CN111215788A - 一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石320‑450份、氟化钠10‑20份﹑氟化稀土10‑20份、钾钠稳弧剂35‑60份、碳酸钙5‑15份、镁砂10‑20份、硅锰合金120‑190份、金属锰30‑50份、镁粉20‑50份、镍粉45‑70份、铬粉10‑20份、铜粉15‑30份、钛铁10‑30份、硼铁1‑3份、铁粉50‑340份。该焊丝适用于Q500qNH级别耐候钢板焊接，且该焊丝的熔金在强度级别、耐候性满足要求的情况下还具有较好的低温冲击韧性。

Description

一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝
技术领域
本发明属于药芯焊丝技术领域，尤其是涉及一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝。
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。近年来，在我国的桥梁建设中，耐候钢的应用越来越多，如Q345qNH与Q420qNH级别钢板得到了广泛应用。并且随着我国桥梁建设向高速、重载、大跨度方向发展，耐候桥梁钢也正向高强方向发展。在近期的耐候钢桥梁项目中，就有设计使用Q500qNH级别耐候钢的，如莆炎高速路桥使用的就有Q500qNH钢板，要求配套药芯焊丝熔敷金属抗拉强度≥630MPa、屈服强度≥500MPa、KV2(-40℃)≥54J，因此亟需研发一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝。另外为了保证满足“焊材熔敷金属的耐腐蚀性指数I≥6.5”的要求，研发产品的熔敷金属的耐腐蚀性指数I应≥6.7。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，其熔敷金属抗拉强度≥630MPa，屈服强度≥500MPa，延伸率≥22％，KV2(-40℃)≥100J，熔敷金属耐腐蚀性指数I≥6.7。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石320-450份、氟化钠10-20份﹑氟化稀土10-20份、钾钠稳弧剂35-60份、碳酸钙5-15份、镁砂10-20份、硅锰合金120-190份、金属锰30-50份、镁粉20-50份、镍粉45-70份、铬粉10-20份、铜粉15-30份、钛铁10-30份、硼铁1-3份、铁粉50-340份。
优选的，焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石340-430份、氟化钠12-18份﹑氟化稀土12-18份、钾钠稳弧剂40-55份、碳酸钙7-12份、镁砂12-18份、硅锰合金130-170份、金属锰35-45份、镁粉30-40份、镍粉50-65份、铬粉12-18份、铜粉18-26份、钛铁15-25份、硼铁1-3份、铁粉70-300份。
优选的，焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石360-400份、氟化钠14-16份﹑氟化稀土14-16份、钾钠稳弧剂45-50份、碳酸钙8-10份、镁砂14-16份、硅锰合金140-160份、金属锰37-42份、镁粉32-38份、镍粉55-60份、铬粉14-16份、铜粉20-25份、钛铁18-22份、硼铁1-3份、铁粉100-250份。
优选的，金红石中TiO2的质量分数为≥97％；碳酸钙中CaCO3的质量分数为≥98.0％；镁砂中含有MgO的质量分数为≥98％；镍粉中含有镍的质量分数为≥99.5％；铬粉中含有铬的质量分数为≥99％；铜粉中含有铜的质量分数为≥99.5％。
优选的，所述氟化稀土中Ce元素占稀土元素质量≥80％；所述钾钠稳弧剂中K2O的质量分数为13-18％、Na2O的质量分数为2-10％、钛酸盐的质量分数为45-58％、硅酸盐的质量分数为22-29％，余量为质量分数≤2％的杂质，且各组分的质量分数之和为100％；所述硅锰合金中含有磷的质量分数为0.1-0.2％、含有碳的质量分数为0.8-1.1％、含有锰的质量分数为66-71％、含有硅的质量分数为18-20％、含有铁的质量分数为10-13％，余量为质量分数≤2％的杂质，且各组分的质量分数之和为100％；钛铁中含有钛的质量分数为25-35％；硼铁中含有硼的质量分数为18-25％。
优选的，焊丝表皮为SPCC-SD冷轧低碳钢钢带；焊丝的直径规格为1.2mm。
优选的，药芯占焊丝总重量的比例为12％～18％。
优选的，熔敷金属耐腐蚀性指数I≥6.7。
GB/T 4171-2008《耐候结构钢》中，耐腐蚀性指数I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)(％Cu)。
本发明还提供如上所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝在Q500qNH级别耐候钢板焊接中的应用。
本发明原理：
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。但是如果金红石含量过多或过少均会影响焊接工艺性及焊丝熔敷金属的力学性能。
氟化钠、氟化稀土：其中的氟具有脱氢的作用，但是含量过高时，飞溅现象会较为明显；其中的稀土元素还具有细化晶粒从而提高冲击韧性作用，尤其以Ce元素为主的稀土的作用更为明显，但是加入量过高同样会使溶滴过渡变慢，从而影响焊接工艺性。
