一種降低高強鋼焊接殘余應力的實芯焊絲的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種實芯焊絲，尤其涉及一種能夠降低高強鋼焊接殘余應力的實芯焊 絲。
【背景技術】
[0002] 隨著機械行業的快速發展，對材料的比重和強度提出了更高的要求。低合金高強 鋼以比重小、強度高、塑性和韌性好、焊接性優良等優點，正在逐步代替碳鋼和高強鋼應用 于汽車、壓力容器、化工、工程機械等行業。與普通碳鋼相比，其使用強度、韌性和服役壽命 提高一倍，自身重量降低30%，資源消耗減少15%，符合未來高效、長壽、節約型材料的發 展理念，成為鋼鐵材料的主要發展方向。
[0003] 此類鋼在焊接的過程中易形成大而集中的殘余拉應力，在熱影響區產生淬硬組 織。焊接殘余拉應力可促使裂紋的擴展，引起焊接結構的脆性斷裂，降低疲勞強度和抗應力 腐蝕性，當在較大外載的作用下，危害尤其明顯。為了減少焊接殘余應力和焊接變形，提高 焊接結構的性能，許多技術被應用，如焊后應力消除熱處理，噴丸，調整焊接結構和熱張力 技術。但是，在實施這些技術的同時，由于技術的復雜性和高昂的費用，也存在一定的局限 性。
[0004] 焊縫金屬在冷卻的過程中會產生組織轉變，引起體積膨脹，產生相變應力，屬于壓 縮應力。一般來說，焊縫金屬相變發生在550°C左右，此時受溫度影響材料的屈服強度大幅 下降，相變產生的應力對殘余應力影響較小。若相變溫度發生在較低溫度，此時材料的屈 服強度已接近室溫，由相變膨脹產生的應力可抵消部分或全部的熱應力，甚至產生壓縮應 力。。
【發明內容】
[0005] 為此，本發明的目的是克服現有傳統技術的局限，利用新型實芯焊絲在焊接的過 程中解決高強鋼焊接殘余應力集中的問題。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明的一種實芯焊絲，按重量百分比計算，包括以下成 分：C 0.01-0. 05%，Si 0.2-0. 5%，Mn 0.4-0. 8%，Cr 8-12%，Ni 8-12%，Mo 0.2-0. 5%， Nb 0.2-0. 4%，V 0· 1-0. 3%，Cu 0· 1-0. 5%，P 彡 0.01%，S 彡 0.01%，其余為 Fe 和不可避 免的雜質。
[0007] 優選的為：C 0· 01-0. 03 %，Si 0· 3-0. 5 %，Mn 0· 4-0. 8 %，Cr 8-10 %，Ni 10-12 %, Mo 0. 2-0. 5 %, Nb 0. 2-0. 4 %, V 0. 1-0. 2 %, Cu 0. 1-0. 4 %, P ^ 0. 01 %, SS 0.01%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0008] 所述實芯焊絲熔敷金屬的顯微組織為馬氏體和奧氏體，其中馬氏體所占比例為 70% -90%。
[0009] 所述實芯焊絲的固態相變溫度范圍為150°C _300°C。
[0010] 本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：
[0011] 1.本發明的實芯焊絲，通過調節合金元素的成分，如Cr、Ni、C、Mn等合金元素，控 制馬氏體轉變溫度Ms范圍為150°C _300°C，從而可以利用相變產生體積膨脹抵消部分或全 部的熱應力，甚至產生利于結構服役性能的壓應力。
[0012] 2.本發明的實芯焊絲，其焊縫金屬的顯微組織為馬氏體和奧氏體，其中馬氏體比 例為70% -90%。馬氏體組織具有高的強度和硬度，而奧氏體塑韌性較好，通過合理控制兩 相比例，使焊縫金屬具備優異的綜合力學性能。
[0013] 3.本發明的實芯焊絲，添加 Nb 0.2-0. 4%，V 0. 1-0. 3%，可形成彌散度高的VC碳 化物和NbC碳化物，細化晶粒，提高基體的強度，使其滿足屈服強度> 690MPa，抗拉強度> 800MPa〇
[0014] 4.本發明的實芯焊絲，在無需焊前預熱和焊后熱處理的情況下，可以在焊接的過 程中解決高強鋼殘余應力集中的問題，利于實現生產的高效化、節能化。
[0015] 5.本發明的實芯焊絲，可應用于應力集中、裂紋易產生以及腐蝕環境下的焊接結 構。
[0016] 為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例，對本 發明作進一步詳細的說明。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于 說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0018] 本實施例提供一種焊絲，采用Cr-Ni-Si-Mn-Mo合金體系，輔以V、Nb、Cu合金元素， 使焊絲熔覆金屬在150°C -300°C范圍內發生馬氏體轉變，并具有較高的力學性能和良好的 焊接性。
