[发明专利]低合金高强度高韧性埋弧焊丝

说明书

本发明涉及一种焊接材料，具体地说是一种中锰低硅微合金化埋弧焊丝，主要用于埋弧焊，特别适用于桥梁等大型钢结构的焊接。

对于桥梁、船舶、大型压力容器等大型结构，钢板较厚，接头形式多样，拘束度大，使用环境温度较低，焊接接头要求有较高的冲击韧性和抗裂性能，对焊接材料提出了很高的要求。

近十年来，国际上开发了Ti、B微合金化焊丝。Ti、B的作用机理为：固溶的B在奥氏体晶界析出，降低了晶界能，抑制先共析铁素体的析出。TiN及氧化物在焊缝中成为晶内铁素体核，促进铁素体的形成，焊缝金属韧性得以提高。这些焊丝有：1992年2月由冶金工业部钢铁研究总院等申请的“低碳微合金化埋弧焊丝”，专利申请号为92105621.4及1982年1月申请的英国专利GB 2090615“微钼或无钼焊接材料”。这些焊丝采用了C-Mn-Mo-Ti-B、C-Mn-Mo-Cr-Ti-B、C-Mn-Cr-Ti-B等合金系列，虽都在不同程度上接头性能满足了使用要求，但它们的不足之处在于：韧性仍然偏低，特别是在大线能量焊接、焊后热处理或多层焊的情况下，低温韧性明显下降。如C-Mn-Mo-Ti-B系焊丝在焊缝为2道时，焊缝金属-40℃ V型冲击功约为80J，而当焊缝为4道时，则下降为29J。C-Mn-(Mo)-Cr-Ti-B焊丝虽然焊缝热处理后性能有所改善，但其韧性仍难以与目前先进的钢材相匹配，难以满足实际结构焊接需求。这些焊丝多用于焊接线能量20KJ左右较薄板的焊接，板厚≥35mm焊接未见应用，且焊丝中Mn、Mo、Cr等合金元素的含量普遍较高，难以同时保持优良的焊缝强度和韧性，合金元素的加入也使焊丝成本大为提高。

本发明目的在于提供一种适合大线能量焊接、焊后焊缝性能优良的埋弧焊丝；该焊丝对厚钢板焊接的坡口角度及焊接线能量有较强的适应性，焊前不预热，焊后不需热处理，焊接工艺性能好；适用于桥梁、船舶、压力容器等大型结构的焊接制作。

本发明为了达到上述目的，提供一种合金高强度高韧性埋弧焊丝，其特征在于焊丝的化学成份按重量(％)含有C 0.06～0.12、Mn 1.20～1.80、Si0.02～0.06、Ni 0.20～0.50、Ti 0.10～0.16、B 0.006～0.010，余量为Fe及不可避免的S、P，还需控制焊丝中的[N]≤0.005。焊丝中不可避免的S、P含量系要求(重量％)S≤0.01、P≤0.015。

本发明焊丝化学成份的设计原则说明如下：

C含量小于0.06％时，焊丝强度较低，焊缝金属中铁素体比例较高，不利于针状铁素体的形成，而超过1.2％会使焊缝金属的强度过高，珠光体比例增大，也不利于针状铁素体的大量形成。

Si焊缝中含Si量应控制在0.4％以下，由于焊剂及母材中含有较高的Si，在焊接过程中增Si现象比较严重，因此应控制焊丝中的Si含量，含量控制在0.02～0.06％最适合。

Mn系焊缝强化的有效元素，当焊缝金属中Mn含量小于1.0％时，焊缝强度偏低，当焊缝中Mn含量高于1.6％时，焊缝金属的低温韧性明显下降。Mn在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹的铁硫化物的形成。为控制焊缝中Mn含量，焊丝中的Mn含量应在1.20～1.80％之间。

Ni可以提高焊缝金属的韧性，尤其是提高焊缝金属的低温冲击韧性，降低脆性转变温度。同时Mn和Ni能在相当大的含量范围内有利于改善焊缝金属的韧性。但因其属于贵重元素不宜多加，因此焊丝中Ni含量控制在0.20～0.50％之间。    

Ti适量加入可以细化焊缝金属组织。Ti与N具有极高的亲和力，Ti与N结合形成TiN质点，作为晶核，促使细针状铁素体大量形成。焊缝金属中Ti的含量一般在0.01～0.04％之间，由于Ti过度系数低，焊丝中Ti含量应为0.10～0.16％。

B固溶的B在奥氏体晶界偏析，降低晶界能量，控制先共析铁素体的析出。B还能推迟奥氏体—铁素体相转变的温度，促进晶粒内针状铁素体的形成。针状铁素体数量的增加，会使焊缝金属低温韧性显著提高。焊缝中B的含量一般在0.001～0.004％，由于过度系数较低，焊丝中B含量为0.006～0.01％。

S、P元素对焊缝金属低温韧性有危害作用，应尽量降低。要求焊丝中S≤0.01、P≤0.015(重量％)。

N在焊丝的冶烘炼过程中，N不可避免地进入焊丝钢水中，对焊缝金属的低温韧性影响较大，但在用Ti作为合金元素处理焊缝时，N成为必要的元素，焊丝中N的含量应小于0.005％。