钾钠稳弧剂：所述钾钠稳弧剂在本发明中主要起稳弧作用。
碳酸钙、镁砂：碳酸钙为造渣剂，具有提高焊渣碱度、增强熔池保护、提高熔敷金属抗拉强度的作用，但会增加焊接飞溅；与镁砂同时按一定比例使用则可以在继续提高冲击稳定性的同时，还能使焊丝的焊接工艺性不受加入了碳酸钙带来的不利影响。
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。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0.1-0.2％；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。
镁粉：为强脱氧剂，可提高熔渣的碱度，从而提高焊肉的机械性能。适量加入还可以改善熔滴过渡；如果加入过多则会使熔滴变大，同时会使熔渣凝固速度变慢，从而影响焊接工艺性。
硼铁：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。
镍粉：适量的镍可以提高焊缝金属的低温冲击韧性，同时也可以提高熔敷金属的耐腐蚀能力。但是过高的镍含量对低温冲击韧性的提升效果并不明显，且对会增大熔敷金属的热裂纹倾向，同时也会大幅度增加成本。
铜粉：铜能提高熔敷金属的耐大气腐蚀性能，缺点是在热加工时容易产生热脆；铜也是耐候性合金指数中的主要元素，对提高钢板的耐腐蚀性效果明显。
铬粉：添加Cr可以显著提高焊缝金属的耐腐蚀性，但对冲击韧性有较为明显的不利影响，且含量越多影响越大(在GB/T 4171-2008《耐候结构钢》标准要求含量范围内)，所以必须要综合考虑Cr含量。
相对于现有技术，本发明所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，具有以下优势：
本发明通过各组分的优化组合，使该产品熔金在强度级别、耐候性满足要求的情况下还具有较好的低温冲击韧性，可以用于Q500qNH级别耐候钢板焊接。
该耐候钢药芯焊丝用于配套耐田园大气腐蚀钢，主要用于耐田园大气腐蚀桥梁建设。桥梁可以免除涂装工序，具有环保优势；可以减少定期维护费用，综合成本低。与Q500qNH级别耐候钢板配套使用，可以使桥梁轻量化，减少钢材的使用。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明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。
下面结合实施例来详细说明本发明。
以下实施例以及对比例中使用的以下物质均满足以下要求：
金红石中TiO2的质量分数为97.5％；碳酸钙中CaCO3的质量分数为98.7％；镁砂中含有MgO的质量分数为99.0％；镍粉中含有镍的质量分数为99.6％；铬粉中含有铬的质量分数为99.4％；铜粉中含有铜的质量分数为99.7％；所述氟化稀土中Ce元素占稀土元素84.6％；所述钾钠稳弧剂中K2O的质量分数为16.0％、Na2O的质量分数为5.6％、钛酸盐的质量分数为51.8％、硅酸盐的质量分数为25.4％、余量为杂质；所述硅锰合金中含有磷的质量分数为0.15％、含有碳的质量分数为0.94％、含有锰的质量分数为68.4％、含有硅的质量分数为18.8％、含有铁的质量分数为10.7％，余量为杂质；钛铁中含有钛的质量分数为28.9％；硼铁中含有硼的质量分数为19.5％。
焊丝表皮为SPCC-SD冷轧低碳钢钢带；焊丝的直径规格为1.2mm。
实施例1
一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石330份、氟化钠11份﹑氟化稀土8份、钾钠稳弧剂38份、碳酸钙6份、镁砂11份、硅锰合金125份、金属锰35份、镁粉30份、镍粉48份、铬粉12份、铜粉18份、钛铁13份、硼铁1份、铁粉330份。
药芯占焊丝总重量的比例为17.2％。
实施例2
一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石430份、氟化钠17份﹑氟化稀土17份、钾钠稳弧剂52份、碳酸钙11份、镁砂17份、硅锰合金165份、金属锰43份、镁粉38份、镍粉62份、铬粉17份、铜粉26份、钛铁23份、硼铁3份、铁粉80份。
药芯占焊丝总重量的比例为12.9％。
实施例3
一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石380份、氟化钠15份﹑氟化稀土15份、钾钠稳弧剂46份、碳酸钙9份、镁砂15份、硅锰合金150份、金属锰40份、镁粉34份、镍粉57份、铬粉15份、铜粉22份、钛铁20份、硼铁2份、铁粉210份。
药芯占焊丝总重量的比例为14.8％。
试验结果汇总以及对比见表1、表2；
焊接条件如下：
母材：Q500qENH；保护气体：100％CO2；焊接电流：240～260A；焊接电压：28～29V；其余按GB/T 10045-2018要求执行。
表1熔敷金属化学成分(％)与耐腐蚀指数I
Figure BDA0002303237420000061
表2熔敷金属力学性能
Figure BDA0002303237420000062
对比例1
一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石380份、氟化钠15份﹑氟化稀土15份、钾钠稳弧剂46份、硅锰合金150份、金属锰40份、镁粉34份、镍粉57份、铜粉22份、钛铁20份、硼铁2份、铁粉210份。
