專利名稱：一種高性能埋弧焊絲及盤(pán)條及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，特別涉及高強(qiáng)度鋼材焊接用埋弧焊絲的制造。
背景技術(shù)：
埋弧焊作為一種高效焊接方法，在鋼板的焊接中占有重要地位。為了適應(yīng)不同行業(yè)提高效率，減少鋼材用量、節(jié)約資源和降低成本等實(shí)際需求，目前許多鋼廠試圖開(kāi)發(fā)焊接性優(yōu)良的高強(qiáng)度高性能鋼材。新鋼種采用埋弧焊方法的前提是提供可配套的焊絲和焊劑。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了許多埋弧焊絲，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2105621.4、97104393.0、00123007.7等專利。但是，這些焊絲都存在如下問(wèn)題由于多采用加入鎳元素或稀土元素提高焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性，導(dǎo)致焊絲成本較高，加入稀土還使得焊絲盤(pán)條鋼冶煉較困難。這些焊絲中的硅含量也控制0.15％以下。
盡管已有的埋弧焊焊絲說(shuō)明其能適應(yīng)大線能量焊接，如專利申請(qǐng)?zhí)?7104393.0，其適應(yīng)的最大焊接線能量為44Kj/cm。申請(qǐng)?zhí)枮?0114334.4專利，其適應(yīng)的最大線能量為35Kj/cm。目前，許多厚板的焊接線能量要求超過(guò)50～100Kj/cm。顯然，這些焊絲已不能滿足大于50Kj/cm的大焊接線能量要求。
現(xiàn)有的焊絲也不能適應(yīng)高強(qiáng)度鋼材母材成分設(shè)計(jì)變化趨勢(shì)。為了保證鋼材具有優(yōu)良的焊接性，主要措施之一就是降低鋼材的碳當(dāng)量和裂紋敏感系數(shù)，尤其是母材金屬的碳含量明顯降低。例如，20世紀(jì)90年代的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的610MPa級(jí)12MnNiVR(日本為SPV490Q)高強(qiáng)度鋼調(diào)質(zhì)鋼，其碳含量為0.10％～0.15％，近幾年設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的同性能的鋼材碳含量則降為0.05％～0.09％，而合金元素總量幾乎沒(méi)有增加，反而還有所降低。這樣，已有焊絲仍采用較低碳含量設(shè)計(jì)，所得焊縫金屬將因從母材中過(guò)渡的碳和合金元素減少而導(dǎo)致焊縫金屬?gòu)?qiáng)度不足的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種埋弧焊絲及盤(pán)條，以解決580～680MPa高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼埋弧焊的配套焊接材料問(wèn)題。該焊絲配合堿性燒結(jié)焊劑SJ101，可以焊接石油儲(chǔ)罐用12MnNiVR等大線能量焊接鋼；也可以解決埋弧焊絲盤(pán)條拉拔問(wèn)題。
為此，本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有焊絲的不足，采用了適當(dāng)提高焊絲的碳含量，用Mo來(lái)保證強(qiáng)度并促進(jìn)鐵素體形成，增加Ti含量，以Ti-B聯(lián)合作用促進(jìn)焊縫金屬中更多針狀鐵素體形成。該焊絲適合于焊接不同厚度高強(qiáng)度鋼板的更寬焊接線能量要求，焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度達(dá)到580～680MPa，-40℃沖擊韌性AKV≥80J。
本發(fā)明的埋弧焊絲及盤(pán)條，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 0.06～0.13，Mn 1.30～1.70，Si 0.10～0.50，Mo 0.30～0.60，Ti 0.010～0.15，B 0.001～0.009，其余為Fe以及不可避免雜質(zhì)如S、P等。
選用680～800℃加熱，保溫2～10h退火熱處理工藝，可以明顯降低該焊絲盤(pán)條鋼的抗拉強(qiáng)度，使焊絲易于減徑拉拔，防止斷絲。
(1)合金系統(tǒng)設(shè)計(jì)本發(fā)明采用C-Mn-Mo合金系統(tǒng)，適量加入Ti、B等元素，并嚴(yán)格控制S、P含量。