[0019] C可以大幅降低馬氏體轉變溫度Ms點。對熔敷金屬而言，一定量C元素的存在可 起到固溶強化作用，但C含量過高會降低鋼的塑性和韌性，惡化鋼的焊接性能。為保持良 好的焊接性能，使焊縫金屬獲得低碳馬氏體組織，擁有良好的綜合力學性能，C含量控制在 0· 01% -0· 05%范圍內。
[0020] Si可降低Ms點。一方面Si是作為脫氧劑加入；另一方面當Si和Mn以一定比例 加入時，可以提高熔敷金屬的焊接性能，從焊接的角度考慮，適量的Si可以提高熔敷金屬 的流動性，有助于提高焊接性，其質量一般控制0. 2% -0. 5%。
[0021] Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑可顯著降低馬氏體轉變溫度Ms點，在生產中可代替 部分Ni。對于焊縫金屬而言，Mn的加入可顯著提高力學性能，但當Mn含量過高時，會顯著 降低焊縫金屬的韌性，尤其是低溫中擊韌性。Mn含量一般控制在2%以內。
[0022] Ni和Cr含8% Ni的Cr鋼在很小的冷速下也可以得到馬氏體組織。Ni的加入在 提高鋼強度的同時，還可以保持良好的韌性和塑性。而Ni的成本是Cr的2倍，并且Cr降低 Ms點的能力比Ni強，所以從經濟角度來講，應當多加 Cr。綜合考慮，Ni含量在8% -12%， Cr含量在8% -12%范圍內比較合適。
[0023] Mo可以提高馬氏體的回火穩定性，當與一定量的Cr和Ni結合時，可大幅度提高淬 透性，細化晶粒，提高韌性。在調質鋼中加入〇. 2% -0. 3%的Mo時，可以提高鋼的淬透性、 強度和延展性。當Mo含量為0. 5%時，有利于提高鋼的沖擊韌性。Mo含量為0. 2% -0. 5% 為宜。
[0024] V和Nb由于它們是強碳化物元素，VC、NbC的彌散度很高，且極其穩定。少量的加 入，可以細化晶粒，提尚基體的強度和初性，改善鋼的焊接性能。綜合考慮，V和Nb的含量 控制在0.4%以下。
[0025] Cu是穩定奧氏體區元素，可以提高鋼的淬透性，降低馬氏體開始轉變溫度Ms點。 Cu能提高鋼的強度和韌性，尤其是抗大氣腐蝕性能。當Cu含量小于0. 50%時，對焊接性能 無影響；當Cu含量超過0. 5 %時，塑性顯著降低。
[0026] S、P作為雜質元素而言，其對焊縫金屬的韌性非常不利，因此含量越少越好。一般 控制S、P的含量為S彡0· 01%、P彡0· 01%。
[0027] 實施例 1-5 :
[0028] 本實施例1-5焊絲的化學成分如表1所示，其直徑為2. 0mm。并分別對厚度為5mm 材料為Q690的平板實施填充對接。焊前對待焊試板進行退火熱處理，消除內應力及附加加 工應力。采用對比例焊絲填充時，需對焊接試板進行150°C預熱處理，采用本實施例1-5焊 絲填充時，無焊前預熱。
[0029] 表1 :實施例1-5中焊絲成分以及對比例焊絲成分（wt% )
[0030]
【主權項】
1. 一種降低高強鋼焊接殘余應力的實芯焊絲，其特征在于，按重量百分比計算，包括以 下成分： C：0. 01-0. 05 %,Si：0. 3-0. 5 %,Mn：0. 4-0.8 %, Cr :8-12 %, Ni :8-12 %, Mo： 0? 2-0. 5%，Nb :0? 2-0. 4%，V :0? 1-0. 3%，Cu :0? 1-0. 5%，P 彡 0? 01%，S 彡 0? 01%，其余為 Fe和不可避免的雜質。
2. 根據權利要求1所述的實芯焊絲，其特征在于，按重量百分比計算，包括以下成分： C :0? 01-0. 03%，Si :0? 3-0. 5%，Mn :0? 4-0. 8%，Cr :8-10%，Ni :10-12%，Mo :0? 2-0. 5%， Nb :0? 2-0. 4%，V :0? 1-0. 2%，Cu :0? 1-0. 4%，P 彡 0? 01%，S 彡 0? 01%，其余為 Fe 和不可 避免的雜質。
3. 根據權利要求1或2所述的實芯焊絲，其特征在于，所述焊絲熔敷金屬的顯微組織為 馬氏體和奧氏體，其中馬氏體所占比例為70% -90%。
4. 根據權利要求1或2所述的實芯焊絲，其特征在于，所述焊絲的固態相變溫度范圍為 KKTC -300。。。
【專利摘要】本發明涉及一種降低高強鋼焊接殘余應力的實芯焊絲，按重量百分比計算，包括以下成分：C 0.01-0.05％，Si 0.3-0.5％，Mn 0.4-0.8％，Cr 8-12％，Ni 8-12％，Mo 0.2-0.5％，Nb 0.2-0.5％，V 0.1-0.3％，Cu 0.1-0.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，其余為Fe和不可避免的雜質。本發明的實芯焊絲可在焊前不預熱、焊后不進行熱處理的前提下，解決高強鋼殘余應力集中的問題。可滿足高強鋼接頭的力學性能，并產生利于焊接結構服役性能的壓應力，可應用于應力集中較大、腐蝕開裂、易產生裂紋的焊接結構。
【IPC分類】B23K35-30
【公開號】CN104722949
【申請號】CN201510058123
【發明人】陳希章, 李朋, 薛偉
【申請人】溫州大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月2日