药芯占焊丝总重量的比例为14.8％。
对比例2
一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石380份、氟化钠15份﹑氟化稀土15份、钾钠稳弧剂46份、碳酸钙9份、镁砂15份、硅锰合金165份、金属锰40份、镁粉34份、镍粉57份、铬粉15份、铜粉22份、钛铁20份、硼铁2份、铁粉210份。
药芯占焊丝总重量的比例为14.8％。
焊接条件如下：
母材：Q500qENH；保护气体：100％CO2；焊接电流：240～260A；焊接电压：28～29V；其余按GB/T 10045-2018要求执行。
试验结果汇总、对比见表3、表4所示。
表3熔敷金属化学成分(％)与耐腐蚀指数I
Figure BDA0002303237420000071
表4熔敷金属力学性能
Figure BDA0002303237420000072
总结：与对实施例3相比，各组分变化对效果的影响见下表：
Figure BDA0002303237420000073
Figure BDA0002303237420000081
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，凡在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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，其特征在于：焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石320-450份、氟化钠10-20份﹑氟化稀土10-20份、钾钠稳弧剂35-60份、碳酸钙5-15份、镁砂10-20份、硅锰合金120-190份、金属锰30-50份、镁粉20-50份、镍粉45-70份、铬粉10-20份、铜粉15-30份、钛铁10-30份、硼铁1-3份、铁粉50-340份。
2.根据权利要求1所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，其特征在于：焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石340-430份、氟化钠12-18份﹑氟化稀土12-18份、钾钠稳弧剂40-55份、碳酸钙7-12份、镁砂12-18份、硅锰合金130-170份、金属锰35-45份、镁粉30-40份、镍粉50-65份、铬粉12-18份、铜粉18-26份、钛铁15-25份、硼铁1-3份、铁粉70-300份。
3.根据权利要求1所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，其特征在于：焊丝药芯包括如下重量份数的组分，金红石360-400份、氟化钠14-16份﹑氟化稀土14-16份、钾钠稳弧剂45-50份、碳酸钙8-10份、镁砂14-16份、硅锰合金140-160份、金属锰37-42份、镁粉32-38份、镍粉55-60份、铬粉14-16份、铜粉20-25份、钛铁18-22份、硼铁1-3份、铁粉100-250份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，其特征在于：金红石中TiO2的质量分数为≥97％；碳酸钙中CaCO3的质量分数为≥98.0％；镁砂中含有MgO的质量分数为≥98％；镍粉中含有镍的质量分数为≥99.5％；铬粉中含有铬的质量分数为≥99％；铜粉中含有铜的质量分数为≥99.5％。
5.根据权利要求1～3任一项所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，其特征在于：所述氟化稀土中Ce元素占稀土元素质量≥80％；所述钾钠稳弧剂中K2O的质量分数为13-18％、Na2O的质量分数为2-10％、钛酸盐的质量分数为45-58％、硅酸盐的质量分数为22-29％，余量为质量分数≤2％的杂质，且各组分的质量分数之和为100％；所述硅锰合金中含有磷的质量分数为0.1-0.2％、含有碳的质量分数为0.8-1.1％、含有锰的质量分数为66-71％、含有硅的质量分数为18-20％、含有铁的质量分数为10-13％，余量为质量分数≤2％的杂质，且各组分的质量分数之和为100％；钛铁中含有钛的质量分数为25-35％；硼铁中含有硼的质量分数为18-25％。
6.根据权利要求1～3任一项所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，其特征在于：焊丝表皮为SPCC-SD冷轧低碳钢钢带；焊丝的直径规格为1.2mm。
7.根据权利要求1～3任一项所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，其特征在于：药芯占焊丝总重量的比例为12％～18％。
8.根据权利要求1～3任一项所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝，其特征在于：耐腐蚀性指数I≥6.7。
9.根据权利要求1～8任一项所述的62公斤级耐候钢用钛型药芯焊丝在Q500qNH级别耐候钢板焊接中的应用。
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