CN102756219B

CN102756219B - 一种焊丝、盘条及其应用

Info

Publication number: CN102756219B
Application number: CN201110104281.1A
Authority: CN
Inventors: 屈朝霞; 许磊; 王海涛
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2018-09-04
Anticipated expiration: 2031-04-25
Also published as: CN102756219A

Abstract

本发明涉及盘条和焊丝，其按重量百分比计的化学成分为：C≤0.05％，Si：0.10‑0.60％，Mn：0.3‑1.2％，S≤0.015％，P≤0.020％，Cr：1.0‑2.0％，Ni：3.0‑5.0％，Cu：0.05‑0.40％，Ti：0.03‑0.20％，O≤0.010％，N≤0.010％，H≤0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。焊丝在用于抗拉强度550MPa以上的中合金高耐候结构钢焊接中的应用，焊丝经富氩气体保护焊后，焊态下所得熔敷金属的综合力学性能：下屈服强度ReL≥500MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，伸长率A≥17％，‑40℃时的Akv≥47J。

Description

一种焊丝、盘条及其应用

技术领域

本发明涉及合金焊接材料，特别是铁道车辆用高耐蚀型的耐候气体保护焊丝及盘条及其应用。

背景技术

最早的普通商用耐候钢，可以分为高磷铜加铬、镍的CorTen A系列以铬锰合金化为主的CorTen B系列。第一代用于铁道车辆的耐候钢主要为CorTen A。第二代铁道车辆用耐候钢主要为不含P的Cu-Cr-Ni合金系的高强耐候钢。二者的耐候性能相当。但随着国家对铁道相关领域的大力投入，认为现有的耐侯钢不能满足铁道车辆的重载与长寿命的要求。为此小批量试制了铝合金与不锈钢车辆。这两种材料制成的车辆，其耐腐蚀性能大大提高，但同时也存在着其它问题。如二者均在成本过高，制作成本过高，同时铝合金车的强度与耐磨的能力还不足。为此铁道部希望可以开发出大大提升其耐候性能的第三代的耐候钢，同时具有良好的经济性与可制造性。

针对铁道部的需求，宝钢开发了第三代铁道车辆用新型高耐蚀型耐候钢，其合金含量属于中合金，介于低合金钢和不锈钢之间。但是目前还没有能够适用于第三代铁道车辆用新型高耐蚀型耐候钢的焊丝。

因此，需要开发一种适用于第三代铁道车辆用新型高耐蚀型耐候钢的焊丝。

发明内容

本发明主要是解决第三代铁道车辆用新型高耐蚀型耐候钢系列(S450EW、S350EW)的配套气体保护焊丝问题。焊态下，气体保护焊丝熔敷金属的综合力学性能和耐腐蚀性能可以满足铁道部对第三代耐候钢焊接材料的技术要求。

因此，本发明的目的在于提供一种高耐蚀型的耐候气体保护焊丝及盘条。

本发明中的气体保护焊丝及盘条的化学成分为(wt％)：C≤0.05％，Si：0.10-0.60％，Mn：0.3-1.2％，S≤0.015％，P≤0.020％，Cr：1.0-2.0％，Ni：3.0-5.0％，Cu：0.05-0.40％，Ti：0.03-0.20％，O≤0.010％，N≤0.010％，H≤0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

优选地，C：0.01-0.05％。

优选地，O≤0.0040％。

优选地，N≤0.0060％。

这种焊丝富氩气体保护焊后，焊态下所得熔敷金属的综合力学性能，可达到如下指标：下屈服强度ReL≥500MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，伸长率A≥17％，-40℃时的Akv≥47J。熔敷金属的耐腐蚀性能，与第三代铁道车辆用新型高耐蚀型耐候钢S450EW相比，其相对腐蚀率不大于10％。相对腐蚀率即在同等条件下，熔敷金属失重速率与母材失重速率之间差值的绝对值与母材失重速率的比值。

