CN101100021A

CN101100021A - 车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝

Info

Publication number: CN101100021A
Application number: CNA2007100252587A
Authority: CN
Inventors: 李振华; 居晓锋
Original assignee: CHANGZHOU HUATONG WELDING WIRE Co Ltd
Current assignee: Ha Welding Institute (Changzhou) welding industry Limited by Share Ltd
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: CN100519050C

Abstract

本发明涉及车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝。其化学成分及质量百分比组成为：C：≤0.03，Si：0.50～0.90，Mn：1.00～2.50，P≤0.025，S≤0.015，Ni：9.0～14.0，Cr：19.5～24.5，余量为Fe及其它不可避免的夹杂。本发明气体保护焊丝具有如下优点：焊丝钢冶炼工艺稳定易于实现，钢坯的轧制及焊丝拉拔性能优良，满足提速车辆其钢种高耐腐蚀、高强度、高韧性系列钢种的焊接技术要求；焊丝用于500～700MPa强度级别钢种的焊接，焊丝具有优良的焊接工艺性能，焊接电弧稳定，飞溅小，无气孔、成型美观，适应于全位置焊接，焊缝具有与基材相当高的强韧性匹配性能和优良的耐大气腐蚀性能。

Description

车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝

技术领域

本发明涉及车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝。

背景技术

随着我国国民经济的高速发展，运输行业已进入高速发展时期。近年来，我国铁路先后进行了六次大面积提速，基本形成了“四纵两横”的提速网络。为满足铁路提速减重以及跨海大桥、军工舰船、石油管线等要求其钢种高耐候、高强度、高韧性并要求强度级别达到500～700MPa的需求，故对焊接接头的性能也提出了更高的要求，焊接接头必须具有与基材相当的强韧性及耐候性能，强度级别也要达到500～700MPa。相应的焊接材料也必须同时满足这种要求，并且还要经济性。但目前市场尚无能满足需求的相应奥氏体不锈钢气保护焊丝品种。现行的国家标准中没有匹配的奥氏体不锈钢气体保护焊丝，原铁道部部标TB/T2374-1999的技术要求中仅有几种耐候低合金钢气体保护焊丝，常用的WER44-8I、WER44-8II强度级别为440MPa，远不能需足铁路提速减重高级别新钢种的发展需求。

发明内容

本发明的目的在于提供焊接性能稳定，飞溅小，无气孔、焊缝处金属与高级别车辆用不锈钢种性能相匹配的车辆用奥氏体不锈钢气体保护焊丝。

实现上述目的技术方案为：一种车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝，组成该焊丝的化学成分及质量百分比(％)为：C：≤0.03，Si：0.50～0.90，Mn：1.00～2.50，P≤0.025，S≤0.015，Ni：9.0～14.0，Cr：19.5～24.5，余量为Fe及其它不可避免的夹杂。

进一步地，为使产品达到最佳的性能效果，可优选如下两种质量百分比(％)：

C：≤0.03，Si：0.60～0.90，Mn：1.00～2.50，P≤0.025，S≤0.015，Ni：9.0～11.0，Cr：19.50～22.0，余量为Fe及其它不可避免的夹杂。

C：≤0.03，Si：0.50～0.85，Mn：1.00～2.50，P≤0.025，S≤0.015，Ni：12.0～14.0，Cr：22.50～24.5，余量为Fe及其它不可避免的夹杂。

本发明的实施是通过混合气体(Ar+1％～5％CO₂)保护进行焊接。

焊丝中合适的C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr等合金元素，以促使在焊缝金属中产生大量高密度位错的细针状铁素体组织。其具体作用：

1.铬：铬在不锈钢中的作用主要在于提高钢的耐腐蚀性能，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。Cr控制在19.5～24.5％。具体原理：①铬使铁基固溶体的电极电位提高；②铬吸收铁的电子使铁钝化。钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。即铬在氧化以后可以在不锈钢表面形成一层r203的保护膜，可以有效的阻止外界酸碱因子的进入和继续腐蚀。

2.镍：镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的，配合以上铬的含量Ni含量控制在9.0～14.0％，镍在钢中是形成奥氏体的元素，镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得改善。即改进不锈钢的机械性能，增加不锈钢的延展性能，为其深冲和成形创造良好的条件。

3.碳：在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大(约为镍的30倍)，另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成一系列复杂的碳化物。影响不锈钢的耐腐蚀性能。另外C量较高时，焊缝韧性下降，焊缝中珠光体比例增加。所以我们的C控制在0.03％以下(包括0.03)。低的C含量很大程度上克服了铬镍不锈钢的晶间腐蚀，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等。

