐火特性，低溫沖擊韌性好，焊接工藝性能良好的金屬粉芯埋弧焊絲。

本發(fā)明其合金系的設(shè)計(jì)原則如下：

所設(shè)計(jì)焊絲主要通過焊縫區(qū)合金元素的微合金化手段來獲得目標(biāo)組織，同時應(yīng)用高溫強(qiáng)化機(jī)制，即固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和微合金化理論來達(dá)到耐火鋼焊絲高溫強(qiáng)度的要求。

本發(fā)明焊絲化學(xué)成分按重量百分比計(jì)：C?0.03％～0.06％、S≤0.015％、P≤0.03％、Si?0.3％～0.5％、Mn?1.2％～1.8％、Ni?0.2％～0.6％、Mo?0.2％～0.6％、Cr?0.2％～0.5％、Ti?0.1％～0.2％，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。

本發(fā)明焊絲化學(xué)成份的設(shè)計(jì)原則說明如下：：

Mo：Mo是縮小γ相區(qū)的元素，是中強(qiáng)碳化物形成元素，Mo是提高高溫強(qiáng)度最為有效的合金元素，大部分的Mo在鐵素體中以固溶的形式存在，強(qiáng)化了鐵素體基體。高溫下Mo在鐵素體中擴(kuò)散速度較慢，因而可顯著提高鋼的高溫強(qiáng)度與蠕變強(qiáng)度，Mo還可增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲先共析鐵素體的轉(zhuǎn)變而有利于形成貝氏體結(jié)構(gòu)，并強(qiáng)烈抑制珠光體轉(zhuǎn)變，高位錯密度的貝氏體組織呈現(xiàn)了良好的高溫性能。同時Mo在滲碳體內(nèi)的固溶度僅為4％，極易析出碳化物，在高溫時Mo與C、N結(jié)合形成碳氧化物，發(fā)生釘扎作用，這些碳化物可以導(dǎo)致在高溫下的二次硬化，使高溫屈服強(qiáng)度增強(qiáng)。Mo還可以在別的碳化物質(zhì)點(diǎn)形成偏析層，這種偏析層可有效防止碳化物的聚集長大，提高高溫屈服強(qiáng)度。另外，Mo可以降低碳化物的析出驅(qū)動力，延緩了碳化物的形核過程，使碳化物更加細(xì)小彌散地分布在基體中，從而強(qiáng)化了高溫屈服強(qiáng)度。所以，本發(fā)明確定Mo含量在0.2～0.6％。

Ti：微合金元素Ti在焊縫金屬中將生成Ti(CN)、TiO₂夾雜物顆粒而成為針狀鐵素體非自發(fā)形核的核心，可促使焊縫中形成針狀鐵素體的生成，改善焊后韌性，而且這種細(xì)小彌散分布析出相對加熱時阻止奧氏體晶粒的長大，阻礙拉伸過程中塑性滑移都會起到有利作用，所以本發(fā)明確定Ti?0.1～0.2％。

Cr：Cr可以有效地提高鋼的高溫抗氧化性和抗蠕變性能，可以有效地提高鋼的高溫強(qiáng)度，所以本發(fā)明確定Cr?0.2～0.5％。

C：在焊縫金屬連續(xù)冷卻過程中，較低的含C量，將使得貝氏體轉(zhuǎn)變曲線左移，從而容易在較寬范圍的冷卻速率下獲得類貝氏體的針狀鐵素體，所以本發(fā)明C含量控制在0.03～0.06％。

S、P：這兩種元素易在晶界上易形成脆性相，由于與基體Fe原子化學(xué)鍵合性質(zhì)、原子半徑差別較大，因而對基體點(diǎn)陣所造成的畸變更大，且顯著地提高了材料韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度。因此焊縫金屬中應(yīng)嚴(yán)格控制S、P含量，所以本發(fā)明確定S、P含量分別控制在0.015和0.03以下。

Mn：Mn作為微合金鋼焊縫金屬中的主要合金元素，顯著影響奧氏體擴(kuò)散，Mn是奧氏體穩(wěn)定元素，使奧氏體相變移向較低的溫度。Mn一方面可作為脫氧劑，另一方面具有細(xì)化晶粒和固溶強(qiáng)化的作用。所以本發(fā)明Mn元素含量選擇在1.2～1.8％之間。