相对腐蚀率＝|(母材失重速率-熔敷金属失重速率)|/母材失重速率×100％。

这种焊丝具有优良的焊接工艺性能，焊接时电弧稳定，飞溅少，焊缝成形美观，焊缝金属气孔敏感性小，适用于全位置焊接。

本发明的中合金耐蚀型耐候焊丝是在焊态(焊接后不经任何焊后热处理，即直接使用的状态)下使用，为了达到良好的耐腐蚀性能和综合力学性能，因此需要一定的合金成分，同时要保证良好的低温冲击韧性、可焊性及经济性，合金成分应尽可能简单且必须使用洁净钢技术。其合金系为Ni-Cr-Si-Mn-Ti，它通过固溶强化、析出强化、细晶强化等手段来提高熔敷金属的强度和低温韧性。具体化学成分的限定理由如下：

C：碳含量增加，会使强度增加，延伸率降低，塑性、冷变形能力变差，这对焊丝盘条的拉拔性能不利。因此本发明C的选择的范围是≤0.05％，优选地，C：0.01-0.05％。

Si：为脱氧元素，同时含量太高，会通过固溶强化提高强度，并影响熔敷金属的韧性，合理的范围是0.10-0.60％。

Mn：也为脱氧元素，但在本合金体系中，含量太高时，在提高焊缝金属强度的同时，也会使塑韧性变差，因此锰的合理的范围是0.30-1.20％。

Cr：是本发明的主要耐候性元素之一，但铬具有很强的淬透性，可使C曲线右移。如果含量过高，会降低钢板韧性，增加脆性相产生的可能性，对焊接不利，其合理范围是1.0-2.0％。

Ni：也是本发明的主要耐候性元素之一；Ni可促进奥氏体向针状铁素体转变，同时降低奥氏体向铁素体的相变温度，抑制共析铁素体的形成；为了避免Cr所产生的脆性组织，需要加入一定量的Ni含量来平衡；随着焊缝金属中Ni含量的提高，焊缝金属的低温韧性趋于稳定；因此其合理范围是3.0-5.0％。

Cu：一定量的铜含量可有效防止氢脆的发生，这一点对于中合金焊丝比较重要。同时Cu也可以在一定程度上提高焊缝金属的耐候性。基于这些因素本发明限定铜的范围是0.05-0.40％。

Ti：钛在焊缝金属中主要起到脱氧、脱氮作用；Ti在熔池内与O₂结合生成TiO，在固态相变时为AF(针状铁素体)提供形核基础；同时作为强碳氮化合物形成元素，它们的细小析出相可细化组织，提高焊缝金属的强韧性与塑性；一定量的Ti可以明显改善焊丝的焊接工艺性，减小飞溅；但较多的Ti会大幅提高焊缝金属的强度，并降低其延伸率，所以其含量限定在0.03-0.20％。

P、S：杂质元素含量越低，钢质就越纯净，韧性会越好。综合炼钢成本的因素，分别控制在P≤0.020％，S≤0.015％

本发明的焊丝盘条和焊丝，可通过焊丝盘条和焊丝的常规生产工艺制造。例如，本发明的高强气体保护焊丝盘条的生产方法及其工艺路线：转炉加LF(LADLE FURNACE，即钢包精炼炉)和RH(RH精炼炉全称为RH真空循环脱气精炼炉)炉精炼，或电炉加LF和VOD炉(真空吹氧脱碳炉)精炼→模铸→钢锭轧制成钢坯→钢坯加热到1000-1040℃→粗轧、中轧、预精轧、精轧和减定径→吐丝，优选5.5→斯太尔摩线控冷→集卷→检验(成分检验，表面质量检验等)→包装。焊丝的生产工艺流程为：盘条(如5.5)的入厂检验(成分检验，表面质量检验等)→粗拉预处理(酸洗)→粗拉丝(如2.2)→精拉丝(如1.2)→脱脂→化学镀铜→精密层绕→包装。

本发明的盘条、焊丝与现有技术相比，具有如下优点：

本发明的盘条、焊丝所得熔敷金属及焊接接头在焊态条件下，具有良好的耐候性和综合力学性能，尤其是良好的耐候性。

本发明的盘条、焊丝所得熔敷金属及焊接接头由于含有一定量的铜元素，具有良好的抗氢脆能力。

本发明的盘条、焊丝所得熔敷金属的综合性能为：下屈服强度≥500MPa；抗拉强度≥650MPa；伸长率≥17％；-40℃条件下Akv大于47J。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的特点和效果进行说明，但这些实施例并不对本发明的范围构成任何限制。在不脱离本发明构思的前提下，还可以有共多变化或改进的其他实施例。

