CN107350657A

CN107350657A - 焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝

Info

Publication number: CN107350657A
Application number: CN201710390227.5A
Authority: CN
Inventors: 董捷
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2017-05-27
Filing date: 2017-05-27
Publication date: 2017-11-17

Abstract

本发明公开了一种焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，以质量百分比记的化学成分包括C 0.04‑0.10％，Si 0.35‑0.65％，Mn 1.30‑1.60％，P≦0.020％，S≦0.010％，Cr 0.20‑0.50％，Ni 0.30‑0.80％，Cu 0.19‑0.40％，余量为铁，及不可避免杂质。本发明综合性能良好，抗拉强度≥620MPa，‑40℃≥124J，耐蚀性能突出。

Description

焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝

技术领域

本发明涉及一种冶金技术，具体说，涉及一种焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝。

背景技术

目前,我国新造铁道车辆大约每年用量为20万吨，车辆用钢要重点解决高强度、高耐蚀性、高焊接性能和轻型化问题。此类钢板的应用，自然离不开焊接加工用焊丝的配套。

配套焊丝一方面需要满足力学性能要求，另一方面制成的焊接接头应具有与母材相当的耐候性，为适应寒冷地区的环境需要，还应保证焊缝和热影响区具有良好的低温冲击韧性。

公开号CN 101020279 A的专利文献，公开了一种600MPA级气体保护焊丝，焊丝成分中不含有Ni元素。

公开号CN 105643139 A的专利文献，公开了一种高强度耐候钢用实心焊丝，炼钢中控制有害元素P、S含量，S含量≦0.020％，但未考虑到过低的S元素会使焊接熔池流动性降低的问题，会导致化学成分不能均匀扩散，产生焊缝偏析、进而引发热裂纹；焊丝中的S元素过低，会使焊接熔池的粘度增大，焊缝不平滑，焊缝成团絮状，会造成焊缝中氢、氮、二氧化碳等气体逸出变慢，造成气孔、夹渣。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，综合性能良好，抗拉强度≥620MPa，-40℃≥124J，耐蚀性能突出。

技术方案如下：

一种焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，以质量百分比记的化学成分包括C 0.04-0.10％，Si 0.35-0.65％，Mn 1.30-1.60％，P≦0.020％，S≦0.010％，Cr 0.20-0.50％，Ni0.30-0.80％，Cu 0.19-0.40％，余量为铁，及不可避免杂质。

进一步：S的取值范围为0.004-0.008％。

进一步：C 0.04-0.09％，Si 0.35-0.60％，Mn 1.30-1.55％，S 0.004-0.006％，Cr0.20-0.27％，Ni 0.30-0.35％，Cu 0.20-0.22％。

进一步：C 0.04-0.08，Si 0.35-0.55，Mn 1.30-1.45，S 0.004-0.006，Cr 0.20-0.25，Ni 0.30-0.35，Cu 0.19-0.21。

进一步：C 0.05％，Si 0.40％，Mn 1.45％，P 0.015％，S 0.006％，Cr 0.22％，Ni0.30％，Cu 0.21％。

进一步：C 0.09％，Si 0.55％，Mn 1.45％，P 0.015％，S 0.004％，Cr 0.27％，Ni0.35％，Cu 0.19％。

进一步：C 0.08％，Si 0.65％，Mn 1.55％，P 0.015％，S 0.006％，Cr 0.25％，Ni0.30％，Cu 0.22％。

与现有技术相比，本发明技术效果包括：

1、本发明加入适量的Ni元素可以显著提高你低温冲击的性能，同时也能提高钢材的耐蚀性，随着铁道车辆用钢对耐蚀性和耐低温的性能的更高要求-40℃低温冲击功达到70焦耳已经不能满足现有铁道车辆用钢的需求。从而解决目前用于高强度高韧性工程新钢种用气保护焊焊接材料的焊缝的强度与韧性不匹配问题。

2、本发明中，S控制在0.004-0.008范围内，会使得焊丝在焊接过程的流动性好，提高焊缝的平整度，避免热裂纹的产生。

3、在成分上，采用Cr-Ni-Cu合金成分设计，舍弃了原有对于连续浇铸容易造成连铸水口瘤的Ti元素，通过合理控制Cr、Ni合金添加量，提高耐候、耐低温冲击的性能；相比目前现有技术，耐低温冲击性能提高45％，解决目前用于高强度高韧性工程新钢种用气保护焊焊接材料的焊缝的强度与韧性不匹配问题。

