[发明专利]一种低碳高镍含量785MPa级气体保护焊焊丝

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料领域，主要涉及一种低碳高镍含量785MPa级气体保护焊焊丝，用于高强钢焊接。

背景技术

MIG焊接是屈服强度大于700MPa高强度钢焊接的首选焊接方法，该焊接方法通常配用中镍(2～3％)含量的MnNiCrMo焊丝，其典型的代表为美国军标MIL-E-23765-2E中规定的MIL120S和MIL130S的成分。其优点是：该合金系已经大量使用和验证，组织为中温转变组织，含有较多的针状铁素体，焊缝金属强度塑性韧性综合性能优良，其缺点是：单道焊接和多层多道焊接焊接时，焊缝金属的抗裂性问题较难得到解决。其原因一为：焊缝金属相变温度高，会导致较高的焊接热应力，从而增加氢致裂纹的敏感性；其原因二为：焊缝为中合金含量，中温相变会导致一定量的残余奥氏体产生，奥氏体是强氢陷阱，对抗裂性提高有利，但是，一旦此类奥氏体可在焊后的时效和拉应力作用下分解，其中聚集的氢将促进局部氢致裂纹的产生，会产生恶劣的效果。在此背景下，高镍焊接材料的研究受到重视，但高镍焊接材料合金元素含量高，焊缝偏析严重，极易淬硬，各合金元素间必须良好配合。美国专利5523540和5744782均涉及了低碳高镍焊接材料，专利5523540成分范围太宽备受争议，专利5744782中镍含量低于4％，中国专利CN1413795涉及了高镍低碳气保焊丝，用于不预热无后热焊接，其焊缝屈服强度偏低(710～790MPa)，且镍含量均在4％以下。

发明内容

为解决上述现有高强度钢的气体保护焊接材料的不足之处，本发明提出一种焊缝屈服强度达到785MPa的低碳高镍含量气体保护焊焊丝。

为解决高强钢焊缝金属抗裂性差的问题，采用低碳高镍合金化的技术路线研制气体保护焊焊丝，≤0.055％低碳可以有效保证焊缝金属的碳当量处于低范畴，有利于提高其抗裂能力，也利于获得韧性塑性相对优良的低碳马氏体，6.8～8.0％的镍含量，一方面能够提供足够的固溶强化，另一方面可降低相变点，同时获得稳定的残余奥氏体和逆转变奥氏体组织，进一步通过优化的SiMnCrMo元素含量的配合，可以使焊缝金属组织保持为马氏体贝氏体混合组织，并获得进一步强化，同时其塑性、韧性均处于优良状态。

本发明所提出的熔化极气体保护焊焊丝成分为：C：0.02～0.055％，Si≤0.30％，Mn：0.6～0.9％，Cr：≤0.80％，Ni：6.8～8.0％，Mo：0.45～0.60％，V≤0.035％，Al+Ti≤0.075％，Re≤0.040％，其余为铁。

碳元素处于较低水平，可以降低碳当量，提高抗裂性和塑性；锰硅是维持脱氧能力和工艺性的必要因素，但必须和高镍合金化特点匹配使用，应处于较低水平，避免出现以马氏体为主的组织；镍是本发明焊丝体现优越综合性能的核心元素，可大幅度降低Ms点，获得低温相变组织，促进少量稳定残余奥氏体的形成，其较佳含量在6.8～8％之间，过高焊缝金属淬硬性太强，塑性差，偏低则体现不出高镍合金化的优势；适量添加铬钼元素除具有进一步的强化功能，还可优化组织，获得马氏体贝氏体混合组织形态，韧性处于较高水平，过多的铬钼则会促进粗大马氏体的形成，恶化韧性。微量的钒具有少量的析出强化效果；微量钛铝元素用以改善焊接工艺性，提高电弧能量密度；≤0.040％微量稀土元素一方面可提高焊接工艺性，另一方面可降低扩散氢含量；该成分焊丝在采用MIG焊接时，电弧稳定，获得的熔敷金属或焊缝金属组织为马氏体贝氏体和少量奥氏体混合组织，其屈服强度大于785MPa，具有优良的抗裂性，可实施低预热无后热焊接。

本发明中的焊丝MIG焊接具有以下特点：

1)焊缝组织为低碳马氏体贝氏体和少量奥氏体混合组织，强度韧性优良，屈服强度大于785MPa，AKv-50℃在100J左右。

2)焊缝组织为低碳马氏体贝氏体，相变温度低，且马氏体贝氏体相变具有应力诱发效应，这均有利于降低焊接热应力。

3)单道焊接中高镍残余奥氏体的生成和多道焊接条件下高镍逆转变奥氏体的产生，不仅可提高韧性，同时可以稳定氢陷阱的形式，大幅度提高焊缝金属的抗裂性。

这些特点最终导致：采用本发明气体保护焊焊丝配合MIG焊接，焊缝不仅力学性能优良，且具有优良的抗裂性能，可适用于高强钢的低预热无后热焊接。