CN108788533A - 一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石300‑500份、硅酸盐10‑40份、氟化钠10‑30份﹑氟化稀土5‑20份、钾钠稳弧剂25‑60份、硅锰合金100‑140份、铝镁粉30‑60份、镍粉80‑130份、钼粉10‑30份、铜粉20‑50份、钛铁10‑50份，硼铁粉20‑50份、铁粉70‑350份。本发明所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，以达到耐海洋大气腐蚀的效果，免除涂装工序。

Description

一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料领域，尤其是涉及一种耐腐蚀钢用气保护药芯焊丝。

背景技术

免涂装耐候钢桥具有环保、维护成本低、全寿命周期长的综合优势。发达国家耐候钢桥梁发展较早，美国耐候钢桥占钢桥总数已超过50％；加拿大有约90％左右的钢桥均采用耐候钢，日本耐候钢桥的比例也达到20％左右。而我国耐候钢桥的工程实际应用刚刚起步。

耐候钢包括耐常规大气工业环境腐蚀钢与耐海洋大气腐蚀钢。我国主要经济发达城市均在沿海地区，所以近年来耐海洋大气腐蚀钢的应用逐渐增多。这些耐海洋大气腐蚀钢中为了提高耐腐蚀性能，一般采用的方式为提高焊丝中Ni含量，从而提高整体的抗氧化性能。但是Ni的价格较高，Ni含量越高成本越高。一些距离海洋略远或周围大气中具有腐蚀性成分含量偏低的沿海工程，即耐海洋大气腐蚀性能要求低一些的地区，选用耐海洋大气腐蚀性能较高的焊材成本高，利用率低。

所以本发明设计一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，通过采用较低的Ni含量成分，不仅满足低耐海洋大气腐蚀性能要求，而且满足市场需求，降低成本。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，旨在满足低耐海洋大气腐蚀性能要求的基础上，满足市场需求，降低成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，包括药芯和外皮；

所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石300-500份、硅酸盐10-40份、氟化钠10-30份﹑氟化稀土5-20份、钾钠稳弧剂25-60份、硅锰合金100-140份、铝镁粉30-60份、镍粉80-130份、钼粉10-30份、铜粉20-50份、钛铁10-50份，硼铁粉20-50份、铁粉70-350份。

优选的，所述药芯包括如下重量分数的组分，金红石350-480份、硅酸盐15-40份、氟化钠15-30份﹑氟化稀土7-18份、钾钠稳弧剂35-55份、硅锰合金105-135份、铝镁粉35-60份、镍粉90-125份、钼粉14-30份、铜粉25-45份、钛铁20-50份，硼铁粉25-40份、铁粉70-300份。

优选的，所述熔敷金属成分含量满足耐侯性合金指数V：1.2-1.5，其中

V＝1/{(1.0-0.16[C])×(1.05-0.05[Si])×(1.04-0.016[Mn])×(1.0-0.5[P])×(1.0+1.9[S])×(1.0-0.10[Cu])×(1.0-0.12[Ni])×(1.0-0.3[Mo])×(1.0-1.7[Ti])}；

其中[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[Cu]、[Ni]、[Mo]和[Ti]分别代表C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Mo和Ti的熔敷金属含量百分比。

优选的，所述金红石中TiO₂的质量分数为≥97％；硅酸盐中SiO₂的质量分数为35-45％、Al₂O₃的质量分数为55-65％。

优选的，硅锰合金中含有磷的质量分数为0.2-0.3％、含有锰的质量分数为65-72％；

优选的，铝镁粉中含有镁的质量分数为60-65％、镁+铝质量分数为≥98％；

优选的，镍粉中含有镍的质量分数≥99.5％；钼粉中含有钼的质量分数≥99.5％；铜粉中含有铜的质量分数≥99.5％。

优选的，硼铁粉中含有硼的质量分数为1-2％、含有铁的质量分数为≥97％。

优选的，所述药芯占焊丝总质量的13-18％；优选的，所述外皮以SPCC-SD冷轧低碳钢钢带为原料。

优选的，一种评价50公斤耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝性能的方法，采用耐候性合金指数作为衡量指标。

下面是关于组成本发明中药粉中各组分的作用及含量范围的说明。

金红石：本发明中采用的金红石中TiO₂的质量分数为≥97％。在本发明中主要起造渣剂的作用，随着金红石中TiO₂质量分数的提高，焊丝的焊接工艺稳定性就会提高，并且还能提高焊丝熔敷金属的力学性能稳定性。

