一種Rel為500MPa級超快冷鋼的埋弧焊接方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種埋弧焊接方法，具體地屬于一種屈服強度為500MPa級快冷鋼的 埋弧焊接方法。
【背景技術】
[0002] 隨著鋼鐵乳制工藝的不斷改進，出于降低合金成本的考慮，近來開發了高強鋼的 超快冷乳制工藝。其是在降低合金元素含量的情況下，通過增加乳制冷卻速度，使鋼種達 到與傳統鋼等強和更高韌性的目的。如Q500級鋼，其力學性能要求為（GB1591-低合金高 強度結構鋼）（厚度彡40mm時）屈服強度ReL彡480MPa，抗拉強度Rm610~770MPa，E級 鋼-20°C KV2> 31J。在現有工藝中往往需加入Mo、Cr等合金元素而予以實現其力學性能 的，而采用超快冷工藝，則是在不加或少加這些合金元素的情況下達到所需的力學性能。從 而使生產成本大大降低。
[0003] 新鋼種、新工藝的不斷研究及發現，其焊接工藝則必須進行適應性、匹配性研究， 以滿足需要。
[0004] 如前述所指的超快速冷卻鋼，如果采用現有的埋弧焊接工藝，在熔透根部后，合金 元素含量較低的根部熔入焊縫，會導致焊縫合金含量降低，進而使根部焊縫強度降低。再則 在大線能量焊接下，還容易導致焊接熱影響區明顯軟化，造成接頭強度低于母材，是焊接性 能不合，不能滿足要求。
[0005] 如本申請人曾對成分范圍為（wt%) C0.0 5~0· 10, SiO. 10~0· 30, MnL 30~1· 60， P 彡 0· 015, S 彡 0· 010, Als0.0 15~0· 030, Ti0.0 1~0· 03, Nb0.0 · 04~0· 10, V0. 02~0· 04 的超 快速冷卻鋼，進行了試驗性焊接，其結果正如上述所描述的問題，即焊縫合金含量降低，根 部焊縫強度降低，焊接熱影響區軟化明顯，造成接頭強度低于母材。

【發明內容】

[0006] 本發明針對現有技術存在的不足，提供一種焊接熱影響區不會產生軟化，反面不 清根，焊接接頭沖擊韌性_40°C KV2> 80J，焊接接頭強度Rm多610MPa的焊接Rel為500MPa 級超快冷鋼的埋弧焊接方法。
[0007] 實現上述目的的措施： 一種Rel為500MPa級超快冷鋼的埋弧焊接方法，其步驟： 1) 使用焊接的母材的技術條件：經過冷卻速度不低于60°C /s冷卻的鋼種；母材的組 分及重量百分比含量為：C0.0 5~0· 10, SiO. 10~0· 30, MnL 30~1· 60, P 彡 0· 015, S 彡 0· 010， Als0.0 15~0. 030, Ti0.0 1~0. 03, Nb0.0 . 04~0. 10, V0.0 2~0. 04,其余為 Fe 及不可避免的雜 質；力學性能：屈服強度彡480MPa，抗拉強度在610~770 MPa，厚度不超過40mm ; 焊接坡口形式為雙V型，單側坡口角度為25~30°，鈍邊為4~6mm ; 2) 在無需焊前預熱下進行底層焊接，底層焊接焊絲采用組分及重量百分比含量為： C 0.06-0.11%, Si 彡 0· 15%，Mn 1. 50-1. 90%, Cr 0. 35-0. 55%, Mo 0. 30-0. 50%, Ni 0. 40~0. 60%，Ti0.0 5~0. 15%，其余為Fe及不可避免的雜質；焊絲的抗拉強度級別在685MPa 級；電流、電壓及焊接速度按照常規，焊接線能量為13~30kJ/cm ;焊劑采用弱堿性燒結焊 劑；底層焊道為正反面第一道焊縫，反面第一道焊縫焊接前不清根或作適當清根。
[0008] 3)在上下V型破口內進行填充埋弧焊接，直至填滿；其焊劑采用弱堿性燒結焊劑； 焊絲采用組分及重量百分比含量為：C 0. 06-0. 11%, Si ^ 0. 15%, Mn 1. 50-1. 90%, Cr 0· 30~0· 50%，Ni 0· 30~0· 50%，Ti 0· 05~0· 15%，B 0· 002~0· 010%，其余為 Fe 及不可避免 的雜質；焊絲的抗拉強度級別在600MPa級；電流、電壓及焊接速度按照常規，焊接線能量為 13~30kJ/cm〇
