[发明专利]一种高性能埋弧焊丝、焊缝金属及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能埋弧焊丝及焊缝金属，特别涉及一种超高强度埋弧实芯焊丝，利用其制得的焊缝金属具备超高强度和优良低温冲击韧性，属高强度焊丝钢领域。

背景技术

随着结构大型化、安全等级严格化，以及自身结构减重的需要，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广泛应用。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。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，其抗裂性能普遍不高。

已公开的专利文献有部分涉及到埋弧焊缝金属抗拉强度≥980MPa或者-20℃冲击功≥60J的报道，但鲜有能够同时兼顾两者。而且，还对预热温度和层间温度做出了严格限定，比如预热温度≥100℃，层间温度控制在100～200℃之间；层间温度过低易导致焊接冷裂纹，影响接头质量；层间温度过高则会导致焊缝强度下降或者冲击韧性下降，不符合力学性能要求，影响了焊接效率和焊接质量。在工程结构施工中，尤其是野外露天作业中，很难满足上述苛刻条件，否则易造成焊接质量问题。

目前，市场还没有可免除预热，且不对焊接过程中的层间温度做出苛刻要求的抗拉强度在980MPa以上的埋弧焊丝及焊缝金属。

发明内容

本发明的目的在于克服现有埋弧焊丝及焊缝金属需要预热和层间温度严格控制的不足，提供了一种可免除预热，且不用控制层间温度的高强度高韧性的埋弧焊丝及焊缝金属；采用本发明焊丝，搭配碱度2.5～3.5烧结焊剂可制得无缺陷焊缝，其抗拉强度≥980MPa，-20℃冲击功≥60J。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高性能埋弧焊丝，以重量百分比计焊丝的化学成分组成为：C0.02～0.09%，Si≤0.30%，Mn2.0～3.0%，P≤0.01%，S≤0.008%，Ni2.0～5.0%，Ti0.10～0.30%，Nb0.10～0.30%，余量为Fe及不可避免杂质。

一种焊缝金属，使用上述成分的焊丝搭配碱度2.5～3.5烧结焊剂制得。

所述的焊缝金属，以重量百分比计该焊缝金属的化学成分组成为：C0.02～0.09%，Si≤0.30%，Mn2.0～3.0%，P≤0.01%，S≤0.008%，Ni2.0～5.0%，Ti0.10～0.30%，Nb0.10～0.30%，余量为Fe及不可避免杂质。

所述的高性能埋弧焊丝在制造焊缝金属中的应用，制得焊缝金属的力学性能如下：屈服强度>830MPa，抗拉强度>980MPa，-20℃冲击功>60J。

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%。

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0.30%以下。

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≥3%），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2.0～3.0%。

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≤0.01%。

S：杂质元素，本发明S含量控制为≤0.008%。

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≥2.0%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≥5.0%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2.0%～5.0%之间时，焊缝金属的-20℃冲击韧性稳定在60J以上。因此其最佳含量范围为2.0%～5.0%。