技术摘要：
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝，包括按重量百分含量计的如下成分：C：0.04~0.075%，Si：0.25~0.50%，Mn：1.80~2.50%，Cr：0.15~0.30%，Mo：0.25~0.35%，Ni：0.30~0.60%，Zr：0.02~0.06%，Sr：0.02~0.06%，稀土 全部
背景技术：
煤炭作为我国主要能源仍旧占据50%以上份额，随着煤矿机械行业的不断发展，以 前笨重液压支架、木支架逐渐淘汰，高强钢用量不断增大，具有高强、高韧性、抗裂性好的钢 铁材料在煤机行业被广泛应用，如Q550、Q620、Q690等钢板不断出现，与此同时对焊接材料 提出了新的要求，高强度，高韧性，良好抗裂性、高安全性以及优秀的焊接工艺性成为煤机 行业焊材的发展趋势。 但是面对高强钢焊材的不断应用还存在如下问题：首先是安全问题，特别是抗拉 强度在700MP按以上的焊接材料为追求高强度，C、Si等元素和合金成分普遍较高，导致屈强 比在0.9以上，且抗裂性无法保障。其次是焊接工艺性问题，大规范焊接飞溅大，焊渣较多， 这给后期的涂装造成很大困扰，生产效率降低明显，此外传统度铜焊丝金属“烟雾”严重，对 施工人员危害较大。 因此，有必要设计一种煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝，以克服 上述问题。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种煤机行业专用70公 斤级高强高韧性气保实心焊丝，具有可大规范焊接，焊后无渣，屈强比低、安全系数高和超 高低温冲击韧性的特点，此外还兼具优良的抗裂性和焊接工艺性，满足煤机行业对该级别 高强气保实心焊丝的需求。 为实现上述目的，本发明的技术方案为一种煤机行业专用70公斤级高强高韧性气 保实心焊丝，包括按重量百分含量计的如下成分：C：0.04~0.075%，Si：0.25~0.50%，Mn：1.80 ~2.50%，Cr：0.15~0.30%，Mo：0.25~0.35%，Ni：0.30~0.60%，Zr：0.02~0.06%，Sr：0.02~0.06%， 稀土钇：0.003~0.01%，Ti：0.07~0.15%，V：0.005~0.05%，B：0.003~0.007%，Ca：≤0.04%，S： 0.005~0.010%，P：≤0.010%，其余为微量杂质元素和Fe。 优化地，所述气保实心焊丝包括按重量百分含量计的如下成分：C：0 .06%，Si： 0.45%，Mn：2.00%，Cr：0.25%，Mo：0.35%，Ni：0.59%，Zr：0.02%，Sr：0.05%，稀土钇：0.006%，Ti： 0.10%，V：0.008%，B：0.007%，Ca：0.015%，S：0.005%，P：0.008%，其余为微量杂质元素和Fe。 优化地，所述气保实心焊丝包括按重量百分含量计的如下成分：C：0 .08%，Si： 0.40%，Mn：1.85%，Cr：0.20%，Mo：0.30%，Ni：0.45%，Zr：0.04%，Sr：0.04%，稀土钇：0.007%，Ti： 0.07%，V：0.010%，B：0.004%，Ca：0.01%，S：0.006%，P：0.01%，其余为微量杂质元素和Fe。 优化地，所述气保实心焊丝包括按重量百分含量计的如下成分：C：0.075%，Si： 0.25%，Mn：2.10%，Cr：0.15%，Mo：0.26%，Ni：0.55%，Zr：0.05%，Sr：0.06%，稀土钇：0.009%，Ti： 3 CN 111571060 A 说 明 书 2/4 页 0.13%，V：0.04%，B：0.007%，Ca：0.012，S：0.008%，P：≤0.010%，其余为微量杂质元素和Fe。 优化地，所述气保实心焊丝包括按重量百分含量计的如下成分：C：0.075%，Si： 0.48%，Mn：1.80%，Cr：0.23%，Mo：0.35%，Ni：0.60%，Zr：0.03%，Sr：0.03%，稀土钇0.005%，Ti： 0.10%，V：0.007%，B：0.005%，Ca：0.02%，S：0.006%，P：0.010%，其余为微量杂质元素和Fe。 进一步地，所述气保实心焊丝的规格为φ0.8mm~1.6mm，直径偏差控制在~0.04 ~ 0.01mm之间。 进一步地，所述气保实心焊丝的焊接方式为MAG焊、直流反接，采用80%Ar 20%CO2 混合气体保护。 更进一步地，所述气保实心焊丝的焊接电流为330~500A，焊接电压28~36V，焊接速 度5~10mm/s。 