[0009] 本發明之所以在底層焊接及填充焊接階段采用不同的焊絲，是由于對于本申請中 所指的超快冷即冷卻速度不低于60°C /s鋼熔透根部后，合金元素含量較低的根部熔入焊 縫，使焊縫合金含量降低，將導致根部焊縫強度降低。為了彌補底層焊道因母材低合金含量 的稀釋，采用了強度級別較高的焊絲。而填充層因母材稀釋作用降低，可采用與母材同強度 級別的焊絲。同時如果埋弧焊線能量過大，還容易導致焊接熱影響區明顯軟化，造成接頭強 度低于母材。所以采用了適當的焊接線能量。
[0010] 本發明與現有技術相比，在焊接熱影響區不會產生明顯軟化，反面不清根，且焊接 接頭沖擊韌性-40°C KV2^ 80J，焊接接頭強度Rm多6lOMPa，完全滿足了快速冷卻鋼種的埋 弧焊接要求。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明的焊接坡口結構形狀示意圖； 圖2為本發明焊接后焊縫狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面對本發明予以詳細描述： 表1為本發明各實施例及對比例的母材即超快冷鋼的化學成分列表(Wt%); 表2為本發明各實施例及對比例配用的焊劑成分組成及含量（wt%); 表3為本發明各實施例及對比例底層焊絲化學成分列表； 表4為本發明各實施例及對比例填充焊絲化學成分列表； 表5為本發明各實施例及對比例埋弧焊接工藝取值列表； 表6為本發明各實施例及對比例焊縫化學成分列表； 表7為本發明各實施例及對比例焊接接頭拉伸及沖擊試驗結果。
[0013] 下面各實施例均按照以下步驟進行埋弧焊接： 1) 超快冷鋼種成分及含量見表1 ;母材的力學性能：屈服強度多480MPa，抗拉強度在 610~770 MPa，厚度不超過40mm;焊接坡口形式為雙V型，單側坡口角度在25~30°，鈍邊在 4~6mm ;是在冷卻速度為85~90°C /s下冷卻的鋼板； 2) 在無需焊前預熱下進行鋼板正反面的底層焊接，焊劑采用弱堿性燒結焊劑；焊絲采 用的組分及重量百分比含量見表3 ;焊絲的抗拉強度級別在685MPa級；電流、電壓及焊接速 度按照常規，焊接線能量為13~30kJ/cm ; 3) 無需清根或少清根，在正反V型破口內進行填充埋弧焊接，直至填滿；其焊劑采用弱 堿性燒結焊劑； 焊絲采用的組分及重量百分比含量見表4 ;焊絲的抗拉強度級別在600MPa級；電流、電 壓及焊接速度按照常規，焊接線能量為13~30kJ/cm，如表5所示。
[0014] 表1本發明各實施例及對比例化學成分列表（wt%)
表5本發明本發明各實施例及對比例埋弧焊接工藝取值列表
注：P 彡 0· 020%, S 彡 0· 015% 表6本發明本發明各實施例及對比例焊縫化學成分列表(wt%)
注：P < 0. 020%，S < 0. 015%，因母材稀釋根焊縫含有一定的Nb及V。
[0015] 表7本發明本發明各實施例及對比例焊接接頭拉伸及沖擊試驗結果
注：沖擊試驗中5、6號上排為近表層試樣，下排為1/2厚度試樣。
[0016] 實施例1~7采用了不同焊絲及鋼板組合，其焊接接頭均有較好的強度及沖擊韌 性；1、2、3、4、7號(實施例）拉伸試樣為焊接接頭的全尺寸試樣，5及6號(實施例）拉伸試樣 厚度為30mm，每例2個樣，覆蓋了焊接接頭的全厚度。焊接接頭拉伸試驗全部斷于母材，說 明焊接接頭強度不低于基材，沒有出現影響整體強度的軟化現象。1、2、3、4、7號(實施例)沖 擊試樣取自焊接接頭的厚度中間，5及6號（實施例）沖擊試樣取自近表面及厚度中間。無 論是焊縫還是焊接熱影響區，其-40°C KV2沖擊功平均值高于80J，完全滿足GB1591的要求， 且有較高的富裕量。由于實施例1~7中根焊采用了 685MPa級埋弧焊絲(抗拉強度)，盡管由 于母材的熔入根部焊縫的成分出現了一定程度的稀釋，根部焊縫仍有較高的強度，所以整 個焊縫強度滿足要求。另外，由于焊接線能量控制在30kJ/cm以內，焊接熱影響區軟化程度 不高，接頭強度也滿足要求。