硅酸盐：本发明中采用的硅酸盐中SiO₂、Al₂O₃均起造渣的作用，适量的Al₂O₃能提高熔渣的粘性，从而改善立焊工艺性能；同时Al₂O₃还可以增强焊肉表面的耐腐蚀性。但此硅酸盐加入过多则会影响焊丝的电弧稳定性及熔敷金属的力学性能，所以适量为10-40份。

硅锰合金：在本申请中硅锰合金为主要脱氧剂，可降低焊缝金属的氧含量；其加入量过少时，脱氧变差，冲击韧性变差；加入量过高时，则强度过高，冲击韧性降低。适宜含量为100-140份。其中磷的适量加入可极大增强金属的耐腐蚀性，加入过多则会影响力学性能，也会增加裂纹敏感性。其中P所占质量分数为0.2-0.3％；本申请中通过控制硅锰合金中的磷含量，既增强了焊肉中磷含量的可控性，也保障了其在焊丝中分布的均匀性，较好的均衡了焊丝熔敷金属的力学性能、抗裂性及耐腐蚀性。

铝镁粉：Al、Mg均为强脱氧剂，其中Mg元素可提高熔渣的碱度，从而提高焊肉的机械性能。Al除了部分在脱氧时形成熔渣外，还有部分过渡到焊肉中，可在焊肉表面生成有效的硬化层，从而使焊肉的耐腐蚀性增强。另外，由于在焊接时Al产生的热量较Mg的低，有利于焊渣凝固，所以适当加入Al可改善焊丝的焊接成型，在立、横、仰位焊接时效果尤为明显。

硼铁粉：适量的硼可以细化晶粒，增加晶界面积，提高焊缝金属的强度及韧性；适量硼还可以改善焊肉的延展性能。但加入过量的硼会增加焊肉的裂纹倾向。另外，以硼铁合金的形式加入硼，既增强了焊肉中硼含量的可控性，也保障了其在焊丝中分布的均匀性。

从焊丝品质方面来说，Ni含量降低为80-130份，焊丝熔敷金属的耐腐蚀性会相应下降，抗拉强度也会相应降低；如果简单用其他合金成分来提高抗拉强度，要么耐腐蚀性不合格，要么冲击韧性不合格。经研究发现：适当提高Mo、P含量可以在提高焊丝熔敷金属的抗拉强度的同时，具有较好的耐腐蚀性；加入一定量的硼，则可以提高冲击韧性。

相对于现有技术，本发明所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝具有以下优势：

1、主要针对“距离海洋略远”处大气对焊缝金属的耐腐蚀性要求、性能要求以及适当降低成本等方面进行的综合性研究成果。将Ni含量降低，从而降低成本，再经适当提高Mo、P含量来提高焊丝熔敷金属的抗拉强度、并加入适量硼铁粉提高冲击韧性，使焊丝在力学性能满足要求的同时，又使焊缝金属的耐腐蚀性有较大提升；

2、使用金红石、硅酸盐、铝镁粉优化组合，使本申请焊丝具有更好的焊接工艺性；

3、药芯焊丝熔敷金属抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥400MPa，延伸率≥20％，-40℃冲击韧性≥60J；耐候性合金指数V：1.2～1.5；

4、不光具有良好的抗裂性能，而且具有耐海洋大气腐蚀性能，使耐海洋大气腐蚀桥梁可以免除涂装工序，具有环保优势；

5、还可以减少定期维护费用，综合成本低。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的17.8％。

所述药芯重量份数的组分，金红石310份、硅酸盐12份、氟化钠13份﹑氟化稀土5份、钾钠稳弧剂28份、硅锰合金100份、铝镁粉32份、镍粉83份、钼粉11份、铜粉23份、钛铁12份、硼铁粉26份、铁粉340份。

实验结果：

抗拉强度(Rm):562MPa；屈服强度：478MPa；延伸率(A％):28.0％；冲击韧性(试验温度-40℃、KV₂)：91J；熔敷金属扩散氢含量:4.6ml/100g；耐候性合金指数V:1.31。

实施例2

一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的16.6％。

所述药芯重量份数的组分，金红石352份、硅酸盐18份、氟化钠17份﹑氟化稀土8份、钾钠稳弧剂35份、硅锰合金108份、铝镁粉38份、镍粉93份、钼粉15份、铜粉28份、钛铁21份、硼铁粉28份、铁粉274份。

实验结果：

抗拉强度(Rm):573MPa；屈服强度：488MPa；延伸率(A％):26.5％；冲击韧性(试验温度-40℃、KV₂)：106J；熔敷金属扩散氢含量:4.2ml/100g；耐候性合金指数V:1.34。

实施例3

一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的15.5％。

所述药芯重量份数的组分，金红石395份、硅酸盐25份、氟化钠21份﹑氟化稀土11份、钾钠稳弧剂41份、硅锰合金115份、铝镁粉44份、镍粉103份、钼粉20份、铜粉34份、钛铁30份、硼铁粉30份、铁粉208份。