4、本发明焊缝金属组织由针状铁素体和珠光体组成，针状铁素体的含量在65-75％，抗拉强度大于620MPa，性能高于采用现有技术的焊缝金属。

5、本发明焊接工艺性能良好，电弧燃烧稳定，成型美观平整，焊缝与母材连接处过度均匀，焊缝成形型性，焊丝在焊接过程的流动性好，焊缝及热影响区附近无裂纹、气孔、夹渣等缺陷。

6、解决了目前用于高强度高耐候工程新钢种用气保护焊焊接材料的焊缝的强度与韧性不匹配问题。

具体实施方式

下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，以重量百分比为记的化学成分包括：C 0.04-0.10％，Si 0.30-0.65％，Mn 1.30-1.60％，P≦0.020％，S≦0.010％(本优选实施例中，S0.004-0.008％)，Cr 0.20-0.50％，Ni 0.30-0.80％，Cu 0.19-0.40％，余量为铁，及不可避免杂质。

焊丝金属组织由针状铁素体和珠光体组成，其中针状铁素体含量越多，性能越好。抗拉强度≥620MPa，-40℃≥124J，延伸率≥25％。

金属个元素的作用如下：

C是焊丝中的强化元素，含量对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响。当C含量较低时，焊缝强度较低。当C含量过高时，增加焊缝冷裂倾向。为达到焊缝优良的强韧性匹配，本发明焊丝中的C含量为0.04-0.10。

Si元素在气保焊焊接时，一方面具有脱氧作用，另一方面还对焊缝有固溶强化作用。但焊缝中的Si含量不宜太高，Si的脱氧产物容易形成硅酸盐类夹渣，导致裂纹的产生，同时过高的Si会降低低温冲击韧性。本发明焊丝中Si的重量百分比含量控制在0.30～0.65范围内。

Mn是焊缝强韧化的有效元素，在气保焊时还有利于脱氧，防止引起热裂纹的硫化物的形成。焊缝中含有较高的Mn时，焊缝针状铁素体的转变起始温度低，转变温度范围大，最终可提高焊缝中针状铁素体体积比。本发明焊丝中Mn的重量百分比控制在1.30-1.60。

P、S是有害元素，但是S元素的控制并不是越低越好，研究表明S元素含量0.04-0.08范围内有助于改善焊缝金属的流动性，促进焊丝在焊接工艺中顺利进行，本发明仅需控制P、S在P≦0.025、S≦0.010的范围内即可。

Cr元素是一种有效的强化元素，有利于提高焊缝中针状铁素体含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝的韧性，但过高的Cr会降低焊缝的韧性。本发明焊丝中Cr的重量百分比含量为0.20～0.50。

Ni有利于提高焊缝金属的韧性尤其是低温冲击韧性，降低脆性转变温度。Ni能减少先共析铁素体含量并改善焊缝韧性。但Ni含量过高时，低温冲击韧性显著下降。Ni含量过高还导致焊缝与母材成分差别大，同时焊丝成本增加。本发明焊丝中Ni的重量百分比含量为0.30-0.80。

Cu含量在一定范围内时，能固溶于焊缝，提高焊缝强度和韧性。Cu以固溶硬化的方式其强化作用，并降低针状铁素体开始转变温度，利于获得高密度的针状铁素体，本发明焊丝中Cu含量为0.19-0.40时较好。

本发明采用Cr-Ni-Cu合金系设计，有别于现有技术Cr-Cu-Ti设计，Ti元素虽然通过弥散分布化合物质点促进铁素体形核，但对于提高耐蚀、耐低温冲击的性能几乎没有贡献，并且在连续浇铸的情况下容易导致絮死，还容易产生焊缝韧性恶化，相比之下，成分中加入合金元素Ni，大大提高焊丝的低温冲击韧性，同时有效的提高了焊缝金属的耐蚀性能，完全符合焊接铁道车辆的要求，并使得焊丝熔敷金属化学成分、性能与母材相当。

本发明铁道车辆用焊丝经过转炉-连铸-轧制-拉拔-镀铜等工序制作完成。

实施例1

采用120t转炉冶炼钢水经连铸机生产150*150mm小方坯，经过高速轧机轧制成φ5.5mm焊丝盘条，然后经过拉丝、镀铜等工艺制成φ1.2mm气体保护焊丝，焊丝化学成分(质量百分比)为：C 0.05％，Si 0.40％，Mn 1.45％，P 0.015％，S 0.006％，Cr 0.22％，Ni0.30％，Cu 0.21％，余量为铁，及不可避免杂质。

实验母材为15mm厚的Q420NQR1铁道车辆用钢，其屈服强度为506MPa，抗拉强度为612MPa，延伸率为22％，-40℃冲击功为218J，焊接坡口斜Y型，角度为60℃，焊接电压为24±2V，多道多层焊，焊接速度150±10mm/min，焊后放置48小时，用超声波探伤，未发现缺陷。