4.锰：锰的作用在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。我们的Mn控制范围1.00～2.50。Mn是焊缝强韧化的有效元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹的铁硫化物的形成。

另外铬镍奥氏体钢的优点虽然很多，但因镍的矿藏量较少且又集中分布在少数地区，随工业的飞速发展其需求量大，因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。尤其我国是镍的资源比较缺乏的国家，广泛地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一，Mn在焊接过渡到焊缝中时，通过脱氧反应形成氧化物夹杂或氧硫复合物夹杂。还有一部分夹杂物是Ti脱氮形成的氮化物。这些夹杂物可作为针状铁素体的形核质点。形核质点的数量直接决定针状铁素体针片的大小。

5.硅：在焊接时起脱氧作用与强化焊缝作用。但硅也形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素，而一定量的硅对不锈钢的工艺性能也有重要影响，所以我们的Si控制在0.50～0.90％，以保证在焊接时良好的流动性及成型。

金属C、Mn、Si、Ni、Cr、Cu诸元素，可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成。

6.硫、磷：S、P元素为有害元素，故将其含量控制在较低范围内，以提高焊缝纯净度和焊接性能及进一步提高焊缝耐候性能。故我们将其控制在一个较小的范围内即：P≤0.025，S≤0.015。

本发明气体保护焊丝材料的制备方法与现有技术制备方法相同。

本发明气体保护焊丝具有如下优点：

1.本焊丝钢冶炼工艺稳定易于实现，钢坯的轧制及焊丝拉拔性能优良，满足提速车辆其钢种高耐腐蚀、高强度、高韧性系列钢种的焊接技术要求。

2.本发明焊丝用于500～700MPa强度级别钢种的焊接，焊丝具有优良的焊接工艺性能，焊接电弧稳定，飞溅小，无气孔、成型美观，适应于全位置焊接，焊缝具有与基材相当高的强韧性匹配性能和优良的耐大气腐蚀性能。

具体实施方式

下面用实施例进一步详述本发明：

实施例1：

利用供方钢厂资源冶炼该焊丝，经轧制和拉拔成焊丝，表面净化处理，焊丝直径1.2mm，其组成的化学成分(质量％)为：C：0.027，Si：0.85，Mn：1.62，P：0.025，S：0.013，Ni：9.37，Cr：20.1，其余为Fe和其它不可避免的夹杂。采用(Ar+2％CO₂)作为保护气体进行熔敷焊试验，焊接电流为220～230A，焊接电压为28V，焊接速度为275mm/min。层间温度150±15℃。焊缝金属屈服强度Rel＝435MPa，抗拉强度Rm＝562MPa，延伸率A＝42％，断面收缩率Z＝75％。熔敷金属平均冲击功Akv(-40℃)＝85J，Akv(-60℃)＝68J具有优良的塑性及低温冲击韧性。

对接焊试验，板材TCS345不锈钢板厚度6mm，单面60°V型坡口，尺寸为尺寸为300×150×6mm。T型弯试板底板为300×300×6mm，立板为300×60×6mm。采用(Ar+3％CO₂)作为保护气体，焊接电流210A，电压24V，焊速400～510mm/min，气体流量18L/min，热输入0.59～0.76kKJmm。硬度试样取自对接焊接头的横断面，测试加载重量为100g，母材平均硬度204HV，热影响区硬度：259、277、307平均281HV；焊缝硬度：271、246、275平均264HV，结果说明焊缝和焊接过热区硬度均大于母材，焊接接头最高值低于HV350。横向拉伸结果545MPa，断裂部位位于焊接接头热影响区以外的母材，说明焊接接头强度大于母材。

冲击试样尺寸：5×10×55mm，数值如下表：

坡口部位	温度℃	冲击功A_KV/J			平均值A_KV/J
坡口部位	温度℃	冲击功A_KV/J			平均值A_KV/J	对接焊缝	-40	54	45	42	47
对接熔合线	43	45	52	47		对接焊缝		54	45	42	47
对接熔合线	43	45	52	47	对接HAZ(1mm)	93		86	94	91
对接焊缝	-20	54	53	55	对接HAZ(1mm)	93		86	94	91	54
对接焊缝		54	53	55	对接熔合线	52	55	46	51		54
对接HAZ(1mm)		62	89	66	对接熔合线	52	55	46	51	72

