[发明专利]焊丝及其焊接屈服强度420MPa级耐火钢的方法

说明书

本发明公开了一种焊丝及其焊接屈服强度420MPa级耐火钢的方法，该焊丝由以下质量百分比的成分组成：C：0.01～0.14％、Si：0.10～0.40％、Mn：1.00～1.60％、Ni：0.20～0.60％、Mo：0.05～0.20％、Ti：0.01～0.05％、B：0.0005～0.002％、Nb：0.05～0.15％、Al：0.02～0.08％、V：0.01～0.09％、N：0.001～0.005％，余量的Fe以及不可避免的杂质元素。进行焊接后，形成的熔敷金属及焊接接头均具有优异的综合力学性能、较高的高温拉伸性能以及较高的低温冲击功。并且其采用低Mo成分设计，在相同性能下生产成本更低。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种用于屈服强度420MPa级耐火钢的气体保护焊丝及其焊接方法。

背景技术

随着大型建筑的快速发展，安全性、经济性、造型美观、空间利用等因素被人们广泛的关注。耐火钢作为一种新型钢铁材料以其高强、轻量、耐火、抗震以及相比于防火涂料来说无污染等优势迅速的成为世界各国大型建筑结构的首选材料。

耐火钢不仅要求有较高的常温性能，而且要求具有较高的低温冲击韧性和高温强度。由于建筑结构在使用过程中，不可避免的要承受地震、火灾等灾害来领时的冲击、高温、扭曲等作用，所以耐火钢应该具有优异的冲击韧性以及高温强度。对于高层建筑用耐火钢来说，要求其在遇到火灾600℃左右高温保持3h左右时，其强度不低于其室温设计强度的2/3，以保证建筑结构的安全性。此外，耐火钢还应该具备良好的焊接性、抗震性以及加工成型性等性能。

由于在建筑钢结构施工中，钢构件的组合连接将会大规模的使用焊接技术，基于钢结构安全因素的要求，耐火钢的焊接也是其开发利用重要内容，根据建筑用耐火钢中合金元素含量以及力学性能来匹配相应的焊接材料，从而使焊缝获得优异的综合力学性能。其力学性能，特别是高温性能也同样需要达到建筑用耐火钢的性能要求，即在遇到火灾600℃左右高温保持3h左右时，其强度不低于其结构设计的安全强度，以保证建筑结构的安全性，因此，耐火钢的焊接材料的选择也是耐火钢的研发过程中的一个重要课题。

建筑结构用耐火钢焊丝一般采用高Mo的设计方法以达到其高温强度，例如，公开号为CN108857140A和CN108941972A的发明专利申请公开的焊丝成分中均添加了0.20％～0.59％的Mo元素；公开号为CN108788518A的发明专利申请公开了气体保护焊丝中添加了0.60％～1.00％的Mo元素；公开号为CN102717206的发明专利申请中添加了0.25％～0.60％的Mo元素；这些关于耐火钢的焊丝中均添加了较多质量分数的Mo元素以达到优异的高温拉伸强度，然而大量Mo元素的添加难免大大增加了材料的成本。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种焊丝，该焊丝用于屈服强度420MPa级耐火钢的焊接，该焊丝焊接形成的熔敷金属以及焊接接头均具有较为优异的综合力学性能。

本发明的另一目的是提供一种上述焊丝焊接屈服强度420MPa级耐火钢的方法

技术方案：本发明所述的焊丝，由以下质量百分比的成分组成：C：0.01～0.14％、Si：0.10～0.40％、Mn：1.00～1.60％、Ni：0.20～0.60％、Mo：0.05～0.20％、Ti：0.01～0.05％、B：0.0005～0.002％、Nb：0.05～0.15％、Al：0.02～0.08％、V：0.01～0.09％、N：0.001～0.005％，余量的Fe以及不可避免的杂质元素。

具体的，本发明各主要控制的元素的设计机理如下：

Nb：用于提高焊缝金属室温和高温强度。铌在本发明中作为主要的高温强化元素，当Nb≥0.05wt.％时，将会在钢基体中呈现过饱和状态，在加热到一定温度后会从基体中析出，从而起到沉淀强化的作用以此来提高焊缝金属的高温强度，综合考虑提高高温强度和对成本的控制，铌含量控制在0.05～0.15wt.％的范围内。