碳(C)，本焊絲較高C含量設(shè)計(jì)，一方面是彌補(bǔ)埋弧焊過(guò)程中C的大量燒損，使熔敷金屬或焊縫金屬中的C保持在合理范圍內(nèi)。如采用碳含量為0.06～0.13％的焊絲，配合SJ101焊劑，經(jīng)埋弧焊所得熔敷金屬中的碳含量為0.03～0.09％。另一方面，在母材碳含量較低的情況下，可以彌補(bǔ)因母材金屬碳偏低而導(dǎo)致的焊縫金屬碳含量偏低。目前，許多調(diào)質(zhì)鋼成分設(shè)計(jì)時(shí)采用低碳微合金化原則，利用大冷卻能力的淬火工藝來(lái)保證鋼的強(qiáng)度。如GB18198-2003中的12MnNiVR鋼，碳含量為≤0.15％。而目前實(shí)際開(kāi)發(fā)的相同性能鋼板的碳含量均≤0.10％，有的鋼板的碳含量?jī)H為0.06％。這樣，針對(duì)母材碳含量大幅降低后，為了保證焊縫強(qiáng)度，本發(fā)明適量提高焊絲中碳含量。
在本發(fā)明所設(shè)計(jì)的C含量范圍內(nèi)，在正常焊接期間燒損后，使熔敷金屬中所得的碳含量降低到足以保證熔敷金屬或焊縫金屬的強(qiáng)度，并防止焊縫中的冷裂紋和熱裂紋產(chǎn)生。
錳(Mn)，加入適量的Mn，保證焊接過(guò)程的熔池的脫氧和脫硫充分進(jìn)行，焊縫中剩余的錳可提高并保證焊縫金屬足夠的強(qiáng)度，并提高焊縫金屬抗熱裂紋能力。
合理的C、Mn含量及其組合，將有利于保證焊縫金屬具有較高強(qiáng)度，也使得焊縫金屬具有優(yōu)良的抗熱裂紋和冷裂紋能力。
焊絲中適量的硅，與錳配合，有助于熔池脫氧及熔池中夾渣物的去除。本發(fā)明中0.1％～0.5％，未顯示出對(duì)焊縫金屬塑性和韌性的不利影響。并可以利用其固溶強(qiáng)化作用提高焊縫強(qiáng)度。
鉬(Mo)，加入適量的Mo，一方面可保證焊縫金屬的強(qiáng)度，另一方面，也可促進(jìn)針狀鐵素體形成，提高焊縫金屬的韌性。
Ti和B，加入適量的Ti，有利于細(xì)化焊縫金屬晶粒，有利于采用更大焊接線能量。本發(fā)明中采用Ti、B聯(lián)合對(duì)針狀鐵素體形成的有益作用，使焊縫金屬更易形成針狀鐵素體，從而保證焊縫金屬的塑性和韌性，也使得該焊絲具有更寬的焊接線能量適應(yīng)范圍。
(2)配套焊劑選用該焊絲冶煉時(shí)，采用脫硫、脫磷等工藝，最大限度控制盤(pán)條鋼中的S、P含量，為保證熔敷金屬塑性和韌性奠定了基礎(chǔ)。選用高堿度燒結(jié)焊劑，就是要防止通過(guò)焊劑導(dǎo)致焊縫金屬中的硫、磷含量過(guò)度升高。
配合高堿度燒結(jié)焊劑，如燒結(jié)焊劑SJ101，得到上述成分范圍內(nèi)的熔敷金屬，其抗拉強(qiáng)度在580～680MPa，塑性好，低溫沖擊韌性高。
(3)盤(pán)條退火熱處理焊絲生產(chǎn)中，一般要從由方坯軋制成的Φ5.5或6.5mm盤(pán)條拉拔成2.4～4mm焊絲。盤(pán)條鋼強(qiáng)度越高，拉拔過(guò)程中減徑越困難。本發(fā)明因焊絲碳含量較高，冶煉軋制后盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度在800～1100MPa之間，采用一般焊絲拉拔機(jī)拉絲較困難。選用680～800℃2～10h退火工藝，可以明顯降低盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度，使焊絲易于減徑拉拔，防止斷絲，提高生產(chǎn)效率。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性、韌性能夠達(dá)到并滿足590～680MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼焊接接頭性能要求。
2.匹配焊劑選用容易，與其配套的堿性燒結(jié)焊劑SJ101，市場(chǎng)供給多，選擇容易；所發(fā)明的焊絲與SJ101匹配，可用于抗拉強(qiáng)度級(jí)別在580～680MPa的高強(qiáng)度鋼的埋弧焊。
3.本發(fā)明焊絲適合于大焊接線能量，焊前可不預(yù)熱或低溫預(yù)熱，適合單層、多層、單面或雙面、平焊和橫焊等多種工藝要求。
4.本發(fā)明焊絲成本較低，該焊絲的合金系統(tǒng)中不含Cr、Ni、稀土等元素，成本相對(duì)較低；經(jīng)適當(dāng)退火后的盤(pán)條鋼，焊絲拉拔容易。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例參見(jiàn)下表1。
表1 單位質(zhì)量百分比
用上述實(shí)施例焊絲配合SJ101焊劑，得到的熔敷金屬力學(xué)性能見(jiàn)表2。熔敷金屬的塑性好，低溫韌性高。
表2
