[发明专利]用于活性气体保护焊的高强度高韧性焊丝

说明书

本发明属于一种用于活性气保护焊的高强度高韧性焊丝，属于气体保护焊的焊接材料。本焊丝主要适用于在焊后热处理(淬火＋高温回火)条件下使用的高强度高韧性钢制高压气瓶的焊接。

以往，在高压气瓶制造中，常用的焊接方法多为埋弧焊方法。用这种焊接方法获得的焊缝性能，韧性较低。对普通高压气瓶，埋弧焊方法还可以应用。但对于新一代高压气瓶，用现行埋弧焊接方法，由于焊缝韧性，特别是低温韧性较低，已不适用。

MAG焊接方法，与埋弧焊接方法相比，当有匹配焊丝时，焊缝具有明显高的韧性。用MAG焊代替埋弧焊焊接高压气瓶是适宜的。

但是，还没有一种MAC气体保护焊丝，焊缝性能在焊后热处理条件下能与高压气瓶用钢相匹配。现有的高强度高韧性MAG焊丝，都是在焊后状态下使用的。如US3527920焊丝。其化学成分(wt％)为：C：0.06-0.09，Si：0.35-0.55，Mn：1.25-1.45，Ni：1.80-2.20，Mo：0.40-0.55，Ti：0.01-0.025；一些残存元素限制为S≤0.01，P≤0.01，V≤0.03，Cr≤0.15，Al≤0.025，余为Fe。这种焊丝在焊后条件下，焊缝可以具有优良综合机械性能：σ_0.2＝630-700MPa，-51℃的A_KV＝104J。但由于焊丝中含抗回火的元素Cr、V和仅含有单一的细化晶粒元素Ti，如果在焊后进行热处理时，焊缝不能获得高强度和高韧性，因此，该焊丝不适合在焊后热处理条件下使用。因此在说明中也未列出有关性能。

本发明的目的，是提出一种用于活性气体保护焊的经焊后热处理条件下仍能保持较好综合机构性能的焊丝。

本发明焊丝，不同于焊后状态下US3527920焊丝。作为强化合金元素，应具有更高的Ni含量，并且需要加入一定数量的Cr，构成以MnNiCrMo主要元素的合金系统，形成强韧焊缝基体；作为细化焊缝的微量合金元素，除Ti以外，还应加入V，构成VTi联合细化系统，以获得更细化的焊缝组织。用本焊丝MAG焊接的焊缝，在热处理条件下，可以获得高的强度和韧性，特别是高的低温韧性。

本发明焊丝的具体化学成分(重量％)：C：0.03-0.10，Si：0.20-0.50，Mn：1.00-1.60，Ni：2.80-3.50，Cr：0.80-1.40，Mo：0.40-0.65，V：0.002-0.080，Ti：0.002-0.050，S≤0.008，P≤0.008，O≤0.0050，N≤0.0050，余为Fe。

现将本发明焊丝化学成分的设计特点叙述如下：

作为焊丝的主要合金元素，在US3527920焊丝的基础上增加了Cr，提高了Ni，构成MnNiCrMo系焊丝。焊丝中的Cr与Mo相配合，有利于提高焊缝的抗回火软化作用，高的镍含量有利于焊缝的韧性，特別低温韧性。该焊丝可以确保焊缝在高温回火条件下具有高的综合机械性能。Mn、Ni、Cr、Mo这些元素的含量分別应为1.00-1.60％，2.80-3.50％，0.80-1.40％和0.40-0.65％。当这些元素，低于下限时焊缝的强度不足；当高于上限时，由于焊缝强度过高，焊缝韧性也会明显下降，特别是低温韧性降低较多，以致于不能满足要求。

作为细化焊缝金属的元素，在US3527920焊丝基础上，又增加了V，构成V和Ti联合细化系统，更有效地提高焊缝韧性。焊缝熔池中微量Ti，主要以氧化物TiO，TiO₂及其络合物的形式存在，其中以低价氧化物TiO为主。在焊缝凝固过程中，作为液体结晶核心，有利于获得细化的一次焊缝组织。。在焊缝进行热处理时，焊缝中V的化合物VC，VN与Ti的化合物一起，弥散地分布在焊缝金属中。在焊缝金属处于加热阶段时，这些化合物阻止奥氏体晶粒的长大，获得细的奥氏体晶粒；在焊缝金属处于冷却阶段时，这些化合物又成为奥氏体向铁素体转变时的结晶核心，起到细化铁素体晶粒的作用。V和Ti联合细化焊缝金属，与单独用Ti细化相比，焊缝可以获得更细的组织，因此焊缝可以获得更高的韧性，特别是更高的低温韧性。为此，焊丝中的V，Ti应有适当的含量，分別因为，Ti：0.002-0.050％，V：0.002-0.080％。当这些合金元素含量低于下限时，焊缝的细化作用不足，焊缝韧性，特别是低温韧性降低；当含量高于上限时，由于焊缝强度太高，焊缝韧性会明显降低。

V，还能提高焊缝的抗回火能力。当焊缝在较高温度回火时，有利于焊缝保持较高的强度。