阅读说明：本技术 一种超高强度气体保护焊焊丝及盘条 (Ultrahigh-strength gas shielded welding wire and wire rod ) 是由 屈朝霞 夏立乾 王小杰 朱双春 于 2018-06-27 设计创作，主要内容包括：一种超高强气体保护焊焊丝及盘条,其化学成分质量百分数为：C：0.05～0.15％,Si：0.65～0.80％,Mn：1.7～2.0％,S≤0.01％,P≤0.015％,Cr：0.18～0.28％,Ni：1.4～1.8％,Mo：0.2～0.6％,Ti：0.10～0.20％,V：0.01～0.05％,N：0.007～0.014％,其余为Fe和不可避免的杂质；且同时需满足：Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4＝0.45～0.55％,Ti+6V+15N＝0.3～0.6％。本发明所述焊丝的熔敷金属屈服强度≥800MPa,抗拉强度≥900MPa,伸长率A≥18％,-40℃冲击功Akv≥50J,兼顾焊丝的焊接性、抗裂性及焊缝金属的强塑韧性匹配。(A welding wire and a wire rod for ultra-high strength gas shielded welding are disclosed, which comprises the following chemical components in percentage by mass: c: 0.05-0.15%, Si: 0.65-0.80%, Mn: 1.7-2.0%, S is less than or equal to 0.01%, P is less than or equal to 0.015%, Cr: 0.18 to 0.28%, Ni: 1.4-1.8%, Mo: 0.2-0.6%, Ti: 0.10-0.20%, V: 0.01-0.05%, N: 0.007-0.014% and the balance of Fe and inevitable impurities; and simultaneously the following requirements are met: si/24+ Mn/6+ Ni/40+ Cr/5+ Mo/4 is 0.45-0.55%, and Ti +6V +15N is 0.3-0.6%. The yield strength of deposited metal of the welding wire is more than or equal to 800MPa, the tensile strength is more than or equal to 900MPa, the elongation A is more than or equal to 18 percent, the impact energy Akv at minus 40 ℃ is more than or equal to 50J, and the weldability, the crack resistance and the strong plasticity and toughness matching of weld metal of the welding wire are considered.)

一种超高强度气体保护焊焊丝及盘条

技术领域

本发明属于气体保护焊焊接材料领域，具体涉及一种超高强度气体保护焊焊丝及盘条。

背景技术

随着现在制造业的发展，高参数、大型化、轻量化已成为发展趋势。如工程机械、矿山机械、水电行业、港口装备、海洋结构、汽车等领域均大量使用高强钢产品。焊接作为制造业中不可或缺的环节，其焊接接头的性能关系到整个结构是否满足设计和制造要求。焊接接头不仅需要追求高强度，同时要保证塑韧性和焊接性的要求。

目前，为获得高的焊缝金属强度同时保证一定的韧性，气保焊丝中往往需要加入较高含量的Mo、Cr、Ni成分，但会造成较高的碳当量而影响到焊丝的焊接性和焊缝金属的塑性。

中国专利公开号CN101716706A公开了一种抗拉强度σ_b≥850MPa的实芯焊丝。该焊丝的化学成分为：C：0.06～0.12％，Ni：3.6～6.1％，Mn：1.65～1.85％，Mo：0.4～0.7％，Cr：0.8～1.2％，Si：0.2～0.4％，V：0.03～0.06％，RE≤0.05％，Ti≤0.015％，Al≤0.015％，Nb≤0.02，余量为Fe。该专利为了获得850MPa的超高抗拉强度，加入大量的Cr、Mo、Ni元素，达到了强化的目的。但是随之焊缝金属的碳当量和冷裂纹敏感指数升高、焊接性下降，焊接过程中势必需要更加严苛的工艺辅助以保证不出现缺陷。同时这些元素的添加，也增加了焊接材料的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强气体保护焊焊丝及盘条，该焊丝熔敷金属的综合力学性能指标为：屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥900MPa，伸长率A≥18％，-40℃下冲击功Akv≥50J，兼顾焊丝及盘条的焊接性、抗裂性及焊缝金属的强塑韧性匹配。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明针对传统超高强焊接材料高合金含量的问题，提出低碳、低合金成分体系，配合Ti、V、N的微合金化作用，并添加微量稀土元素，有效控制焊缝金属中晶粒尺寸以及强化析出物的尺寸和分布，在保证焊缝金属的焊接性、抗裂性、强度、塑性、韧性的前提下，降低了合金成本。

具体的，本发明的一种超高强气体保护焊焊丝，其化学成分质量百分数为：C：0.05～0.15％，Si：0.65～0.80％，Mn：1.7～2.0％，S≤0.01％，P≤0.015％，Cr：0.18～0.28％，Ni：1.4～1.8％，Mo：0.2～0.6％，Ti：0.10～0.20％，V：0.01～0.05％，N：0.007～0.014％，其余为Fe和不可避免的杂质；且上述元素同时需满足如下关系：

Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4＝0.45～0.55％，Ti+6V+15N＝0.3～0.6％。

优选的，所述超高强气体保护焊焊丝的化学成分中还含有0＜Cu≤0.2％，以质量百分数计。

优选的，所述超高强气体保护焊焊丝的化学成分中还含有0＜Al≤0.02％，以质量百分数计。

优选的，所述超高强气体保护焊焊丝的化学成分中还含有0＜Re≤0.05％，以质量百分数计。

更优选的，所述超高强气体保护焊焊丝中稀土元素Re为钇(Y)或铈(Ce)。

进一步，所述超高强气体保护焊焊丝的熔敷金属屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥900MPa，伸长率A≥18％，-40℃冲击功Akv≥50J。

本发明还提供一种超高强气体保护焊焊丝用盘条，其化学成分质量百分数为：C：0.05～0.15％，Si：0.65～0.80％，Mn：1.7～2.0％，S≤0.01％，P≤0.015％，Cr：0.18～0.28％，Ni：1.4～1.8％，Mo：0.2～0.6％，Ti：0.10～0.20％，V：0.01～0.05％，N：0.007～0.014％，其余为Fe和不可避免的杂质；且上述元素同时需满足如下关系：

Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4＝0.45～0.55％，Ti+6V+15N＝0.3～0.6％。

优选的，所述超高强气体保护焊焊丝用盘条的化学成分中还含有0＜Cu≤0.2％，以质量百分数计。

优选的，所述超高强气体保护焊焊丝用盘条的化学成分中还含有0＜Al≤0.02％，以质量百分数计。

优选的，所述超高强气体保护焊焊丝用盘条的化学成分中还含有0＜Re≤0.05％，以质量百分数计。

更优选的，所述超高强气体保护焊焊丝用盘条中稀土元素Re为钇(Y)或铈(Ce)。

下面就本发明对成分的选择原因和作用机理进行如下陈述：

C：C通过固溶强化使材料的强度升高，是最廉价的合金强化元素。但C含量增加，对焊缝金属的塑性、韧性以及裂纹敏感性都会有不利影响。因此，本发明中C含量范围是0.05～0.15％。

Si：Si为脱氧元素和固溶强化元素，也可增加焊缝金属的流动性。但含量太高会使得韧性急剧下降，增加脆性。本发明中Si含量范围是0.65～0.80％。

Mn：Mn是提高强度和韧性的主要元素之一，通过固溶强化来提高强度，同时Mn也可提高钢的淬透性。Mn有利于焊缝金属的脱氧，但如果锰含量过高，会使延伸率降低，同时会使钢的韧性和焊接性变差。本发明中Mn含量范围是1.7～2.0％。

Cr：Cr是重要的强化元素之一，可使C曲线右移，Cr和Mn配合能有效提高钢的淬硬性，而且Cr的偏析倾向比Mn小。一定量的Cr，可以起到细化晶粒作用。但如果Cr含量过高，将会增加焊接金属的裂纹敏感性，降低韧性和塑性。本发明中Cr含量范围是0.18～0.28％。

Ni：Ni是焊缝金属组织控制的关键元素，可提高焊缝金属的韧性，尤其是低温冲击韧性。但随着焊缝金属中Ni含量的提高，焊缝金属的强化效果和低温韧性也趋于稳定。而且由于Ni是一种比较昂贵的合金元素，考虑到经济性将其控制在一定范围内。本发明中Ni含量范围是1.4～1.8％。

Mo：Mo有固溶强化和析出强化作用，能增加焊缝金属的强度和韧性。Mo可减小回火脆性，避免多层多道焊时的焊缝金属的脆化。但过高的Mo会使焊缝金属中产生淬硬组织，而且Mo是一种昂贵的合金元素。本发明中Mo含量范围是0.2～0.6％。

本发明中控制Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4＝0.45～0.55％：本发明在考虑各个元素对碳当量和冷裂纹敏感指数的影响程度后，进一步对主合金元素含量进行上述控制，改善了焊丝的焊接性和冷裂纹敏感性。

Ti、V、N：Ti可与N形成钛的氮化物，在固态相变时提供形核基础，其细小析出相可细化组织，提高焊缝金属的强韧性与塑性。但过高的Ti含量，将会造成氧化物和氮化物的尺寸不均，影响焊缝金属性能。V的析出物在更低温度、在Ti的化合物周围形成，起到固溶强化的作用。这里N元素不作为杂质元素进行控制，而是要保证在一定的含量。Ti、V、N在细化晶粒及控制析出物尺寸和分布起到了有效的作用。本发明中Ti含量为0.10～0.20％，V含量为0.01～0.05％，N含量为0.007～0.014％。更进一步地，为了避免析出物的过分长大和聚集，本发明将Ti、V、N的含量控制在Ti+6V+15N＝0.3～0.6％。