用實(shí)施例2焊絲配合SJ101焊劑焊接15mmB610E(寶鋼開(kāi)發(fā)的一種610MPa級(jí)高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼，牌號(hào)08MnNiVR)，該鋼板的主要化學(xué)成分為C0.074％，Si0.23％，Mn1.41％，Ni0.22％，Mo0.12％。45°V型坡口，焊前不預(yù)熱，層間溫度小于150℃焊接接頭的強(qiáng)度為626MPa、631MPa、621MPa、613MPa，滿足母材性能要求。該焊縫金屬系列溫度沖擊吸收功見(jiàn)表3。由此可知，焊縫金屬具有較高低溫韌性。
表3
用實(shí)施例5焊絲，采用不同焊接線能量焊接27mmB610E。該鋼板的主要化學(xué)成分為C0.083％，Si0.22％，Mn1.49％，Ni0.25％，Mo0.16％。所用的焊接線能量分別為20kJ/cm、60kJ/cm及80kJ/cm。60°V型坡口，焊前不預(yù)熱，層間溫度小于150℃。所得接頭性能見(jiàn)表4。從表4中可以說(shuō)明，利用較高碳含量的焊絲，采用不同焊接線能量后，焊縫金屬的強(qiáng)度滿足要求，焊縫金屬的低溫韌性好。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度和低溫韌性隨焊接線能量增加下降緩慢。表4結(jié)果說(shuō)明本發(fā)明的焊絲適合更寬范圍的焊接線能量。
表4
本發(fā)明的埋弧焊絲，配合燒結(jié)堿性SJ101焊劑，可以在不預(yù)熱條件下，用不同的焊接線能量焊接580～680MPa強(qiáng)度范圍的高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼、TMCP鋼等。特別適合于焊接12MnNiVR、08MnNiVR、07MnCrMoVR等高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)壓力容器鋼。
本發(fā)明主要應(yīng)用領(lǐng)域包括壓力容器、工程機(jī)械、水電壓力鋼管、船舶、橋梁等。由于580～680MPa強(qiáng)度范圍的調(diào)質(zhì)鋼、TMCP鋼是我國(guó)及國(guó)外重點(diǎn)開(kāi)發(fā)和推廣的板材鋼種，該鋼種應(yīng)用在壓力容器、工程機(jī)械、水電等領(lǐng)域，是我國(guó)大力建設(shè)和快速發(fā)展的行業(yè)和領(lǐng)域，該發(fā)明應(yīng)用前景廣闊。
權(quán)利要求
1.一種高性能埋弧焊絲及盤(pán)條，其成分質(zhì)量百分比，C 0.06～0.13Mn 1.30～1.70Si 0.10～0.50Mo 0.30～0.60Ti 0.010～0.150B 0.001～0.009其余為鐵和不可避免雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的高性能埋弧焊絲及盤(pán)條的制造方法，其包括如下步驟上述成分的焊絲盤(pán)條在拉拔前或拉拔過(guò)程中，退火熱處理工藝為680～800℃加熱爐中加熱，保溫2～10h，隨爐冷卻。
全文摘要
一種高性能埋弧焊絲及盤(pán)條，其成分質(zhì)量百分比為C 0.06～0.13％，Mn 1.3～1.7％，Si 0.1～0.5％，Mo 0.3～0.6％，Ti 0.010～0.15％，B 0.001～0.009％，其余為Fe以及不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明熔敷金屬抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性、韌性能夠達(dá)到并滿足580～680MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼焊接接頭性能要求；匹配焊劑選用容易，堿性燒結(jié)焊劑SJ101匹配，可用于抗拉強(qiáng)度級(jí)別在580～680MPa的高強(qiáng)度鋼的埋弧焊，適合于20～80kJ/cm大線能量焊接，焊前可不預(yù)熱或低溫預(yù)熱；而且，適合單層、多層、單面或雙面、平焊和橫焊等多種工藝要求。本焊絲的合金系統(tǒng)中不含Cr、Ni等元素，成本相對(duì)較低；經(jīng)適當(dāng)退火熱處理后的盤(pán)條鋼，拉拔容易。
文檔編號(hào)B23K35/00GK1923433SQ20051002924
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者張漢謙 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司