[发明专利]一种低成本工程机械用700MPa高强气保焊丝及其制造方法

说明书

本发明提供一种低成本工程机械用700MPa高强气保焊丝，由以下质量百分比的元素组成：C：0.06‑0.10％；Si≤0.60％；Mn：1.40‑1.80％；P≤0.015％；S≤0.010％；Ni：0.60‑0.80％；Cr：0.10‑0.40％；Mo：0.15‑0.45％；Ti：0.06‑0.12％；余量为Fe(铁)和不可避免的夹杂。本发明采用低C‑高Mn‑(低Ni+低Mo合金化)‑Ti微合金化的成分体系作为基础，优化炼钢和轧制工艺，使焊接接头获得高强度，其低温韧性、冷成型性、焊接性及抗疲劳冲击载荷特性也同样优异，并成功地解决了高强度与优良的冷成型性之间的矛盾。

技术领域

本发明属于焊接材料的技术领域，涉及一种气保焊丝，具体涉及一种低成本、低屈强比、高性能的工程机械用700MPa高强气保焊丝及其制造方法。

背景技术

众所周知，低碳低合金高强度气保焊丝是最重要工程结构焊接材料之一，与配套的低碳低合金高强度调制钢板广泛应用于工程机械制造、锅炉压力容器、汽车工业及桥梁建筑结构之中。目前，焊接接头性能不但取决于焊丝的化成成分与焊接工艺，而且取决于配套钢板的化学成分与制造工艺，其中强度、韧性、塑性、屈强比及抗疲劳/冲击载荷性能是工程机械领域焊接接头最重要的性能，它最终决定于焊接接头的显微组织状态。因此，发展新一代高性能优质高强焊接材料一直是焊接技术人员研究工作的重点，力图通过合金组合设计优化与焊接工艺技术相结合，以获得贝氏体、低碳马氏体等复相组织结构，使焊接接头获得更好的复相显微、亚显微组织的匹配、超细化组织与亚结构，使焊接接头获得更优良的塑韧性、高抗疲劳及冲击载荷特性。

现有抗拉强度≥700MPa的焊接接头所使用的焊接材料普遍采用低C-高Mn-(高Ni+高Mo)合金化-微Ti合金化设计思路，生产工艺采用：电炉→LF精炼→VD精炼→连铸机浇注→加热炉→高线→成品的生产工艺流程。为了获得高强度，添加大量的贵重合金元素(尤其是为了获得高的低温冲击韧性，Ni含量甚至添加到1.00％以上)。众所周知，添加大量的合金元素提高碳当量Ceq(低碳，采用日本WES碳当量公式C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14)及焊接裂纹敏感性指数Pcm(C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B)，不但降低焊接性，而且增加焊接接头的裂纹敏感性(延迟裂纹即冷裂纹)；同时添加大量的合金元素提高了焊接接头的淬硬性【DI＝0.311(％C)^1/2[(1+0.64(％Si)]×[(1+4.10(％Mn)]×[(1+0.27(％Cu)]×[(1+0.52(％Ni)]×[(1+2.33(％Cr)]×[(1+3.14(％Mo)]×25.4(mm)】，焊后极易生成粗大的上贝氏体Bu、粗大的马氏体M组织和少量M/A岛，严重劣化接头的塑韧性，在较高的环境下，低温韧性对焊接接头的抗疲劳性能、抗应力集中敏感性、抗延迟裂纹、抗裂性及结构稳定性影响较大，在大型工程机械结构上使用时，存在较大的安全隐患；因此大型疲劳重载钢结构采用高强度焊接材料时，一般希望700MPa级以上的焊接接头不仅具有优良的强韧性、强塑性匹配及焊接性，而且具有优良的抗延迟裂纹性能，以保证大型工程机械在运行过程中的安全可靠性。

更为重要的，当前国内制造业环保形势严峻，贵金属排放指标大幅缩小，因此添加大量的合金元素导致更多的贵金属排放与绿色环保背道而驰。在炼钢生产工艺方面，当前普遍采用LF+VD双重精炼，不但延长制造生产周期及交货周期，而且能耗大。

在焊丝与钢板匹配性方面上，当前工程机械上所用抗拉强度≥700MPa的高强度调质钢板基本采用离线调质工艺(即RQ+T)生产，为了保证钢板强度，不可避免地向钢中加入大量的合金元素，因此采用现有的焊接材料，对现场工况、焊接工艺要求比较苛刻(即焊接工艺性范围狭窄)。

现有大量专利与技术文献只是说明如何实现焊接接头的强度、低温韧性和焊接性，就如何从炼钢和高线轧制工艺角度保证焊丝生产拉拔顺畅说明还是空白，也没有涉及如何在保证焊缝金属强度和抗延迟裂纹性能的同时，如何降低焊丝合金元素和优化炼钢工序以降低焊丝的生产制造成本。

发明内容