稀土元素(Re)：稀土元素的化学活性极强，能与合金元素相互作用，改善焊缝组织以及夹杂物的形态和分布，从而提高焊缝的韧性。本发明中所述稀土元素为钇(Y)或铈(Ce)，含量≤0.05％。

Al：Al有很强的脱氧效果，但若其含量过高易出现夹杂，影响焊缝金属的塑韧性。本发明焊丝中将Al含量控制在0.02％以内。

Cu：在焊丝加工过程中，存在着一个镀铜工艺，所以熔敷金属中必然会存在一定量的Cu。但过高的Cu含量，会影响到焊接性和焊缝金属的低温韧性，因此，本发明焊丝中Cu含量不宜超过0.2％。

P、S：杂质元素含量越低，钢质就越纯净，韧性会越好。本发明P、S分别控制在P≤0.015％，S≤0.01％。

本发明所述超高强气保盘条的生产工艺流程为：电炉或转炉冶炼->模铸或连铸->热轧->缓冷->吐丝成盘条。焊丝的生产工艺流程为：盘条剥壳->酸洗->粗拉拔->热处理->细拉拔->镀铜->精密层绕->包装。

本发明的有益效果：

本发明综合考虑焊接性、抗裂性、焊缝金属的强塑韧性匹配以及经济性，采用低的主合金元素含量成分设计，降低合金成本的同时降低碳当量和冷裂纹敏感指数，提高了焊丝的焊接性和抗裂性；采用Ti、V、N微合金化作用并控制三者含量的比例控制关系，利用三者的析出物起到细化晶粒和强化的目的；N元素有异于传统，不作为有害元素进行控制；引入微量稀土元素，改善析出物形态与分布，进一步提高焊缝性能。本发明可获得一种较低成本的、具备良好综合力学性能和焊接性的气保焊焊丝及盘条。

本发明所述超高强气体保护焊丝的熔敷金属屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥900MPa，伸长率A≥18％，-40℃冲击功Akv≥50J，兼顾焊丝的焊接性、抗裂性及焊缝金属的强塑韧性匹配。

附图说明

图1为本发明实施例焊缝组织的典型SEM图像。

图2为本发明实施例焊缝组织中的典型析出相。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的超高强气保焊丝及盘条做进一步的阐述，该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均属于本发明的保护范围。

本发明焊丝通过以下步骤生产而成：冶炼，精炼，模铸成锭，加热进行线材的控轧控冷，热连轧成5.5mm焊丝盘圆。成分检验和表面检查合格后，盘条经剥壳、酸洗，粗拉拔至2.2～3.5mm时退火热处理，再细拉拔、表面脱脂、镀铜、密排层绕，最终生产出1.2mm的焊丝，包装成盘。焊丝的化学成分参见表1。

焊接试板采用板厚20mm的低合金钢，坡口形式为45°单面V型对接，底面间隙1～2mm，配以80％Ar+20％CO₂保护气体，焊前不预热，层间温度控制在100～150℃范围，焊接热输入在8～13kJ/cm。

焊后对熔敷金属，进行纵向拉伸试验和全试样尺寸的夏比V型缺口冲击试验，结果参见表2，注：Akv*是五个熔敷试样CVN(charpy V-notch impact test夏比V型缺口冲击试验)试验的冲击数值平均值。

从图1的扫描电镜照片可以看到所获得的焊缝金属中的铁素体板条形状细长，板条间及板条内部弥散分布有纳米级的析出相，图2为图1的放大图，从图2中清楚地看到焊缝组织中的析出相，析出相尺寸约为10nm左右。由此可见，Ti、V、N在细化晶粒及控制析出物尺寸和分布起到了有效的作用。

由表2可知，本发明的焊丝所形成的焊缝金属强度、塑性、韧性均衡，具体为屈服强度R_p0.2≥800MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，伸长率A≥18％，-40℃Akv≥50J，且经济性优异。

表1单位：wt％

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						C	0.085	0.105	0.09	0.05	0.15
Si	0.78	0.75	0.70	0.80	0.65
						Mn	2.00	1.72	1.70	1.75	1.80
Cr	0.28	0.18	0.22	0.20	0.26
						Ni	1.56	1.80	1.40	1.40	1.72
Mo	0.20	0.36	0.42	0.60	0.50
						Cu	0.04	0.06	0.04	0.05	0.07
Al	0.01	0.002	0.02	0.004	0.002
						Ti	0.16	0.20	0.10	0.18	0.15
V	0.03	0.025	0.02	0.01	0.05
						N	0.009	0.013	0.007	0.014	0.010
Re	0	0.03	0.05	0.010	0.008
						S	0.003	0.002	0.004	0.002	0.003
P	0.007	0.009	0.010	0.006	0.009

表2