CN103028865B - 高耐蚀气体保护焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接材料领域，涉及一种高耐蚀气体保护焊丝，其中，该焊丝的化学成分按质量百分比为：C：0.01～0.1%，Si：0.1～1.0%，Mn：0.3～1.0%，P≤0.015%，S≤0.015%，Ni：1.5～5%，Cr：0.5～1.5%，Cu：0.1～0.8%，Ti：0.01～0.2%，Mo：0.15～0.6%，O≤0.01%，N≤0.01%，余量为铁。本发明焊丝焊接性能稳定，所得熔敷金属与母材耐蚀性能匹配，同时具有良好的综合力学性能，特别适用于新型高强耐候钢。

Description

高耐蚀气体保护焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，涉及一种金属材料焊接用的高耐蚀气体保护焊丝材料，尤其适用于高耐候性能要求钢种。
背景技术
普通耐候钢和高强耐候钢经济性能好、加工性能和综合性能优异，但是其耐大气腐蚀性能尚不能满足目前铁路货车用耐候钢的要求；不锈钢的耐候性能可以达到货车的使用条件，但是价格昂贵，而且不锈钢在低温韧性、焊接性等方面尚存在一定的问题，制约了其在铁道车辆方面的应用。
近年来，铁道行业高速发展，铁道货车行业迫切需要一种既具有良好的经济性，同时还具有良好的耐蚀性能和力学性能的耐候钢。根据铁道部2010年12月下发的《铁道货车用高耐蚀型耐候钢热轧板(带)技术条件(暂行)》新要求，铁道车辆用耐候钢的耐候性能要在目前高强耐候钢的基础上再提高一倍，以进一步延长钢材的使用年限。鞍钢在上述要求下，开发了一种高耐候性耐候钢——3Cr耐候钢，其化学成分见表1。众所周知，铁道货车主要是采用气体保护焊接工艺进行制造。铁道部标准TB/T2374-2008中6种耐候钢气体保护焊丝的化学成分和熔敷金属力学性能见表2和表3。其中H08MnSiCuCrNiⅡ、H08MnSiCuCrⅡ和H08NiCuMnSiⅡ是与普通耐候钢匹配的气体保护焊丝，如09CuPCrNi、09CuPTiRE等。TH500-NQ-Ⅱ、TH550-NQ-Ⅱ和TH600-NQ-Ⅱ气体保护焊丝适用于高强耐候钢Q500NQR1、Q550NQR1焊接。
新一代高强耐候钢（如3Cr耐候钢）是在目前已有高强耐候钢的基础上进一步提高了其耐蚀性能。由此可知，已有的耐候钢气体保护焊丝不能满足新一代高强耐候钢对耐蚀性的要求。因此，研制一种耐蚀性能与母材相当，且具有良好的可焊性、优良的低温韧性的气体保护焊丝是目前亟待解决的问题。
表1.3Cr耐候钢化学成分(wt%)
C Si Mn S P Cr Ni Cu Ti+Nb
0.056 0.15 0.31 0.0045 0.014 3.33 0.42 0.31 微量
表2.现有技术焊丝化学成分
表3.现有技术焊丝熔敷金属的力学性能
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高耐蚀气体保护焊丝，其焊接性能稳定，所得熔敷金属与母材耐蚀性能匹配，同时具有良好的综合力学性能，特别适用于新型高强耐候钢。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术内容：
一种高耐蚀气体保护焊丝，其中，所述焊丝的化学成分按质量百分比为：C：0.01～0.1%，Si：0.1～1.0%，Mn：0.3～1.0%，P≤0.015%，S≤0.015%，Ni：1.5～5%，Cr：0.5～1.5%，Cu：0.1～0.8%，Ti：0.01～0.2%，Mo：0.15～0.6%，O≤0.01%，N≤0.01%，余量为铁。
所述焊丝的化学成分按质量百分比为：C：0.02～0.05%，Si：0.5～0.8%，Mn：0.4～0.8%，P≤0.015%，S≤0.015%，Ni：2.5～3.6%，Cr：0.7～0.9%，Cu：0.2～0.5%，Ti：0.07～0.14%，Mo：0.24～0.2%，O≤0.01%，N≤0.01%，余量为铁。
所述焊丝熔敷金属的力学性能如下：屈服强度Rp0.2为600-670MPa；抗拉强度Rm为650-745MPa；断后伸长率A为18%-22%；在-40℃时的冲击功Akv为52-85J。
所述焊丝的熔敷金属的腐蚀性能如下：腐蚀失重速率为1.280-1.368g/m2·h，并且与3Cr耐候钢的相对腐蚀速率为0.5-7.4%。
该焊丝适用于抗拉强度级别为550MPa以上高强高耐候钢。
本发明焊丝的主要化学成分含量及主要作用如下：
本发明中Cr是主要耐候性元素之一，但Cr含量过高，韧性会急剧下降。综合考虑其对力学性能和耐蚀性的影响，Cr的合理范围是0.5～1.5%。
Ni、Cu也是本发明的主要耐候性元素。Ni是最好的韧化组元，作为合金元素能够显著改善焊缝金属的低温韧性，因此Ni的加入可以平衡Cr带来的韧性损失，其合理范围是1.5～5%。Cu可以提高焊缝金属的耐候性，Cu的合理范围是0.1～0.8%。
Mo能有效提高钢材的耐大气腐蚀性能，钢中加入质量分数为0.4%-0.5%的Mo，在大气腐蚀环境下(尤其是在工业大气中)，其腐蚀速率可降低50%以上，这是因为Mo在腐蚀过程中生成钼酸盐，钼酸盐具有缓蚀作用，可以大幅减缓腐蚀的进行。其次，Mo还可以细化晶粒，提高强度和塑性。本发明中加入Mo的范围是0.15～0.6%。
Si、Mn为脱氧元素，含量太高会在提高焊缝金属强度的同时，降低韧性，因此，本发明中Si的范围是0.1～1.0%，Mn的范围是0.3～1.0%。
Ti在焊缝金属中可以起到脱氧、脱氮作用。Ti的加入可以促进针状铁素体的形成而提高低温冲击韧性；但Ti含量较高会增加焊缝金属的强度，并有可能形成大尺寸夹杂物而降低其韧性及延伸率。此外，Ti的加入可以提高电弧的稳定性，从而改善焊接工艺。本发明中Ti的范围是0.01～0.2%。
控制焊丝中C含量在较低范围内，一方面可以降低焊缝金属的碳当量Ceq、淬硬倾向及裂纹敏感系数Pcm；另一方面可以降低碳对焊丝耐蚀性能带来的不利影响。因此，本发明中C的范围是0.01～0.1%。
本发明中杂质元素S和P的含量较低，其中，S≤0.015%，P≤0.015%，这主要是为了保证熔敷金属具有高的低温冲击韧性、塑性和抗裂性。
其中，本发明的气体保护焊丝材料的制备方法与现有技术制备方法相同。
与现有技术已有的耐候钢气体保护焊丝相比，本发明提高了合金元素Cr、Ni的含量，并加入了合金元素Mo，其有益效果在于：
1、本发明的焊丝所得熔敷金属具有良好的耐大气腐蚀性能，同时具有良好的综合力学性能，尤其是-40℃的低温冲击韧性，完全满足铁道车辆要求高耐候、高强度、高韧性系列钢种的焊接技术要求。它不仅适用于3Cr耐候钢的焊接，同样适用于抗拉强度级别为550MPa以上高强高耐候钢的气体保护焊接。
2、本发明的焊丝特别适用于高强高耐候性钢的焊接，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。
具体实施方式
下面，结合实施例对本发明进行进一步的详细说明。
在本发明的焊丝的化学成分范围内，根据表4中各个实施例的具体化学成分进行控制冶炼。然后，将冶炼好的钢锭轧制成φ8的盘条，再进行热处理、拉拔，最终获得φ1.2的焊丝。
采用本发明的焊丝，配80%Ar+20%CO2的气体进行熔敷金属性能试验。其中，焊接试板厚20mm，坡口形式为45°单面V型对接，底面间隙12mm。具体的焊接规范为：焊接电流260A，电弧电压29V，焊接速度38cm/min，层温为150℃。焊后取熔敷金属的拉伸试样和冲击试样进行力学性能试验，测试结果见表5。从表5可以看出，本发明的焊丝熔敷金属的力学性能如下：屈服强度Rp0.2为600-670MPa；抗拉强度Rm为650-745MPa；断后伸长率A为18%-22%；在-40℃时的冲击功Akv为52-85J。
并且，采用本发明焊丝的熔敷金属和3Cr高强高耐候钢进行耐候性试验，试验方法参照铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法进行（TB/T2375-93），试验结果见表6。从表6可以看出，本发明焊丝的熔敷金属的腐蚀性能如下：腐蚀失重速率为1.280-1.368g/m2·h，并且与3Cr耐候钢的相对腐蚀速率为0.5-7.4%，从而可以得出本发明焊丝熔敷金属的耐蚀性能较高，可用于高耐候性耐候钢的焊接。
本发明的气保焊焊丝适用于抗拉强度级别为550MPa以上高强高耐候钢的气体保护焊接，特别适用于铁道车辆、桥梁等领域。
表4.本发明各实施例焊丝的化学成分（wt%）
表5.本发明各实施例焊丝熔敷金属的力学性能
编号 Rp02/MPa Rm/MPa A/％ 40℃冲击Akv/J
1 650 710 20 68
2 635 720 19 65
3 645 700 22 85
4 600 650 18 52
5 670 745 19 60
表6.本发明各实施例焊丝熔敷金属的腐蚀性能