实验结果：

抗拉强度(Rm):550MPa；屈服强度：467MPa；延伸率(A％):27.5％；冲击韧性(试验温度-40℃、KV₂)：112J；熔敷金属扩散氢含量:3.9ml/100g；耐候性合金指数V:1.33。

实施例4

一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的14.5％。

所述药芯重量份数的组分，金红石438份、硅酸盐30份、氟化钠24份﹑氟化稀土14份、钾钠稳弧剂48份、硅锰合金123份、铝镁粉50份、镍粉113份、钼粉24份、铜粉39份、钛铁38份、硼铁粉32份、铁粉141份。

实验结果：

抗拉强度(Rm):586MPa；屈服强度：490MPa；延伸率(A％):26.0％；冲击韧性(试验温度-40℃、KV₂)：108J；熔敷金属扩散氢含量:4.0ml/100g；耐候性合金指数V:1.38。

实施例5

一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的13.3％。

所述药芯重量份数的组分，金红石480份、硅酸盐37份、氟化钠28份﹑氟化稀土17份、钾钠稳弧剂54份、硅锰合金135份、铝镁粉56份、镍粉123份、钼粉28份、铜粉44份、钛铁47份、硼铁粉35份、铁粉75份。

实验结果：

抗拉强度(Rm):594MPa；屈服强度：507MPa；延伸率(A％):25.5％；冲击韧性(试验温度-40℃、KV₂)：96J；熔敷金属扩散氢含量:3.6ml/100g；耐候性合金指数V:1.41。

实施例1-实施例5中，药芯焊丝满足药芯焊丝熔敷金属抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥400MPa，延伸率≥20％，-40℃冲击韧性≥60J；熔敷金属扩散氢含量≤5ml/100g；耐候性合金指数V：1.2～1.5。

针对距离海洋略远或周围大气中具有腐蚀性成分含量偏低的沿海工程在熔敷金属的耐腐蚀性满足要求的同时，其抗拉强度、抗冲击韧性也得到了优化，成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明围之内。

Claims (10)

1.一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：包括药芯和外皮；

所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石300-500份、硅酸盐10-40份、氟化钠10-30份﹑氟化稀土5-20份、钾钠稳弧剂25-60份、硅锰合金100-140份、铝镁粉30-60份、镍粉80-130份、钼粉10-30份、铜粉20-50份、钛铁10-50份，硼铁粉20-50份、铁粉70-350份。

2.根据权利要求1所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述药芯包括如下重量分数的组分，金红石350-480份、硅酸盐15-40份、氟化钠15-30份﹑氟化稀土7-18份、钾钠稳弧剂35-55份、硅锰合金105-135份、铝镁粉35-60份、镍粉90-125份、钼粉14-30份、铜粉25-45份、钛铁20-50份，硼铁粉25-40份、铁粉70-300份。

3.根据权利要求1所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：熔敷金属成分含量满足耐侯性合金指数V：1.2-1.5，其中

V＝1/{(1.0-0.16[C])×(1.05-0.05[Si])×(1.04-0.016[Mn])×(1.0-0.5[P])×(1.0+1.9[S])×(1.0-0.10[Cu])×(1.0-0.12[Ni])×(1.0-0.3[Mo])×(1.0-1.7[Ti])}；

其中[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[Cu]、[Ni]、[Mo]和[Ti]分别代表C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Mo和Ti的熔敷金属含量百分比。

4.根据权利要求1所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述金红石中TiO₂的质量分数为≥97％；硅酸盐中SiO₂的质量分数为35-45％、Al₂O₃的质量分数为55-65％。

5.根据权利要求1所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：硅锰合金中含有磷的质量分数为0.2-0.3％、含有锰的质量分数为65-72％。

6.根据权利要求1所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：铝镁粉中含有镁的质量分数为60-65％、镁+铝质量分数为≥98％。

7.根据权利要求1所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：镍粉中含有镍的质量分数≥99.5％；钼粉中含有钼的质量分数≥99.5％；铜粉中含有铜的质量分数≥99.5％。

8.根据权利要求1所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：硼铁粉中含有硼的质量分数为1-2％、含有铁的质量分数为≥97％。

9.根据权利要求1所述的一种50公斤级耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述药芯占焊丝总质量的13-18％；优选的，所述外皮以SPCC-SD冷轧低碳钢钢带为原料。

10.一种评价如权利要求1-9任一项所述的50公斤耐海洋大气腐蚀钢用钛型气保护药芯焊丝性能的方法，其特征在于：采用耐候性合金指数作为衡量指标。