本发明的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝中，各主要成分在焊丝 设计中的主要作用如下： C元素控制在0.04~0.075%范围内，主要起到提高焊丝强度作用，当C含量过低时焊接时 强度达不到所需强度级别，C含量超过0.075%时，焊接飞溅增大，同时焊缝中马氏体含量增 高，贝氏体含量下降，造成冲击韧性大幅下降，不符合煤机行业高韧性要求，严格控制C含量 能大大提高煤机焊缝的抗裂性，提高安全性； Mn元素控制在1.80~2.50%之间，主要作用为提高焊缝强度和硬度，与Si元素一起联合 脱氧，同时必须保证与Ni元素的百分含量之积Mn%*Ni%在0.7*10-4-1.20*10-4之间，再次区 间能够获得较多的低碳贝氏体和针状铁素体组织，提高焊缝的低温冲击功，Mn含量过高大 大提高焊缝淬透性，塑性和韧性降低； Ni元素控制在0.30~0.60%作为奥氏体形成元素和石墨化元素，能有效提高，焊缝金属 的低温冲击韧性，当Ni元素含量超过0.60%后，其低温冲击功并未增加甚至有恶化趋势，当 含量小于0.30%时，低温冲击性能不足； Zr元素控制0.02-0.06%主要作用是优化组织结构，提高冲击韧性，当含量超过0.06% 时，抗裂性恶化； Cr和Mo元素主要是联合Ni形成Cr-Ni-Mo合金系，保持焊缝金属拥有高强的同时，具备 较高低温冲击功； V元素控制在0.005-0.05%，作为微量合金元素，提高焊缝高温强度，限制加热时晶粒长 大，同时能细化晶粒，提高强度，当V超过0.05%时，形成碳化物不稳定，力学性能波动较大； Ti、B元素分别控制在0.07-0.15%和0.003-0.007%，主要起到细化晶粒，减少偏析，弥散 强化的作用，提高强度和韧性。 Ca元素严格控制在0.04%以内，当Ca含量超过0.04%时，焊缝的抗裂性变差； 稀土Y元素的加入能有限遏制粗大先共析铁素体，作为形核质点，形成高温细小夹杂 物，弥散分布，细化晶粒，对焊缝金属的强度和塑性都有利； S、P作为杂质元素需要严格控制，但是将S含量控制在0.005%以上能够提高铁水的流动 性，有利于焊缝成形，但S超过0.010%容易形成低熔点氧化物，抗裂性变差，P元素含量越低 越好，超过0.010%时，焊缝容易出现冷裂纹； 该煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝的焊缝金属强度和低温冲击韧性 匹配良好，具有高强、超高低温冲击韧性、抗裂性好的特点，通过控制C、Ca含量和调整合金 4 CN 111571060 A 说 明 书 3/4 页 比例和微合金化强化，确保性能的稳定，同时兼具焊缝成形美观，工艺性能优良的优点，完 全适应煤机行业对高强高韧性要求，确保对高安全性的要求。 本发明将采用精选低S、P原材料，精准控制各元素含量，冶炼后轧制成5.5mm的盘 条。盘条经过无算砂布袋机械除锈→涂硼→高压水清洗→特殊涂层涂覆→层绕→包装制成 相应无度铜焊丝； 涂覆前涂层材料置于反应器中加热80-100℃，搅拌30min后静置，制成无镀铜焊丝用表 面涂层材料。涂覆方式可以为减颈过模涂覆或者静电喷涂。采用减径过模涂覆，预制焊丝直 径略小于成品直径，最后定颈压缩比控制在5%-15%之间。涂覆方式为静电喷涂，定颈直径为 成品焊丝直径，油量控制在4-10mg/m2；涂层材料中具有稳弧剂和纳米金属颗粒，可提高焊 丝电弧稳定性和送丝性能。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： （1）本发明提供的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝焊接规范大，焊接 效率高，适应焊接电流可达330A-500A，能够有效地解决煤机行业大规范焊接问题，焊接平 稳后无渣或者少渣； （2）本发明提供的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝具有安全系数高特 点，着重保证煤机行业对安全性超高要求，屈强在0.88以下； （3）本发明提供的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝具有优良的低温冲 击韧性，在-20℃冲击功≥200J，-40℃冲击功≥100J，且具有良好的抗裂性和工艺性； （4）本发明提供的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝采用无镀铜生产工 艺，具有发尘量低、绿色环保的特点，降低施工人员伤害。
