专利名称：一种高性能埋弧焊丝及盘条及其制造方法
技术领域：
本发明属于焊接材料领域，特别涉及高强度钢材焊接用埋弧焊丝的制造。
背景技术：
埋弧焊作为一种高效焊接方法，在钢板的焊接中占有重要地位。为了适应不同行业提高效率，减少钢材用量、节约资源和降低成本等实际需求，目前许多钢厂试图开发焊接性优良的高强度高性能钢材。新钢种采用埋弧焊方法的前提是提供可配套的焊丝和焊剂。
近年来，国内外开发了许多埋弧焊丝，如中国专利申请号92105621.4、97104393.0、00123007.7等专利。但是，这些焊丝都存在如下问题由于多采用加入镍元素或稀土元素提高焊缝金属的强度和韧性，导致焊丝成本较高，加入稀土还使得焊丝盘条钢冶炼较困难。这些焊丝中的硅含量也控制0.15％以下。
尽管已有的埋弧焊焊丝说明其能适应大线能量焊接，如专利申请号97104393.0，其适应的最大焊接线能量为44Kj/cm。申请号为00114334.4专利，其适应的最大线能量为35Kj/cm。目前，许多厚板的焊接线能量要求超过50～100Kj/cm。显然，这些焊丝已不能满足大于50Kj/cm的大焊接线能量要求。
现有的焊丝也不能适应高强度钢材母材成分设计变化趋势。为了保证钢材具有优良的焊接性，主要措施之一就是降低钢材的碳当量和裂纹敏感系数，尤其是母材金属的碳含量明显降低。例如，20世纪90年代的设计开发的610MPa级12MnNiVR(日本为SPV490Q)高强度钢调质钢，其碳含量为0.10％～0.15％，近几年设计和生产的同性能的钢材碳含量则降为0.05％～0.09％，而合金元素总量几乎没有增加，反而还有所降低。这样，已有焊丝仍采用较低碳含量设计，所得焊缝金属将因从母材中过渡的碳和合金元素减少而导致焊缝金属强度不足的问题。
发明内容
本发明的目的提供一种埋弧焊丝及盘条，以解决580～680MPa高强度调质钢埋弧焊的配套焊接材料问题。该焊丝配合碱性烧结焊剂SJ101，可以焊接石油储罐用12MnNiVR等大线能量焊接钢；也可以解决埋弧焊丝盘条拉拔问题。
为此，本发明针对上述现有焊丝的不足，采用了适当提高焊丝的碳含量，用Mo来保证强度并促进铁素体形成，增加Ti含量，以Ti-B联合作用促进焊缝金属中更多针状铁素体形成。该焊丝适合于焊接不同厚度高强度钢板的更宽焊接线能量要求，焊缝金属的抗拉强度达到580～680MPa，-40℃冲击韧性AKV≥80J。
本发明的埋弧焊丝及盘条，其化学成分质量百分比为C 0.06～0.13，Mn 1.30～1.70，Si 0.10～0.50，Mo 0.30～0.60，Ti 0.010～0.15，B 0.001～0.009，其余为Fe以及不可避免杂质如S、P等。
选用680～800℃加热，保温2～10h退火热处理工艺，可以明显降低该焊丝盘条钢的抗拉强度，使焊丝易于减径拉拔，防止断丝。
(1)合金系统设计本发明采用C-Mn-Mo合金系统，适量加入Ti、B等元素，并严格控制S、P含量。
碳(C)，本焊丝较高C含量设计，一方面是弥补埋弧焊过程中C的大量烧损，使熔敷金属或焊缝金属中的C保持在合理范围内。如采用碳含量为0.06～0.13％的焊丝，配合SJ101焊剂，经埋弧焊所得熔敷金属中的碳含量为0.03～0.09％。另一方面，在母材碳含量较低的情况下，可以弥补因母材金属碳偏低而导致的焊缝金属碳含量偏低。目前，许多调质钢成分设计时采用低碳微合金化原则，利用大冷却能力的淬火工艺来保证钢的强度。如GB18198-2003中的12MnNiVR钢，碳含量为≤0.15％。而目前实际开发的相同性能钢板的碳含量均≤0.10％，有的钢板的碳含量仅为0.06％。这样，针对母材碳含量大幅降低后，为了保证焊缝强度，本发明适量提高焊丝中碳含量。
在本发明所设计的C含量范围内，在正常焊接期间烧损后，使熔敷金属中所得的碳含量降低到足以保证熔敷金属或焊缝金属的强度，并防止焊缝中的冷裂纹和热裂纹产生。
锰(Mn)，加入适量的Mn，保证焊接过程的熔池的脱氧和脱硫充分进行，焊缝中剩余的锰可提高并保证焊缝金属足够的强度，并提高焊缝金属抗热裂纹能力。
合理的C、Mn含量及其组合，将有利于保证焊缝金属具有较高强度，也使得焊缝金属具有优良的抗热裂纹和冷裂纹能力。
焊丝中适量的硅，与锰配合，有助于熔池脱氧及熔池中夹渣物的去除。本发明中0.1％～0.5％，未显示出对焊缝金属塑性和韧性的不利影响。并可以利用其固溶强化作用提高焊缝强度。
钼(Mo)，加入适量的Mo，一方面可保证焊缝金属的强度，另一方面，也可促进针状铁素体形成，提高焊缝金属的韧性。
Ti和B，加入适量的Ti，有利于细化焊缝金属晶粒，有利于采用更大焊接线能量。本发明中采用Ti、B联合对针状铁素体形成的有益作用，使焊缝金属更易形成针状铁素体，从而保证焊缝金属的塑性和韧性，也使得该焊丝具有更宽的焊接线能量适应范围。