Claims (5)

1.一种高耐蚀气体保护焊丝，其特征在于：所述焊丝的化学成分按质量百分比为：C：0.01～0.1%，Si：0.1～1.0%，Mn：0.3～1.0%，P≤0.015%，S≤0.015%，Ni：1.5～5%，Cr：0.5～1.5%，Cu：0.1～0.8%，Ti：0.01～0.2%，Mo：0.15～0.6%，O≤0.01%，N≤0.01%，余量为铁。
2.如权利要求1所述的高耐蚀气体保护焊丝，其特征在于：所述焊丝的化学成分按质量百分比为：C：0.02～0.05%，Si：0.5～0.8%，Mn：0.4～0.8%，P≤0.015%，S≤0.015%，Ni：2.5～3.6%，Cr：0.7～0.9%，Cu：0.2～0.5%，Ti：0.07～0.14%，Mo：0.24～0.2%，O≤0.01%，N≤0.01%，余量为铁。
3.如权利要求1所述的高耐蚀气体保护焊丝，其特征在于：所述焊丝熔敷金属的力学性能如下：屈服强度Rp0.2为600-670MPa；抗拉强度Rm为650-745MPa；断后伸长率A为18%-22%；在-40℃时的冲击功Akv为52-85J。
4.如权利要求1所述的高耐蚀气体保护焊丝，其特征在于：所述焊丝的熔敷金属的腐蚀性能如下：腐蚀失重速率为1.280-1.368g/m2·h，并且与3Cr耐候钢的相对腐蚀速率为0.5-7.4%。
5.如权利要求1所述的高耐蚀气体保护焊丝的用途，其特征在于：该焊丝适用于抗拉强度级别为550MPa以上高强高耐候钢。
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