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝，包括按重量百分含量计的如下成分：C：0.04~0.075%，Si：0.25~0.50%，Mn：1.80~2.50%，Cr：0.15~0.30%，Mo：0.25~0.35%，Ni：0.30~0.60%，Zr：0.02~0.06%，Sr：0.02~0.06%，稀土 全部
背景技术：
煤炭作为我国主要能源仍旧占据50%以上份额，随着煤矿机械行业的不断发展，以 前笨重液压支架、木支架逐渐淘汰，高强钢用量不断增大，具有高强、高韧性、抗裂性好的钢 铁材料在煤机行业被广泛应用，如Q550、Q620、Q690等钢板不断出现，与此同时对焊接材料 提出了新的要求，高强度，高韧性，良好抗裂性、高安全性以及优秀的焊接工艺性成为煤机 行业焊材的发展趋势。 但是面对高强钢焊材的不断应用还存在如下问题：首先是安全问题，特别是抗拉 强度在700MP按以上的焊接材料为追求高强度，C、Si等元素和合金成分普遍较高，导致屈强 比在0.9以上，且抗裂性无法保障。其次是焊接工艺性问题，大规范焊接飞溅大，焊渣较多， 这给后期的涂装造成很大困扰，生产效率降低明显，此外传统度铜焊丝金属“烟雾”严重，对 施工人员危害较大。 因此，有必要设计一种煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝，以克服 上述问题。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种煤机行业专用70公 斤级高强高韧性气保实心焊丝，具有可大规范焊接，焊后无渣，屈强比低、安全系数高和超 高低温冲击韧性的特点，此外还兼具优良的抗裂性和焊接工艺性，满足煤机行业对该级别 高强气保实心焊丝的需求。 为实现上述目的，本发明的技术方案为一种煤机行业专用70公斤级高强高韧性气 保实心焊丝，包括按重量百分含量计的如下成分：C：0.04~0.075%，Si：0.25~0.50%，Mn：1.80 ~2.50%，Cr：0.15~0.30%，Mo：0.25~0.35%，Ni：0.30~0.60%，Zr：0.02~0.06%，Sr：0.02~0.06%， 稀土钇：0.003~0.01%，Ti：0.07~0.15%，V：0.005~0.05%，B：0.003~0.007%，Ca：≤0.04%，S： 0.005~0.010%，P：≤0.010%，其余为微量杂质元素和Fe。 优化地，所述气保实心焊丝包括按重量百分含量计的如下成分：C：0 .06%，Si： 0.45%，Mn：2.00%，Cr：0.25%，Mo：0.35%，Ni：0.59%，Zr：0.02%，Sr：0.05%，稀土钇：0.006%，Ti： 0.10%，V：0.008%，B：0.007%，Ca：0.015%，S：0.005%，P：0.008%，其余为微量杂质元素和Fe。 优化地，所述气保实心焊丝包括按重量百分含量计的如下成分：C：0 .08%，Si： 0.40%，Mn：1.85%，Cr：0.20%，Mo：0.30%，Ni：0.45%，Zr：0.04%，Sr：0.04%，稀土钇：0.007%，Ti： 0.07%，V：0.010%，B：0.004%，Ca：0.01%，S：0.006%，P：0.01%，其余为微量杂质元素和Fe。 优化地，所述气保实心焊丝包括按重量百分含量计的如下成分：C：0.075%，Si： 0.25%，Mn：2.10%，Cr：0.15%，Mo：0.26%，Ni：0.55%，Zr：0.05%，Sr：0.06%，稀土钇：0.009%，Ti： 3 CN 111571060 A 说 明 书 2/4 页 0.13%，V：0.04%，B：0.007%，Ca：0.012，S：0.008%，P：≤0.010%，其余为微量杂质元素和Fe。 优化地，所述气保实心焊丝包括按重量百分含量计的如下成分：C：0.075%，Si： 0.48%，Mn：1.80%，Cr：0.23%，Mo：0.35%，Ni：0.60%，Zr：0.03%，Sr：0.03%，稀土钇0.005%，Ti： 0.10%，V：0.007%，B：0.005%，Ca：0.02%，S：0.006%，P：0.010%，其余为微量杂质元素和Fe。 进一步地，所述气保实心焊丝的规格为φ0.8mm~1.6mm，直径偏差控制在~0.04 ~ 0.01mm之间。 进一步地，所述气保实心焊丝的焊接方式为MAG焊、直流反接，采用80%Ar 20%CO2 混合气体保护。 