CN102233493B - 高强度低温钢用埋弧焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度低温钢用埋弧焊丝及焊剂，两者配合焊接作业性能极佳：电弧稳定，焊缝成型美观，脱渣容易，抗裂性好且具有优良的低温冲击性能；其焊缝金属机械性能(经620℃*1h焊后热处理)为：抗拉强度480-660MPa，屈服强度400-550MPa，延伸率22-35％，夏比冲击功为AKv(-51℃)≥160J。

Description

高强度低温钢用埋弧焊丝

技术领域

本发明涉及一种焊丝，尤其涉及一种高强度低温钢用埋弧焊丝，其焊缝金属具有490-660MPa抗拉强度、-51℃冲击功AKv≥160J。

背景技术

低温技术是19世纪末在液态空气工业上发展起来的，随着科学技术的进步，低温技术在近30年中得到了迅速发展，并在低温压力容器、海洋工程、港口机械、桥梁等行业得到广泛的应用。低温压力容器是低温工业过程的关键设备，碳钢和低合金钢制低温压力容器的特点是容易产生低温脆性破坏，低温脆断是在没有预兆的情况下突然发生的，危害性很大。低温钢按晶体点阵类型一般可分为：体心立方的铁素体低温钢和面心立方的奥氏体低温钢两大类。铁素体低温钢一般存在明显的韧-脆转变温度，当温度降低至某个临界值(或区间)会出现韧性突然下降的现象。因此如何确保在某一低温条件下具有良好的韧性，是低温压力容器制造必须考虑的质量要求。在炼钢中一般需加入Mn、Ni等合金元素，降低间隙杂质，细化晶粒，控制钢中第二相的大小、形态和分布等，使铁素体钢的韧-脆性转变温度低于使用温度，这样，才能保证低温钢在使用时的安全性。与之相对应的低温钢用焊接材料在国内的应用也越来越广泛，焊材的用量与日俱增。在某些重要大型构件连接时，一般会采用埋弧焊，因为埋弧焊不但效率较高，而且焊接质量好。但目前真正是国内焊接厂商生产的高强度低温钢用埋弧焊材是很有限的，很多这类焊材都是靠国外进口。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种高强度低温钢用埋弧焊丝，克服目前国内生产技术的障碍，还提高了低温冲击韧性，使之可广泛应用于低温压力容器、海洋工程、港口机械、桥梁等场所的一些特殊构件之焊接，使焊缝金属抗拉强度达到480-660MPa，-51℃冲击功AKv≥160J。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高强度低温钢用埋弧焊丝，所述焊丝中各成分相对于该焊丝的重量百分比分别为，

C：0～0.120％；

Si：0.05～0.30％；

Mn：1.10～1.35％；

P：0～0.020％；

S：0～0.020％；

Ni：0.75～1.25％；

Mo：0.10～0.20％；

Cu：0～0.35％；

余量为铁及其他不可避免杂质。

以下是对本发明的进一步说明：

对于高强度低温钢用焊接材料，要求焊缝金属不但有高的强度，还要有低的韧-脆转变温度，一般通过添加一定量的合金元素实现此目的。对于焊丝来说其各种合金元素的搭配非常重要，下面就对本发明焊丝中各类合金金元素的作用以及限定含量加以说明：

C：在钢中以间隙原子存在，可以增加强度，但是C含量过多则会降低韧性，还易产生裂纹，使焊接操作性变差，因此，C含量应该控制在一个较低的范围。对于本发明的埋弧焊丝，C≤0.12％，而焊剂基本可实现不增C，这样可以保证焊缝金属中较低的C含量。

Mn：是良好的脱氧剂和固溶强化元素：一方面，Mn与铁水中的氧结合形成熔点较高MnO杂质随着钢的冷却形成渣，以达到除氧的目的；另一方面，Mn原子通过扩散到Fe原子的晶包中形成固溶体，产生固溶强化；另外，Mn还有增加韧性、降低转脆温度和扩大奥氏体相区的作用。但是，Mn的含量过高则会产生晶粒粗化，增加回火脆性的敏感性。本发明中将焊丝的Mn的含量控制在1.20-1.60％，焊剂对锰含量几乎不影响。

Si：能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度和硬度，但当含量超过3％时，将显著降低钢的塑性和韧性。Si是良好的脱氧剂，用铝脱氧是酌加一定量的Si，能显著提高铝的脱氧能力。但是，Si能降低钢的焊接性，因为Si与氧的亲和力比铁强，在焊接时容易生成低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，引起喷溅现象，影响焊缝质量。因此，Si的含量不宜过高，本发明埋弧焊丝的Si含量应控制在0.05-0.30％，含量较低，但由于焊剂中SiO₂的存在，会对焊缝有一定的增Si作用，提高了脱氧能力也使熔池具有一定的流动性。

Ni：在钢中能细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。Ni可以提高钢对疲劳的抗力和减少钢对缺口的敏感性，Ni能降低钢的低温脆性转变温度，这对低温钢有着极其重要的意义。另外，Ni加入钢中还能耐腐蚀，不仅耐酸，而且也能耐碱，对大气及盐都有抗蚀能力。本发明埋弧焊丝中Ni的含量控制在0.75-1.25％，而焊剂中不对Ni元素进行合金过渡，但在焊接过程中也不烧损Ni。