(2)配套焊剂选用该焊丝冶炼时，采用脱硫、脱磷等工艺，最大限度控制盘条钢中的S、P含量，为保证熔敷金属塑性和韧性奠定了基础。选用高碱度烧结焊剂，就是要防止通过焊剂导致焊缝金属中的硫、磷含量过度升高。
配合高碱度烧结焊剂，如烧结焊剂SJ101，得到上述成分范围内的熔敷金属，其抗拉强度在580～680MPa，塑性好，低温冲击韧性高。
(3)盘条退火热处理焊丝生产中，一般要从由方坯轧制成的Φ5.5或6.5mm盘条拉拔成2.4～4mm焊丝。盘条钢强度越高，拉拔过程中减径越困难。本发明因焊丝碳含量较高，冶炼轧制后盘条的抗拉强度在800～1100MPa之间，采用一般焊丝拉拔机拉丝较困难。选用680～800℃2～10h退火工艺，可以明显降低盘条的抗拉强度，使焊丝易于减径拉拔，防止断丝，提高生产效率。
本发明与现有技术相比具有如下优点1.熔敷金属的抗拉强度、屈服强度、塑性、韧性能够达到并满足590～680MPa级高强度钢焊接接头性能要求。
2.匹配焊剂选用容易，与其配套的碱性烧结焊剂SJ101，市场供给多，选择容易；所发明的焊丝与SJ101匹配，可用于抗拉强度级别在580～680MPa的高强度钢的埋弧焊。
3.本发明焊丝适合于大焊接线能量，焊前可不预热或低温预热，适合单层、多层、单面或双面、平焊和横焊等多种工艺要求。
4.本发明焊丝成本较低，该焊丝的合金系统中不含Cr、Ni、稀土等元素，成本相对较低；经适当退火后的盘条钢，焊丝拉拔容易。
具体实施例方式
本发明的实施例参见下表1。
表1 单位质量百分比
用上述实施例焊丝配合SJ101焊剂，得到的熔敷金属力学性能见表2。熔敷金属的塑性好，低温韧性高。
表2
用实施例2焊丝配合SJ101焊剂焊接15mmB610E(宝钢开发的一种610MPa级高强度调质钢，牌号08MnNiVR)，该钢板的主要化学成分为C0.074％，Si0.23％，Mn1.41％，Ni0.22％，Mo0.12％。45°V型坡口，焊前不预热，层间温度小于150℃焊接接头的强度为626MPa、631MPa、621MPa、613MPa，满足母材性能要求。该焊缝金属系列温度冲击吸收功见表3。由此可知，焊缝金属具有较高低温韧性。
表3
用实施例5焊丝，采用不同焊接线能量焊接27mmB610E。该钢板的主要化学成分为C0.083％，Si0.22％，Mn1.49％，Ni0.25％，Mo0.16％。所用的焊接线能量分别为20kJ/cm、60kJ/cm及80kJ/cm。60°V型坡口，焊前不预热，层间温度小于150℃。所得接头性能见表4。从表4中可以说明，利用较高碳含量的焊丝，采用不同焊接线能量后，焊缝金属的强度满足要求，焊缝金属的低温韧性好。焊缝金属的抗拉强度和低温韧性随焊接线能量增加下降缓慢。表4结果说明本发明的焊丝适合更宽范围的焊接线能量。
表4
本发明的埋弧焊丝，配合烧结碱性SJ101焊剂，可以在不预热条件下，用不同的焊接线能量焊接580～680MPa强度范围的高强度调质钢、TMCP钢等。特别适合于焊接12MnNiVR、08MnNiVR、07MnCrMoVR等高强度调质压力容器钢。
本发明主要应用领域包括压力容器、工程机械、水电压力钢管、船舶、桥梁等。由于580～680MPa强度范围的调质钢、TMCP钢是我国及国外重点开发和推广的板材钢种，该钢种应用在压力容器、工程机械、水电等领域，是我国大力建设和快速发展的行业和领域，该发明应用前景广阔。
权利要求
1.一种高性能埋弧焊丝及盘条，其成分质量百分比，C 0.06～0.13Mn 1.30～1.70Si 0.10～0.50Mo 0.30～0.60Ti 0.010～0.150B 0.001～0.009其余为铁和不可避免杂质。
2.一种如权利要求1所述的高性能埋弧焊丝及盘条的制造方法，其包括如下步骤上述成分的焊丝盘条在拉拔前或拉拔过程中，退火热处理工艺为680～800℃加热炉中加热，保温2～10h，随炉冷却。
全文摘要
一种高性能埋弧焊丝及盘条，其成分质量百分比为C 0.06～0.13％，Mn 1.3～1.7％，Si 0.1～0.5％，Mo 0.3～0.6％，Ti 0.010～0.15％，B 0.001～0.009％，其余为Fe以及不可避免杂质。本发明熔敷金属抗拉强度、屈服强度、塑性、韧性能够达到并满足580～680MPa级高强度钢焊接接头性能要求；匹配焊剂选用容易，碱性烧结焊剂SJ101匹配，可用于抗拉强度级别在580～680MPa的高强度钢的埋弧焊，适合于20～80kJ/cm大线能量焊接，焊前可不预热或低温预热；而且，适合单层、多层、单面或双面、平焊和横焊等多种工艺要求。本焊丝的合金系统中不含Cr、Ni等元素，成本相对较低；经适当退火热处理后的盘条钢，拉拔容易。
文档编号B23K35/00GK1923433SQ20051002924
公开日2007年3月7日 申请日期2005年8月31日 优先权日2005年8月31日
发明者张汉谦 申请人:宝山钢铁股份有限公司