[0017] 對比例1的根焊與填充焊全部用600MPa級等強焊絲(抗拉強度)，由于母材的熔入 根部焊縫的成分出現了稀釋，根部焊縫強度不足，導致焊縫強度不滿足要求。
[0018] 對比例2的根焊采用了 685MPa級埋弧焊絲(抗拉強度)，整個焊縫強度滿足要求。 但由于焊接線能量增至35kJ/cm，焊接熱影響區軟化程度增加，致使熱影響區強度不足，熱 影響區的沖擊韌性也有所下降。
[0019] 可見，本發明申請成功實現了 Q500級超快冷鋼的埋弧焊接。
[0020] 本【具體實施方式】僅為最佳例舉，并非對本發明技術方案的限制性實施。
【主權項】
1. 一種Rel為500MPa級超快冷鋼的埋弧焊接方法，其步驟： 1) 使用焊接的母材的技術條件：經過冷卻速度不低于60°C /s冷卻的鋼種；母材的成 分及重量百分比含量在：C0.0 5~0. 10, SiO. 10~0. 30, MnL 30~1. 60, P 彡 0? 015, S 彡 0? 010， Als0.0 15~0. 030, Ti0.0 1~0. 03, Nb0.0 . 04~0. 10, V0.0 2~0. 04,其余為 Fe 及不可避免的雜 質；力學性能：屈服強度彡480MPa，抗拉強度在610~770 MPa，厚度不超過40mm ; 焊接坡口形式為雙V型，單側坡口角度在25~30°，鈍邊在4~6mm ; 2) 在無需焊前預熱下進行底層焊接，采用正反面各一道次底部埋弧焊接，焊劑采用弱 堿性燒結焊劑； 焊絲采用組分及重量百分比含量為：C 0. 06~0. 11%，Si彡0. 15%，Mn I. 50~1. 90%， Cr 0? 35~0. 55%，Mo 0? 30~0. 50%，Ni 0? 40~0. 60%，Ti0.0 5~0. 15%，其余為 Fe 及不可避免 的雜質；焊絲的抗拉強度級別在685MPa級；電流、電壓及焊接速度按照常規，焊接線能量為 13~30kJ/cm ； 3) 無需清根，在正反面V型破口內進行填充埋弧焊接，直至填滿；其焊劑采用弱堿性燒 結焊劑； 焊絲采用組分及重量百分比含量為：C 0. 06-0. 11%, Si ^ 0. 15%, Mn 1. 50-1. 90%, Cr 0? 30~0. 50%，Ni 0? 30~0. 50%，Ti 0? 05~0. 15%，B 0? 002~0. 010%，其余為 Fe 及不可避免 的雜質；焊絲的抗拉強度級別在600MPa級；電流、電壓及焊接速度按照常規，焊接線能量為 13~30kJ/cm〇
【專利摘要】一種Rel為500MPa級超快冷鋼的埋弧焊接方法：經過冷卻速度不低于60℃/s冷卻的鋼種；Rel≥480MPa，Rm在610~770？MPa，厚度不超過40mm；焊接坡口形式為雙V型，鈍邊為4~6mm；在無需焊前預熱下進行底層焊接，焊絲的Rm在685MPa級，焊接線能量為13~30kJ/cm，焊劑采用弱堿性燒結焊劑；在上下V型破口內進行填充埋弧焊接，焊劑采用弱堿性燒結焊劑；焊絲的Rm在600MPa級；焊接線能量為13~30kJ/cm。本發明在焊接熱影響區不會產生明顯軟化，反面不清根，且焊接接頭沖擊韌性-40℃KV2≥80J，焊接接頭強度Rm≥610MPa，完全滿足了快速冷卻鋼種的埋弧焊接要求。
【IPC分類】B23K35/30, B23K9/18
【公開號】CN104999169
【申請號】CN201510462144
【發明人】黃治軍, 王輝, 牟文廣, 繆凱, 鄭江鵬, 胡家國
【申請人】武漢鋼鐵(集團)公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月31日