[发明专利]一种高强度高韧性气保焊丝

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，属高强度焊丝钢领域，特别涉及一种可免除焊前预热和焊后热处理、焊缝金属同时具备超高强度和优良低温冲击韧性的实芯气保焊丝。

背景技术

随着钢结构大型化、安全等级严格化以及自身结构轻量化发展的需要，高强度和超高强度级别钢种逐渐在建筑、桥梁、工程机械等领域得到了应用。比如，抗拉强度900MPa级别的钢种在建筑、桥梁和工程机械的关键承重部位上已经得到了应用，但上述钢种一般通过调质热处理工艺生产，但由于加入合金量较大，其抗裂性能普遍较低。

已公开的专利文献中，有抗拉强度900MPa和1000MPa两个级别的气体保护实芯焊丝，可保证焊缝金属的高强度和一定的冲击韧性，能够满足一般工程结构施工的要求。但上述焊丝都需要焊前预热以保证焊缝金属不开裂，焊前预热降低了施工效率，同时也给大型结构件的野外施工带来了严峻挑战。

目前，市场亟需一种可免除预热的焊缝抗拉强度在900MPa以上级别的气体保护焊丝。

发明内容

本发明的目的在于克服超高强度实芯气体保护焊丝需要预热的不足，提供了一种可免除预热，且能保证焊缝超高强度和优异低温冲击韧性的实芯气保焊丝；采用该焊丝，可免除焊前预热并得到质量完好的焊接接头，采用保护气体80～95%Ar+5～20%CO₂，制得的焊缝金属抗拉强度≥980MPa，-40℃冲击功≥47J。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高强度高韧性气体保护实芯焊丝，其含有的化学成分以重量百分比计如下：C0.02～0.09%，Si0.50～0.90%，Mn0.70～1.70%，P≤0.02%，S≤0.01%，Cr1.2～8.0%，Ni3.0～12.0%，Ti0.10～0.20%，B0.005～0.015%，Al≤0.04%，N≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质。

优选的，该气保焊丝还含有Mo0.10～1.0%。

更为优选的，Ni/Cr在0.5～2.0之间。

本发明中各元素的作用和含量限定的理由详述如下：

C：作为钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，当其含量<0.02%时会显著降低强度，因此其含量应≥0.02%；此外，高的C含量对低温冲击韧性和焊接性能不利。综合考虑，本发明C含量控制为0.02～0.09%。

Mn：是提高钢板强度最有效的元素之一，较高的Mn含量会显著降低相转变温度从而促进贝氏体和马氏体的转变，以提高钢板强度；同时，Mn也是有效的扩大奥氏体区的元素，另一方面与Ni共同作用将有利于焊缝组织中得到部分未转变的残余奥氏体，从而提高焊缝金属的抗裂性、低温冲击韧性。但Mn含量不宜过高（如≥2%），否则容易产生大尺寸的MnS夹杂，给焊丝用盘条的冶炼带来难度，同时也对盘条的性能带来危害，进而影响焊丝和焊缝金属的性能。因此，本发明Mn含量控制为0.70～1.70%。

Si：一方面具有脱氧作用，另一方面还可以增加焊缝金属的强度；但过多加入会导致低温冲击韧性降低、以及抗裂性能的降低；因此，本发明Si含量在0.50～0.90%之间。

P：会显著降低焊接性能，比如P的偏析会引发焊接裂纹、以及焊接热影响区的冲击韧性恶化。因此，本发明P只作为杂质元素，为保证钢板的综合力学性能，其含量控制为P≤0.02%。

S：杂质元素，本发明S含量控制为≤0.01%。

Ni：本发明中最重要的元素，一方面是提高焊缝金属的抗裂性，从而省去预热工序，另一方面是提高焊缝金属的低温冲击韧性。当其含量≥3%时，焊缝金属的抗裂性能显著提高，从而可免除焊前预热工序；当其含量≥12%时，焊缝金属中的未转变奥氏体含量将会显著增加，从而降低焊缝金属的强度。在含量3%～12%之间时，焊缝金属的-40℃冲击韧性稳定在70～110J之间。因此其最佳含量范围为3～12%。

Cr：是提高焊缝金属强度的有效元素之一，并有细化焊缝金属组织，增加淬透性的功用；另一方面，是缩小奥氏体区的元素，与Ni合理搭配使用，可有效控制焊缝金属的相转变过程，得到马氏体和一定比例的残余奥氏体的复合组织，从而兼顾高的抗裂性、高强度和高韧性。因此，其Cr含量在1.2～8.0%之间，且控制Ni/Cr在0.5～2.0之间。

Mo：是提高焊缝金属强度的有效元素之一，可细化焊缝金属组织，与Ti和B同时使用时效果更好，能同时兼顾高强度和高冲击韧性，其含量在0.10～1.0%之间。