专利名称：用于1000MPa级工程机械用钢的高强韧实芯焊丝的制作方法
技术领域：
本发明属于实芯焊丝技术领域。具体涉及一种用于IOOOMPa级工程机械用钢的高强韧实芯焊丝。
背景技术：
近年来，工程用泵车和机车吊臂等部件对高强度结构钢的强韧性匹配要求越来越严格。IOOOMPa级高强度高韧性结构钢，采用低碳和微合金的化学成分，通过净化钢水、控轧控冷、弛豫控制析出原理以及微合金析出强化等工艺手段细化晶粒，使钢板的屈服强度达到880MPa以上，抗拉强度达到950MPa以上，冲击韧性在_20°C时达到25J以上，是制造大型工程用车如挖掘机、装载机和起重机等的首选材料。在设备使用过程中出于安全性方面的考虑，国内外工程机械制造业对IOOOMPa级工程机械用钢的需求量不断增加。目前，宝钢、武钢等几家大型钢铁公司试制成功该级别工程机械用钢。在使用IOOOMPa级钢制备工程机械设备时，需要采用焊接方法进行连接。现有焊接材料技术中，无论是瑞典0ERLIC0N公司生产的ED-FK1000实芯焊丝，还是中国的“90公斤级低焊接裂纹敏感性高强度钢板用焊丝”(CN101244495)专利技术和“一种900MPa级高性能气体保护焊丝”(CN101987403A)专利技术，其形成的焊缝金属强度均不能达到IOOOMPa,即不能与IOOOMPa级工程机械用钢相匹配。
发明内容
本发明旨在弥补现有技术的不足，目的是提供一种焊缝金属的力学性能与IOOOMPa级工程机械用钢相匹配，能满足对所焊设备结构的高强度技术要求，且具有优良的冲击性能和耐磨性能的高强韧实芯焊丝。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是该实芯焊丝的化学组分是C为O. 01 O. 03wt%, Mn 为 I. 20 2· 00wt%, Si 为 O. 50 1· 00wt%, Cr 为 12. 00 18· 00wt%, Ni 为
4.00 8· 00wt%, S彡O. 005wt%, P彡O. 002wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。由于采用了上述技术方案，本发明采用超低碳含量，使焊缝金属形成低碳马氏体，在保证焊缝金属强度的同时，使其具有较好的抗裂性能和冲击韧性；采用较高的Cr元素含量，一方面通过固溶强化提高焊缝金属的强度，以弥补由于超低碳含量而降低强度，另一方面也保证焊缝金属以δ相凝固，同时提高焊缝金属的淬硬性，降低奥氏体的相转变温度，促进低温转变产物低碳马氏体的形成，提高焊缝金属的强韧性；适当添加Ni元素，扩大奥氏体区域，降低马氏体形成温度，起到了细化马氏体板条间距的作用；Ni元素也是固溶强化的元素，亦能弥补因碳含量低而损失的强度；Ni元素还能降低焊缝金属中位错运动的阻力，使应力松弛，从而提高了焊缝金属的韧性；同时Ni元素与Mn元素可保证在高温阶段全部转变为奥氏体相，避免高温铁素体的残存；S和P元素提高凝固裂纹敏感性，能显著降低焊缝金属的低温冲击韧性，通过钢水纯净化提高焊丝的品质，严格控制这两种元素在焊丝中的含量，从而保证焊缝金属中S、P元素控制在较低的水平。
本发明以超低的碳含量、较高的铬含量、适当的镍含量制成的实芯焊丝，合金元素成分简单，易于控制。本发明所制备的实芯焊丝，焊接IOOOMPa级工程机械钢后焊缝金属组织为低碳马氏体组织组织。低碳马氏体组织保证了焊缝金属具备了较高的抗拉强度，同时具有较高的冲击韧性，屈服强度达到彡850MPa，抗拉强度达到彡1050MPa, _20°C冲击韧性达到彡53J，高于对母材韧性的要求；同时，硬度为315 346(HV)，具有优良的耐磨性，实现了与IOOOMPa级工程机械钢的力学性能匹配。因此，本发明合金元素简单，所制备的实芯焊丝形成的焊缝金属的力学性能与IOOOMPa级工程机械用钢相匹配，且能满足对所焊设备结构的高强度技术要求、并具有优良的冲击性、高韧性、高耐磨性。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步描述，并非对本其保护范围的限制 实施例I