更进一步地，所述气保实心焊丝的焊接电流为330~500A，焊接电压28~36V，焊接速 度5~10mm/s。 本发明的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝中，各主要成分在焊丝 设计中的主要作用如下： C元素控制在0.04~0.075%范围内，主要起到提高焊丝强度作用，当C含量过低时焊接时 强度达不到所需强度级别，C含量超过0.075%时，焊接飞溅增大，同时焊缝中马氏体含量增 高，贝氏体含量下降，造成冲击韧性大幅下降，不符合煤机行业高韧性要求，严格控制C含量 能大大提高煤机焊缝的抗裂性，提高安全性； Mn元素控制在1.80~2.50%之间，主要作用为提高焊缝强度和硬度，与Si元素一起联合 脱氧，同时必须保证与Ni元素的百分含量之积Mn%*Ni%在0.7*10-4-1.20*10-4之间，再次区 间能够获得较多的低碳贝氏体和针状铁素体组织，提高焊缝的低温冲击功，Mn含量过高大 大提高焊缝淬透性，塑性和韧性降低； Ni元素控制在0.30~0.60%作为奥氏体形成元素和石墨化元素，能有效提高，焊缝金属 的低温冲击韧性，当Ni元素含量超过0.60%后，其低温冲击功并未增加甚至有恶化趋势，当 含量小于0.30%时，低温冲击性能不足； Zr元素控制0.02-0.06%主要作用是优化组织结构，提高冲击韧性，当含量超过0.06% 时，抗裂性恶化； Cr和Mo元素主要是联合Ni形成Cr-Ni-Mo合金系，保持焊缝金属拥有高强的同时，具备 较高低温冲击功； V元素控制在0.005-0.05%，作为微量合金元素，提高焊缝高温强度，限制加热时晶粒长 大，同时能细化晶粒，提高强度，当V超过0.05%时，形成碳化物不稳定，力学性能波动较大； Ti、B元素分别控制在0.07-0.15%和0.003-0.007%，主要起到细化晶粒，减少偏析，弥散 强化的作用，提高强度和韧性。 Ca元素严格控制在0.04%以内，当Ca含量超过0.04%时，焊缝的抗裂性变差； 稀土Y元素的加入能有限遏制粗大先共析铁素体，作为形核质点，形成高温细小夹杂 物，弥散分布，细化晶粒，对焊缝金属的强度和塑性都有利； S、P作为杂质元素需要严格控制，但是将S含量控制在0.005%以上能够提高铁水的流动 性，有利于焊缝成形，但S超过0.010%容易形成低熔点氧化物，抗裂性变差，P元素含量越低 越好，超过0.010%时，焊缝容易出现冷裂纹； 该煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝的焊缝金属强度和低温冲击韧性 匹配良好，具有高强、超高低温冲击韧性、抗裂性好的特点，通过控制C、Ca含量和调整合金 4 CN 111571060 A 说 明 书 3/4 页 比例和微合金化强化，确保性能的稳定，同时兼具焊缝成形美观，工艺性能优良的优点，完 全适应煤机行业对高强高韧性要求，确保对高安全性的要求。 本发明将采用精选低S、P原材料，精准控制各元素含量，冶炼后轧制成5.5mm的盘 条。盘条经过无算砂布袋机械除锈→涂硼→高压水清洗→特殊涂层涂覆→层绕→包装制成 相应无度铜焊丝； 涂覆前涂层材料置于反应器中加热80-100℃，搅拌30min后静置，制成无镀铜焊丝用表 面涂层材料。涂覆方式可以为减颈过模涂覆或者静电喷涂。采用减径过模涂覆，预制焊丝直 径略小于成品直径，最后定颈压缩比控制在5%-15%之间。涂覆方式为静电喷涂，定颈直径为 成品焊丝直径，油量控制在4-10mg/m2；涂层材料中具有稳弧剂和纳米金属颗粒，可提高焊 丝电弧稳定性和送丝性能。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： （1）本发明提供的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝焊接规范大，焊接 效率高，适应焊接电流可达330A-500A，能够有效地解决煤机行业大规范焊接问题，焊接平 稳后无渣或者少渣； （2）本发明提供的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝具有安全系数高特 点，着重保证煤机行业对安全性超高要求，屈强在0.88以下； （3）本发明提供的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝具有优良的低温冲 击韧性，在-20℃冲击功≥200J，-40℃冲击功≥100J，且具有良好的抗裂性和工艺性； （4）本发明提供的煤机行业专用70公斤级高强高韧性气保实心焊丝采用无镀铜生产工 艺，具有发尘量低、绿色环保的特点，降低施工人员伤害。