金相观察表明：金相组织由针状铁素体和珠光体组成，铁素体含量为68％，力学性能检测结果表明：抗拉强度622MPa，延伸率为22％，-40低温冲击功为124J。

实施例2

采用120t转炉冶炼钢水经连铸机生产150*150mm小方坯，经过高速轧机轧制成φ5.5mm焊丝盘条，然后经过拉丝、镀铜等工艺制成φ1.2mm气体保护焊丝，焊丝化学成分(质量百分比)为：C 0.09％，Si 0.55％，Mn 1.45％，P 0.015％，S 0.004％，Cr 0.27％，Ni0.35％，Cu 0.19％，余量为铁，及不可避免杂质。

实验母材为30mm厚的Q420NQR1铁道车辆用钢，其屈服强度为512MPa，抗拉强度为610Pa，延伸率为23％，-40℃冲击功为207J，焊接坡口斜Y型，角度为60℃，焊接电压为24±2V，多道多层焊，焊接速度150±10mm/min，焊后放置48小时，用超声波探伤，未发现缺陷。

金相观察表明：金相组织由针状铁素体和珠光体组成，铁素体含量为67％，力学性能检测结果表明：抗拉强度627MPa，延伸率为22.5％，-40低温冲击功为128J。

实施例3

采用120t转炉冶炼钢水经连铸机生产150*150mm小方坯，经过高速轧机轧制成φ5.5mm焊丝盘条，然后经过拉丝、镀铜等工艺制成φ1.2mm气体保护焊丝，焊丝化学成分(质量百分比)为：C 0.08％，Si 0.65％，Mn 1.55％，P 0.015％，S 0.006％，Cr 0.25％，Ni0.30％，Cu 0.22％，余量为铁，及不可避免杂质。

实验母材为25mm厚的Q420NQR1铁道车辆用钢，其屈服强度为506MPa，抗拉强度为618Pa，延伸率为22％，-40℃冲击功为212J，焊接坡口斜Y型，角度为60℃，焊接电压为24±2V，多道多层焊，焊接速度150±10mm/min，焊后放置48小时，用超声波探伤，未发现缺陷。

金相观察表明：金相组织由针状铁素体和珠光体组成，铁素体含量为61％，力学性能检测结果表明：抗拉强度620MPa，延伸率为22％，-40低温冲击功为128J。

腐蚀性能测试：

对熔敷金属和母材钢板分别进行耐候实验：

采用周浸试验方法，腐蚀实验条件如下：

试验溶液：0.01mol/L NaHSO3蒸馏水溶液

试验温度：45±2℃

实验湿度：70±5％RH

循环周期：60min(12min湿+48min干)

试验连续进行72小时，取样吹干并干燥处理，除锈后、称重，计算相对腐蚀失重率，检验结果见表1，

表1焊缝金属对母材的相对腐蚀性能

	参照物	焊缝金属相对腐蚀失重率
			实施例1	母材	0.98
实施例2	母材	0.97
			实施例3	母材	0.98

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims

1.一种焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，其特征在于：以质量百分比记的化学成分包括C 0.04-0.10％，Si 0.35-0.65％，Mn 1.30-1.60％，P≦0.020％，S≦0.010％，Cr 0.20-0.50％，Ni 0.30-0.80％，Cu 0.19-0.40％，余量为铁，及不可避免杂质。

2.如权利要求1所述焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，其特征在于：S的取值范围为0.004-0.008％。

3.如权利要求1所述焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，其特征在于：C 0.04-0.09％，Si0.35-0.60％，Mn 1.30-1.55％，S 0.004-0.006％，Cr 0.20-0.27％，Ni 0.30-0.35％，Cu0.20-0.22％。

4.如权利要求1所述焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，其特征在于：C 0.04-0.08，Si0.35-0.55，Mn 1.30-1.45，S 0.004-0.006，Cr 0.20-0.25，Ni 0.30-0.35，Cu 0.19-0.21。

5.如权利要求1所述焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，其特征在于：C 0.05％，Si0.40％，Mn 1.45％，P 0.015％，S 0.006％，Cr 0.22％，Ni 0.30％，Cu 0.21％。

6.如权利要求1所述焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，其特征在于：C 0.09％，Si0.55％，Mn 1.45％，P 0.015％，S 0.004％，Cr 0.27％，Ni 0.35％，Cu 0.19％。

7.如权利要求1所述焊接铁道车辆用钢气体保护焊丝，其特征在于：C 0.08％，Si0.65％，Mn 1.55％，P 0.015％，S 0.006％，Cr 0.25％，Ni 0.30％，Cu 0.22％。