一种用于IOOOMPa级工程机械用钢的高强韧实芯焊丝。该焊丝的化学组分是C为O.01 O. 03wt%, Mn 为 I.20 1· 50wt%, Si 为 O.50 0· 65wt%, Cr 为 16.00 18· 00wt%, Ni 为
4.00 5· 80wt%, S彡O. 005wt%, P彡O. 002wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例所制备的实芯焊丝，采用钨极氩弧焊焊接方法，焊接12mm厚的IOOOMPa级工程机械用钢板。该钢板的化学组分是C为O. 1(T0. 20wt%, Si为O. 2(T0. 70wt%,Mn 为 I. 00 1· 70wt%, Mo 为 0· 30 0· 50wt%, Ni 为 O. 30 0· 50wt%, Cr 为 O. 80 1· 20wt%,S彡0. 02wt%, P彡0. 025wt% ;该钢板的力学性能是屈服强度为彡980MPa，抗拉强度为108(Tl370MPa，-20°C冲击韧性功为彡25J。试板坡口型式为双V型，单侧坡口角度为45°。焊丝直径Φ2. 5mm，焊接电流为7(Γ80Α，电弧电压为14 16V，焊接速度为6 8cm/min。选用直径Φ2. 5mm的铈钨极，氩气纯度大于99. 95%，氩气流量为8 12L/min，气体喷嘴直径为Φ 8 12mm，喷嘴伸出长度为4 5mm。焊后进行焊缝金属力学性能及显微组织分析焊缝金属的屈服强度为871 MPa,抗拉强度为1108MPa，-20°C时焊缝金属冲击功平均值Akv(-20°C )=53J，硬度值平均为315(HV)0焊缝金属组织为低碳马氏体。实验结果表明采用本实施例焊丝，经钨极氩弧焊后，其焊缝金属力学性能完全满足IOOOMPa级工程机械用钢的技术要求。实施例2
一种用于IOOOMPa级工程机械用钢的高强韧实芯焊丝。该焊丝的化学组分是C为O. 01 O. 03wt%, Mn 为 I. 50 1· 80wt%, Si 为 O. 65 O. 80wt%, Cr 为 14. 00 16· 00wt%, Ni 为
5.80 6· 50wt%, S彡O. 005wt%, P彡O. 002wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例所制备的焊丝焊接工艺和所焊接的钢板同实施例I。焊后进行焊缝金属力学性能及显微组织分析焊缝金属的屈服强度为860 MPa,抗拉强度为1095MPa，_20°C时焊缝金属冲击功平均值Akv (_20°C )=58J，硬度值平均为327(HV)0焊缝金属组织为低碳马氏体。实验结果表明采用本实施例焊丝，经钨极氩弧焊后， 其焊缝金属力学性能完全满足IOOOMPa级工程机械用钢的技术要求。实施例3一种用于IOOOMPa级工程机械用钢的高强韧实芯焊丝，该焊丝的化学组分是C为O. 01 O. 03wt%, Mn 为 I. 80 2· 00wt%, Si 为 O. 80 1· 00wt%, Cr 为 12. 00 14· 00wt%, Ni 为
6.50 8· 00wt%, S≤O. 005wt%, P≤O. 002wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例所制备的焊丝焊接工艺和所焊接的钢板同实施例I。焊后进行焊缝金属力学性能及显微组织分 析焊缝金属屈服强度为850 MPa，抗拉强度为1050MPa，-20°C时焊缝金属冲击功平均值Akv(-20°C )=62J，硬度值平均为346(HV)。焊缝金属组织为低碳马氏体。实验结果表明采用本实施例焊丝，经钨极氩弧焊后，其焊缝金属力学性能完全满足IOOOMPa级工程机械用钢的技术要求。实验结果表明采用本实施例所制备的实芯焊丝，经钨极氩弧焊焊接后，其焊缝金属力学性能完全满足IOOOMPa级工程机械钢及其所制备设备结构的技术要求。本具体实施方式
