[发明专利]一种具有耐火特性的金属粉芯埋弧焊丝

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料领域，尤其涉及一种具有耐火特性的金属粉芯埋弧焊丝。

背景技术

在现代建筑中，高层和超高层的钢结构建筑日益增加，但高层建筑一旦发生火灾，将可能造成巨大的人员伤害和财产损失。因此对高层建筑用钢的耐火能力的要求也越来越高。普通建筑用钢400℃时，钢材的屈服强度将降至室温强度的一半，温度达到600℃时，钢材基本丧失强度。建筑钢的耐火性能现阶段的要求是在600℃高温条件下，其屈服强度不低于室温下的2/3。这些高性能要求可以使得建筑物在发生火灾与地震时，有效地避免或延缓建筑物坍塌时间，减轻人们的生命财产损失。80年代末日本开展了耐火钢的研究，通过在钢中添加微量耐热性高的Cr、Mo、Nb等合金元素，开发了耐火温度为600℃的建筑用耐火钢。

在我国现阶段的焊材开发中，国内尚没有出现具有耐火特性的专用耐火钢埋弧焊材出现，如专利号“200610025064.2一种高性能建筑用埋弧焊丝及盘条”和专利号“CN92113132.1低碳高锰、硅微钛、铝高韧性埋弧焊丝”，它们只是作为普通的建筑钢用埋弧焊丝，其性能结果中都没有焊材耐火性能的专述。

发明内容

针对耐火钢焊接专用埋弧焊材缺乏的现状，本发明提出一种成分合理、制造简便、具有良好耐火特性，低温冲击韧性好，焊接工艺性能良好的金属粉芯埋弧焊丝。

本发明其合金系的设计原则如下：

所设计焊丝主要通过焊缝区合金元素的微合金化手段来获得目标组织，同时应用高温强化机制，即固溶强化、析出强化和微合金化理论来达到耐火钢焊丝高温强度的要求。

本发明焊丝化学成分按重量百分比计：C 0.03％～0.06％、S≤0.015％、P≤0.03％、Si 0.3％～0.5％、Mn 1.2％～1.8％、Ni 0.2％～0.6％、Mo 0.2％～0.6％、Cr 0.2％～0.5％、Ti 0.1％～0.2％，余量为Fe和不可避免杂质。

本发明焊丝化学成份的设计原则说明如下：：

Mo：Mo是缩小γ相区的元素，是中强碳化物形成元素，Mo是提高高温强度最为有效的合金元素，大部分的Mo在铁素体中以固溶的形式存在，强化了铁素体基体。高温下Mo在铁素体中扩散速度较慢，因而可显著提高钢的高温强度与蠕变强度，Mo还可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟先共析铁素体的转变而有利于形成贝氏体结构，并强烈抑制珠光体转变，高位错密度的贝氏体组织呈现了良好的高温性能。同时Mo在渗碳体内的固溶度仅为4％，极易析出碳化物，在高温时Mo与C、N结合形成碳氧化物，发生钉扎作用，这些碳化物可以导致在高温下的二次硬化，使高温屈服强度增强。Mo还可以在别的碳化物质点形成偏析层，这种偏析层可有效防止碳化物的聚集长大，提高高温屈服强度。另外，Mo可以降低碳化物的析出驱动力，延缓了碳化物的形核过程，使碳化物更加细小弥散地分布在基体中，从而强化了高温屈服强度。所以，本发明确定Mo含量在0.2～0.6％。

Ti：微合金元素Ti在焊缝金属中将生成Ti(CN)、TiO₂夹杂物颗粒而成为针状铁素体非自发形核的核心，可促使焊缝中形成针状铁素体的生成，改善焊后韧性，而且这种细小弥散分布析出相对加热时阻止奥氏体晶粒的长大，阻碍拉伸过程中塑性滑移都会起到有利作用，所以本发明确定Ti 0.1～0.2％。

Cr：Cr可以有效地提高钢的高温抗氧化性和抗蠕变性能，可以有效地提高钢的高温强度，所以本发明确定Cr 0.2～0.5％。

C：在焊缝金属连续冷却过程中，较低的含C量，将使得贝氏体转变曲线左移，从而容易在较宽范围的冷却速率下获得类贝氏体的针状铁素体，所以本发明C含量控制在0.03～0.06％。

S、P：这两种元素易在晶界上易形成脆性相，由于与基体Fe原子化学键合性质、原子半径差别较大，因而对基体点阵所造成的畸变更大，且显著地提高了材料韧性-脆性转变温度。因此焊缝金属中应严格控制S、P含量，所以本发明确定S、P含量分别控制在0.015和0.03以下。

Mn：Mn作为微合金钢焊缝金属中的主要合金元素，显著影响奥氏体扩散，Mn是奥氏体稳定元素，使奥氏体相变移向较低的温度。Mn一方面可作为脱氧剂，另一方面具有细化晶粒和固溶强化的作用。所以本发明Mn元素含量选择在1.2～1.8％之间。