Mo：加入钢中能提高淬透性，Mo能耐蠕变，耐点蚀，耐海水腐蚀。本发明埋弧焊剂Mo的含量为0.10-0.30％，而焊剂中不对Mo元素进行合金过渡，但在焊接过程中也不烧损Mo。

P：会降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时产生冷脆，P对焊接性也有不良影响。本发明中对P的含量控制在0.020％以下的较低水平，在多数的焊剂中，焊后难免对焊缝有增P的不良效果，但本发明中的焊剂却可以避免此问题的产生，从而尽量减少了焊缝中的杂质。

S：是有害元素，在钢中偏析严重，在焊接过程中易生成低熔点的化合物，是造成热裂的主要原因。因此其含量应该严格控制，本发明埋弧焊丝的S的含量≤0.020％，焊剂可以减少焊缝中的S含量，一般减少量可以达到0.005以上，从而使焊缝金属的S含量较低。

由于焊丝和焊剂是紧密联系的，焊剂要有足够的稳定性，才能保证在焊接过程中有良好的焊接操作性以及焊后焊缝有好的机械性能，以确保焊后构件的安全性。

本发明的有益效果是：本发明的埋弧焊丝的化学成分含有较低的C，较高的Mn和Ni，含有少量的Mo，对有害元素P、S的含量控制得很低(＜0.01％)，本发明焊丝与合适的焊剂配合焊接作业性能极佳：电弧稳定，焊缝成型美观，脱渣容易，抗裂性好且具有优良的低温冲击性能；其焊缝金属机械性能(经620℃*1h焊后热处理)为：抗拉强度480-660MPa，屈服强度400-550MPa，延伸率22-35％，夏比冲击功为AKv(-51℃)≥160J。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作详细说明：

由于焊丝和焊剂的使用是紧密联系的，焊剂要有足够的稳定性，才能保证在焊接过程中有良好的焊接操作性以及焊后焊缝有好的机械性能，以确保焊后构件的安全性。下述实施例中针对本发明所述焊丝选用了相应的焊剂，该焊剂中除了常规化合物外，还加入了TiO₂，B₂O₃，加入这两种化合物目的是向熔敷金属中过度Ti和B。Ti、B都有抑制晶粒初大的作用，其中Ti能形成碳化物和氮化物，能有效的钉扎晶界，阻止奥氏体晶粒长大，有强烈的细化晶粒之作用；而加入少量的B是为了与其他元素配合使用，形成针状铁素体，起到更好的抗裂作用。该焊剂由以下原料经高温烧结而成，并且各原料相对于该焊剂原料总量的重量百分比分别：CaF₂：10～30％；MgF₂：5～15％；CaO：5～20％；MgO：10～25％；Al₂O₃：10～30％；SiO₂：5～15％；TiO₂：1～5％；B₂O₃：0.1～0.8％。

实施例1：用本发明所设计的焊丝成分冶炼三种焊丝(规格4.0mm)，记作焊丝①、焊丝②、焊丝③，其化学成分见表一；用本发明所设计的焊剂制造四种焊剂，记作焊剂①、焊剂②、焊剂③、焊剂④，其化学成分见表二；用本发明焊丝与焊剂配合焊接，焊接工艺规范为：电流550A，电压32V，焊接速度420mm/min，焊后进行(620℃×1小时)热处理，焊接过程中作业性良好，焊后试板拍片无气孔。焊后熔敷金属的物化性能如下表三和表四：

表一焊丝化学成分(重量％)

表二焊剂组成成分(重量％)

表三焊丝与焊剂组合焊接所得熔敷金属化学成分

表四焊丝与焊剂组合焊接所得熔敷金属机械性能

实施例2：用本发明焊丝与市场上购买的一种SJ101焊剂(记作焊剂⑤，焊剂成分见下表五)配合焊接，焊接工艺规范为：电流550A，电压32V，焊接速度420mm/min，焊后620℃*1小时热处理，焊接过程中作业性良好，焊后试板拍片合格。焊后熔敷金属的物化性能如下表六和表七：

表五焊剂⑤的组成成分

表六本发明焊丝组合焊剂⑤焊接所得熔敷金属化学成分

表七本发明焊丝组合焊剂⑥焊接所得熔敷金属机械性能

通过上述实施例说明本发明焊丝和焊剂配合使用时有着优良的焊接操作性和机械性能，适合于480-660MPa级别的高强度低温钢的焊接，其低温冲击韧性很高。用本发明焊丝与市场所购焊剂配合焊接时，也有较好的操作性，但较与本发明焊剂配合使用时机械性能低一些，特别是低温冲击值落差较大，当做-70℃冲击时，其值很低。综上所述，本发明焊丝与焊剂配合使用时其熔敷金属的物理、化学性能均能满足低温压力容器、海洋工程、港口机械、桥梁等场所之焊接的要求。

Claims (1)

1.一种高强度低温钢用埋弧焊丝，其特征在于：所述焊丝中各成分相对于该焊丝的重量百分比分别为，

C：0～0.120％；

Si：0.05～0.30％；

Mn：1.10～1.35％；

P：0～0.020％；

S：0～0.020％；

Ni：0.75～1.25％；

Mo：0.10～0.20％；

Cu：0～0.35％；

余量为铁及其他不可避免杂质。