[发明专利]一种超高强钢用气保焊丝及焊缝金属

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种超高强钢用气保焊丝及焊缝金属，特别是涉及一种1000MPa高强钢用气体保护焊用实芯焊丝及焊缝金属。

背景技术

近年来，工程机械用泵车和吊臂、水电工程用压力水管、以及煤矿机械用液压支架等纷纷采用了抗拉强度800～1000MPa的高强度钢材，以提高结构部件的承载力和综合性能。一般情况下，该类钢板通常需要满足-20℃冲击功大于47J的要求。该类钢板通常采用控轧控冷+热处理的生产工艺，微观组织以回火马氏体为主；为确保力学性能和焊接性能，则采用低碳和低合金的设计原则，以降低焊前预热温度。

该类超高强度钢板在工业应用中离不开焊接装配，但国内尚无专门的匹配焊接材料。CN101244495A和CN101987403A中提到的焊丝均不能满足1000MPa的技术要求。CN102626836A公开了高Cr高Ni惰性气体保护焊接用焊丝及焊缝金属，并使得接头强度在1000MPa以上，但也存在两个缺点：一是焊丝合金成本高；二是采用惰性气体保护焊接导致焊接工艺成本高，给工业应用带来困难。截至目前，未见能够适应1000MPa级别钢板焊接的以惰性气体为主的混合气体保护焊接专用焊丝和工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强钢用气保焊丝及焊缝金属，以适应1000MPa级别钢板的焊接。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种超高强钢用气保焊丝，以重量百分比为计焊丝的化学成分为：C 0.03～0.10，Si 0.25～0.45，Mn 1.60～1.90，S≤0.01，P≤0.01，Ni 2.80～5.20，Cr0.50～2.50，Mo 0.3～0.8，Nb 0.02～0.15，Ti 0.05～0.2，Zr 0.01～0.20，余量为Fe及杂质元素。

进一步，气保焊丝的保护气氛选用容积组成为95％或以上比例的惰性气体的混合气体，焊接热输入量5～18kJ/cm。

另一方面，以惰性气体为主的混合气体保护焊，焊接热输入量在5～18kJ/cm之间，制得的焊缝金属以重量百分比为计的化学成分为：C 0.03～0.10，Si0.25～0.45，Mn 1.60～1.90，S≤0.01，P≤0.01，Ni 2.80～4.80，Cr 0.50～2.50，Mo 0.3～0.8，Nb 0.02～0.15，Ti 0.05～0.2，Zr 0.01～0.20，O 0.010～0.045，余量为Fe及杂质元素，Ceq 0.55～0.75，Ceq＝C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4。

进一步，焊缝金属中含钛或锆的氧化物粒子的体积密度≥250/mm²，其中尺寸在0.2～2μm之间的体积密度≥200/mm²。

更进一步，焊缝金属的屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥1000MPa，-20℃冲击功≥47J。

本发明中焊丝的各元素作用和含量限定如下：

C：添加合适含量的C是保证焊缝强度的重要因素，因此C含量不宜过低，但过高的C含量会恶化焊接性，增加冷裂倾向，所以C含量也不宜过高。当其含量≥0.1％时，会显著增加冷裂纹敏感性，同时也会恶化焊缝金属中马氏体的韧性，从而影响整个焊接接头的冲击韧性；但当其含量≤0.03％时，对焊缝金属的强度贡献较少，会提高需加入钢中合金元素的含量。因此，优选其成分为0.03～0.10％。

Si：为确保焊接过程中的冶金脱氧过程顺利进行，焊丝中的添加量需≥0.25％，否则会影响焊接接头质量；另一方面，也会通过固溶强化提高焊缝金属的强度。当其含量≥0.45％时，会显著促进魏氏体组织和侧板条铁素体的生成，从而恶化焊缝金属的冲击韧性。因此，优选其成分为0.25～0.45％。

Mn：在焊缝中是有效的强度增加元素和脱氧元素，有利于细化焊缝组织。但过高的Mn含量会使焊缝韧性降低，并增加焊缝的裂纹敏感性，因此优选Mn含量为1.60～1.90％。

Ni：是本发明中的重要元素，一方面是利用其韧化铁素体基体的原理来提高焊缝金属的冲击韧性，另一方面利用其高淬透性来提高焊缝金属的强度，从而达到同时提高强度和韧性的目的。当其含量≤2.5％时，其提高焊缝金属基体的韧性的作用不明显；当其含量≥5.5％时，将会导致焊缝金属的淬透性过强，导致强度过高、韧性下降，同时过高的镍含量将会导致熔炼难度增加，进一步增加成本。在综合考虑C、Mn、Cr元素的基础上，优选其成分为2.8～5.2％。