采用超低碳含量，使焊缝金属形成低碳马氏体，在保证焊缝金属强度的同时，使其具有较好的抗裂性能和冲击韧性；采用较高的Cr元素含量，一方面通过固溶强化提高焊缝金属的强度，以弥补由于超低碳含量而降低强度，另一方面也保证焊缝金属以δ相凝固，同时提高焊缝金属的淬硬性，降低奥氏体的相转变温度，促进低温转变产物低碳马氏体的形成，提高焊缝金属的强韧性；适当添加Ni元素，扩大奥氏体区域，降低马氏体形成温度，起到了细化马氏体板条间距的作用；Ni元素也是固溶强化的元素，亦能弥补因碳含量低而损失的强度；Ni元素还能降低焊缝金属中位错运动的阻力，使应力松弛，从而提高了焊缝金属的韧性；同时Ni元素与Mn元素可保证在高温阶段全部转变为奥氏体相，避免高温铁素体的残存；S和P元素提高凝固裂纹敏感性，能显著降低焊缝金属的低温冲击韧性，通过钢水纯净化提高焊丝的品质，严格控制这两种元素在焊丝中的含量，从而保证焊缝金属中S、P元素控制在较低的水平。本具体实施方式
以超低的碳含量、较高的铬含量、适当的镍含量制成的实芯焊丝，合金元素成分简单，易于控制。本具体实施方式
所制备的实芯焊丝，焊接IOOOMPa级工程机械钢后焊缝金属组织为低碳马氏体组织组织。低碳马氏体组织保证了焊缝金属具备了较高的抗拉强度，同时具有较高的冲击韧性，屈服强度达到彡850MPa，抗拉强度达到彡1050MPa，_20°C冲击韧性达到> 53J，高于对母材韧性的要求；同时，硬度为315 346 (HV)，具有优良的耐磨性，实现了与IOOOMPa级工程机械钢的力学性能匹配。因此，本发明合金元素简单，所制备的实芯焊丝形成的焊缝金属能与IOOOMPa级工程机械钢相匹配，且能满足对所焊设备结构的高强度、高韧性、高耐磨性的技术要求。
权利要求
1.一种用于IOOOMPa级工程机械用钢的高强韧实芯焊丝，其特征在于该实芯焊丝的化学组分是C 为 0. oro. 03wt%, Mn 为 I. 20 2. 00wt%, Si 为 0. 50 1. 00wt%, Cr 为12.00 18. 00wt%, Ni 为 4. 00 8. 00wt%, S 彡 0. 005wt%, P 彡 0. 002wt%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
2.根据权利要求I所述的用于IOOOMPa级工程机械用钢的高强韧实芯焊丝的化学成分所制备的用于IOOOMPa级工程机械用钢的高强韧实芯焊丝。
全文摘要
本发明涉及一种用于1000MPa级工程机械用钢的高强韧实芯焊丝。其技术方案是该实芯焊丝的组分是C为0.01~0.03wt%，Mn为1.20~2.00wt%，Si为0.50~1.00wt%，Cr为12.00~18.00wt%，Ni为4.00~8.00wt%，S≤0.005wt%，P≤0.002wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明所制备的实芯焊丝焊接后所形成的焊缝金属屈服强度达到≥850MPa，抗拉强度达到≥1050MPa，-20℃冲击韧性达到≥53J，高于对母材韧性的要求；同时，硬度为315~346(HV)，具有优良的耐磨性，实现了与1000MPa级工程机械钢的力学性能匹配。
文档编号B23K103/04GK102626836SQ20121013125
公开日2012年8月8日 申请日期2012年5月2日 优先权日2012年5月2日
发明者吴开明, 张心保, 王红鸿, 黄刚 申请人:武汉科技大学