根据本发明焊丝的化学成分范围，采用40t电炉、300t转炉冶炼，热连轧成5.5的盘条，盘条经检验后如化学成分合格，表面质量合格，盘条表面光滑，未有裂纹、折叠、结疤、耳子等对拉拔有害的缺陷，可进行焊丝拉拔。盘条(5.5)经过粗拉预处理(酸洗)去掉表面氧化皮，粗拉丝成2.2，再精拉丝成1.2，然后脱脂后经过化学镀铜工艺，最终生产出1.2的焊丝，再层绕包装为盘状焊丝。焊丝的化学成分列于表1。

表1实施例焊丝的成品化学成分(wt％)

注：其余为铁及不可避免的杂质。

试验例1：焊丝熔敷金属的力学性能

焊接试板采用铁道车辆用新型耐候钢，牌号为S450EW，板厚20mm，坡口形式为60°单面V型对接，底面间隙12mm。采用富氩气体保护焊方式，气体比例：Ar80％+CO₂20％。焊前不预热，层间温度控制在150℃左右，焊接热输入在18kJ/cm左右。用本发明的实施例的焊丝焊后在这个焊接试板中切取熔敷金属的拉伸试样和冲击试样，进行性能测试，其结果列于表2。

其中，下屈服强度ReL，参照GB/T2652-2008焊缝及熔敷金属拉伸试验方法进行。

冲击试验，参照GB/T2650-2008焊接接头冲击试验方法进行。

表2实施例焊丝熔敷金属的力学性能

^*：五个熔敷试样进行夏比V型缺口冲击试验得到的冲击功的平均值。

试验例2：焊丝熔敷金属的腐蚀性能

参照标准TB/T2375《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》对本发明的实施例焊丝熔敷金属进行腐蚀试验，72h的腐蚀试验结果列于表3。

表3实施例焊丝熔敷金属的腐蚀性能

本发明的焊丝适合抗拉强度550MPa以上的中合金高耐候结构钢的焊接。主要应用领域有：新型铁路车辆、重载车辆、工程机械、起重运输设备、矿山机械等重要结构的焊接生产与制造。

Claims

1.一种中合金的高耐蚀型的耐候气体保护焊丝用盘条，其按重量百分比计的化学成分为：C≤0.05％，Si：0.10-0.60％，Mn：0.3-1.2％，S≤0.015％，P≤0.020％，Cr：1.0-2.0％，Ni 3.0-5.0％，Cu：0.05-0.40％，Ti：0.03-0.20％，O≤0.010％，N≤0.010％，H≤0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的气体保护焊丝用盘条，其特征在于，C：0.01-0.05％。

3.如权利要求1或2所述的气体保护焊丝用盘条，其特征在于，O≤0.0040％。

4.如权利要求1或2所述的气体保护焊丝用盘条，其特征在于，N≤0.0060％。

5.如权利要求3所述的气体保护焊丝用盘条，其特征在于，N≤0.0060％。

6.一种中合金的高耐蚀型的耐候气体保护焊焊丝，其按重量百分比计的化学成分为：C≤0.05％，Si：0.10-0.60％，Mn：0.3-1.2％，S≤0.015％，P≤0.020％，Cr 1.0-2.0％，Ni3.0-5.0％，Cu：0.05-0.40％，Ti：0.03-0.20％，O≤0.010％，N≤0.010％，H≤0.0005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

7.如权利要求6所述的气体保护焊焊丝，其特征在于，C：0.01-0.05％。

8.如权利要求6或7所述的气体保护焊焊丝，其特征在于，O≤0.0040％。

9.如权利要求6或7所述的气体保护焊焊丝，其特征在于，N≤0.0060％。

10.如权利要求8所述的气体保护焊焊丝，其特征在于，N≤0.0060％。

11.如权利要求1-5任一所述的盘条在制造铁道车辆用高耐蚀型的耐候气体保护焊丝中的应用。

12.如权利要求6-10任一所述的气体保护焊焊丝在用于抗拉强度550MPa以上的中合金高耐候结构钢焊接中的应用，焊丝经富氩气体保护焊后，焊态下所得熔敷金属的综合力学性能为：下屈服强度ReL≥500MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，伸长率A≥17％，-40℃时的Akv≥47J。