焊缝、熔合线和热影响区(HAZ)的冲击功均高于13.5J(即全样27J的50％)。

焊接接头冷弯性能d＝3a，弯曲角度180°，经过横赂弯曲未见裂纹。

焊接接头T型弯性能：d＝4a，弯曲角度120°，达0级(弯至120°时无破裂)。

接头焊缝热影响区显微组织如下表：

热影响区粗晶区晶粒度	母材晶粒度	热影响区粗晶区宽度/mm
热影响区粗晶区晶粒度	母材晶粒度	热影响区粗晶区宽度/mm	4～5级	8级以上	0.38～0.56

斜Y型坡口焊接裂纹试验结果：焊接25mm的不锈钢钢板，试验温度5℃，表面裂纹率、断面裂纹率、根部裂纹率均为0％(即未见裂纹)。

实施例2：

利用供方钢厂资源冶炼该焊丝，经轧制和拉拔成焊丝，表面净化处理，焊丝直径1.2mm。其组成的化学成分(质量％)为：C：0.023，Si：0.84，Mn：1.88，P：0.025，S：0.012，Ni：13.21，Cr：23.19，其余为Fe和其它不可避免的夹杂。焊丝采用(Ar+2％CO₂)作为保护气体进行熔敷焊试验，焊接工艺参数为焊接电流210～220A，焊接电压27V，焊速260mm/min。层间温度150±15℃。焊缝金属屈服强度Rel＝442MPa，抗拉强度Rm＝585MPa，延伸率A＝39％，断面收缩率Z＝72％。熔敷金属平均冲击功Akv(-40℃)＝79J，Akv(-60℃)＝65J具有优良的塑性及低温冲击韧性。

对接焊试验，板材：TCS345不锈钢板与合金钢板Q450NQR1焊接，厚度6mm，单面60°V型坡口，尺寸为300×150×6mm。T型弯试板底板为300×300×6mm，立板为300×60×6mm。采用(Ar+3％CO₂)作为保护气体，焊接电流210A，电压24V，焊速400～510mm/min，气体流量18L/min，热输入0.59～0.76kKJmm。硬度试样取自对接焊接头的横断面，测试加载重量为100g，不锈钢母材平均硬度203HV；合金钢母材平均硬度189HV；不锈钢侧热影响区硬度：198、229、201平均209HV；合金钢侧热影响区硬度：264、250、261平均258HV；焊缝硬度：203、225、202平均210HV，结果说明焊缝和焊接过热区硬度均大于母材，焊接接头最高值低于HV350。横向拉伸结果550MPa，断裂部位位于焊接接头热影响区以外的母材，说明焊接接头强度大于母材。

冲击试样尺寸：5×10×55mm，数值如下表：

坡口部位	温度℃	冲击功A_KV/J			平均值A_KV/J
坡口部位	温度℃	冲击功A_KV/J			平均值A_KV/J	对接焊缝	-40	59	50	56	55
合金钢侧熔合线	48	64	49	54		对接焊缝		59	50	56	55
合金钢侧熔合线	48	64	49	54	合金钢侧HAZ(1mm)	102		90	94	95
对接焊缝	-20	51	54	52	合金钢侧HAZ(1mm)	102		90	94	95	52
对接焊缝		51	54	52	合金钢侧熔合线	53	51	59	54		52
合金钢侧HAZ(1mm)		96	98	92	合金钢侧熔合线	53	51	59	54	95

接头焊缝热影响区显微组织如下表：

热影响区粗晶区晶粒度	母材晶粒度	热影响区粗晶区宽度/mm
热影响区粗晶区晶粒度	母材晶粒度	热影响区粗晶区宽度/mm	4～5级	8级以上	0.40～0.65

Claims

1.一种车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝，其特征在于组成该焊丝的化学成分及质量百分比(％)为：C：≤0.03，Si：0.50～0.90，Mn：1.00～2.50，P≤0.025，S≤0.015，Ni：9.0～14.0，Cr：19.5～24.5，余量为Fe及其它不可避免的夹杂。

2.根据权利要求1所述的车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝，其特征在于组成该焊丝的化学成分及质量百分比(％)为：C：≤0.03，Si：0.60～0.90，Mn：1.00～2.50，P≤0.025，S≤0.015，Ni：9.0～11.0，Cr：19.50～22.0，余量为Fe及其它不可避免的夹杂。

3.根据权利要求1所述的车辆用奥氏体不锈钢气保焊焊丝，其特征在于组成该焊丝的化学成分及质量百分比(％)为：C：≤0.03，Si：0.50～0.85，Mn：1.00～2.50，P≤0.025，S≤0.015，Ni：12.0～14.0，Cr：22.50～24.5，余量为Fe及其它不可避免的夹杂。