[发明专利]高强度高韧性气体保护焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度高韧性气体保护焊丝，在80％Ar+20％CO₂混合气体保护下施焊，焊缝金属抗拉强度≥800MPa、-40℃冲击韧性A_KV≥47J、对焊接线能量适应范围宽的气体保护焊丝。

背景技术

随着科学的发展和技术的进步，焊接结构设计日趋向高参数、轻量化及大型化发展。低合金高强钢由于其性能优异和经济效益显著，在焊接结构中得到越来越广泛的应用。这类钢强度高、韧性好，为节约钢材和减轻焊接结构自重创造了条件。对于车辆、船舶、工程机械等运行结构，采用焊接性好的低合金高强钢可促进工程结构向大型化、轻量化和高效能方向发展。

目前国内市场上与低合金高强钢匹配的气保护焊丝品种有限，通过对1984年至今的国内外文献与专利的检索，国内高强度气保护焊丝专利多为500～700MPa强度级别，如哈尔滨焊接研究所的600MPa级HS-60、武钢700MPa级耐候气保护焊丝等，强度达到800MPa以上的焊丝合金含量较高，如中国专利号为200510019059.6《用于焊接高强钢的气体保护焊丝》、中国专利公开号为CN1413795的专利、国外类似气保护焊丝产品如日本神户制钢的MGS-88A焊丝，日铁溶接的YM-80C、YM-80A焊丝及美国林肯的LA-100焊丝等，均为通过加入高量的Ni，配以适量的Cr，再加入适量的Mo或Re元素实现焊缝金属的固溶强化，由于大量加有价格昂贵的Ni元素，导致生产成本偏高，无法满足国内市场对高强度气保护焊丝的大量需求。

本发明提供了一种熔敷金属强度大于800MPa，-20℃冲击韧性达到141J的经济型高强度高韧性气保护焊丝。焊接材料研制的主要内容就是围绕着如何通过设计合理的焊接材料化学成分，得到一定的化学元素构成的焊缝金属、控制焊缝的组织，达到所需的强度、韧性或其它物理性能要求。大量研究工作表明，低合金钢的焊缝强化因素可分为三个部份：固溶强化，晶界强化和析出强化。为了说明这三个因素对焊缝强度的贡献，Grong等引用了低碳贝氏体钢的强化模型。首先是Mn、Si、N等元素的固溶强化，大约提供165MPa的强度；其次是晶粒细化对强度的贡献，晶粒越小，对强度的贡献越大；最后是析出强化，在小尺寸晶粒时，碳化物对焊缝的强度有显著的影响。对焊缝金属而言，针状铁素体的尺寸一般为2μm，对焊缝的强度有极大的贡献，按模型预测，焊缝金属最高屈服强度可达到650MPa。

目前国际市场Ni合金价格走高，本发明中采用降低合金元素Ni含量，适当增加Cu含量，以求达到保证高强度高韧性的同时，大幅降低焊丝生产成本。实际气体保护焊接过程中均为多层多道焊接，试验研究表明，采用Cu元素的析出强化作用，使多道焊时焊缝金属在后续焊道的热作用下得到ε-Cu析出，保证焊缝的强度和韧性。

发明内容

此项发明的目的在于克服上述不足，提供一种800MPa及以上强度级别，且具有优良低温冲击韧性能的经济、性价比高的气体保护焊丝。

实现目的的技术措施：

高强度高韧性气体保护焊丝，其特征在于该焊丝的化学成分(按重量％)为：C：0.04～0.10，Si：0.30～0.80，Mn：1.30～2.0，Ni：0.40～0.89，Cr：0.20～0.50，Mo：0.20～0.60，Cu：0.56～0.80，Ti：0.05～0.20，B：0.002～0.010，P≤0.020，S≤0.015，Als≤0.03，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明中各组分的作用及机理：

C：是调整焊缝金属强度的主要元素，必须保证焊丝中有一定的C含量。但在高强度焊缝金属中，过高的碳含量促进高碳马氏体的形成，会使焊缝金属淬硬性增加，塑性降低，使焊缝金属冷裂纹敏感性增加，因此将焊丝中的C含量控制在0.04～0.10范围内。

Mn：在焊缝中有利于脱氧，脱氧反应产生的氧化物夹杂和氧硫复合夹杂可作为针状铁素体的形核质点。Mn是焊缝强化的有效元素，当焊丝中Mn含量低于1.00时，在熔滴和熔池反应阶段脱氧不充分，使焊缝中氧含量过高，且使焊缝强度偏低。当焊丝中Mn含量过高时，焊缝金属中过高的Mn含量易造成Mn的偏析，在偏析区易产生M-A岛状组织，从而降低焊缝金属的韧性，因此将焊丝中的Mn含量控制在1.30～2.00之间。

焊丝中Si加入量为0.30～0.80，此范围是根据当焊缝中Mn/Si≈3时，具有较好的脱氧效果，并考虑在气体保护焊中两种元素的过渡系数而确定的。