[发明专利]一种用于低温钢板的电渣焊实芯焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于低温钢板的电渣焊实芯焊丝，特别涉及一种可确保焊缝金属-40℃低温冲击韧性优异的电渣焊接用实芯焊丝，属于焊接材料领域。

背景技术

由于能够显著提高焊接效率、节约成本，电渣焊等大热输入量焊接技术在建筑、桥梁和船舶等行业得到了广泛应用。但是，电渣焊接过程由于焊接热输入量过大，导致焊缝冷却速度过慢、焊缝组织粗化，进而导致焊缝金属低温韧性的恶化。

目前，日本有相关的电渣焊丝的相关技术，例如：JP8164497A披露了一种可用于大热输入量电渣焊接的电渣焊丝，但仅仅限于中碳Cr-Mo系的钢轨用钢的焊接；JP59179289A披露了一种中碳的电渣焊接用Cu-Cr-Ni系实芯焊丝，但两种焊丝制得的焊缝金属的低温韧性不足。为改善焊缝金属冲击韧性，例如：JP2003340592A和JP2004058142A采用Mo+Ti+B技术路线、并试图通过采用Cr，V和Nb综合添加的办法抑制焊缝金属冷却过程中先共析铁素体的形成、促进晶内铁素体形核，从而使得焊接接头焊缝金属的0℃冲击功≥100J；JP2009154199A则通过研究Ti，B和Al元素之间的平衡对电渣焊缝金属韧性的影响规律，开发了一种含低碳无镀铜实芯焊丝，其焊缝金属的0℃冲击功≥70J；而JP2009045671A在Mo+Ti+B技术路线基础上，通过添加强脱氧剂Mg,Ca或REM，来增强晶内铁素体的形核，采用该焊丝焊接的60mm钢板的焊缝金属的0℃冲击功≥100J，以上现有专利焊丝主要针对普通建筑钢结构等，且制得的焊缝只具备0℃的冲击性能。

近年来，随着沿江沿海地区的大型桥梁、建筑和海洋工程的建设逐渐兴起，为提高焊接效率，电渣焊接也被逐渐应用到这些结构建造中；这些结构要求钢板及其焊接接头能够满足-40℃的冲击性能要求（即-40℃冲击吸收功≥47J），显然上述焊丝不能适应这样要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于低温钢板电渣焊实芯焊丝，使用该焊丝所得的焊接接头综合性能良好，焊接接头抗拉强度≥565MPa，焊缝金属-40℃冲击功≥180J，可广泛应用于船舶、海洋工程、寒冷地区建筑和桥梁等行业。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于低温钢板的电渣焊实芯焊丝，该焊丝以重量百分比计化学成分为：C：0.04～0.08%，Si：0.20～0.60%，Mn：0.5～1.5%，P≤0.020%，S≤0.015%，Mo：0.20～0.60%，Ni：3.5～5.5%，Ti：0.10～0.30%，B：0.005～0.02%，N≤0.005%，Zr：0.005～0.2%，余量为铁及不可避免的杂质。

优选的，焊丝的化学成分中：Ni/Mn≥3。

优选的，焊丝的化学成分中：0.15%≤Ti+Zr≤0.4%。

本发明焊丝化学成分设计原则如下：

C元素是合金钢中不可缺少的元素，能有效提高焊缝强度，但过高C含量会恶化焊接性，增加冷裂倾向，所以C含量不宜过高，控制在0.04～0.08%。

Mn能够提高焊缝的强度及淬透性，有利于细化焊缝组织，因此其范围应限定为Mn0.5～1.5%；超过1.5%时，由于淬硬指数升高，容易在焊缝中生成贝氏体和马氏体等脆性组织，降低焊缝金属的冲击韧性。

Si有较强的固溶强化作用，能够有效提高焊缝强度，并且与Mn起到联合脱氧的作用。但Si的脱氧产物容易形成硅酸盐类夹渣，低熔点的硅酸盐容易导致结晶裂纹，还会增加熔渣与熔化金属的粘度，造成严重的飞溅，所以Si含量不宜过高，控制Si含量0.20～0.60%。

Mo是电渣焊丝中不可或缺的成分。其作用：1）可以细化焊缝金属中柱状晶奥氏体的尺寸；2）可以在焊缝中的柱状奥氏体晶内促进针状铁素体形核，从而提高焊缝金属的冲击韧性。当其含量≤0.05%时，其作用不明显；当其含量＞0.60%时，则会因过度增加淬透性从而形成马氏体组织、会恶化冲击韧性。因此，应控制其含量0.20～0.60%。

Ni是提高钢铁材料低温冲击韧性最有效的元素之一；考虑到焊缝金属中有大量尺寸在1～5微米的夹杂物，对冲击韧性不利，因此需要添加3.5～5.5%的Ni来提高焊缝的冲击韧性，以满足-40℃冲击功要求，优选的，需要限定Ni/Mn≥3。

Ti是强脱氧剂、脱氮剂，适量Ti的加入能在焊缝中形成细小难溶且弥散分布的化合物（TiO，TiN）质点，促进针状铁素体形核，细化焊缝组织，有效增加焊缝的强度及韧性，但过高的Ti含量会导致焊缝韧性恶化，控制Ti含量0.10～0.30%。