TW202419190A - 用於異種材焊接的填充金屬 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種用於接合焊接完全奧氏體不鏽鋼以及低合金化鋼及非合金化鋼之異種材的填充金屬。本發明係關於實心焊線電焊條以及藥芯焊線，其中該焊線在室溫下在兩種異種基底材料之間具有自然腐蝕電位（fcp）以能夠實現多材料設計而無接觸腐蝕問題。
Description
本發明係關於一種填充金屬，其用於具有TWIP硬化作用之完全奧氏體不鏽鋼（fully austenitic stainless steel）第一材料與異種低合金化鋼或非合金化鋼第二材料之間的焊接接頭。此外，本發明係關於一種具有TWIP硬化作用之完全奧氏體不鏽鋼第一材料與包含位於第一材料與第二材料之間的填充金屬之異種低合金化鋼或非合金化鋼第二材料之間的接合焊接。本發明進一步關於填充金屬在焊接製程中之用途。本發明再進一步關於一種焊接異種材料之方法。另外，本發明係關於一種接頭焊接件之用途。
運輸行業，尤其關於汽車車體之汽車工業的製造商極其重視輕量概念，以減少車輛重量且因此減小CO
2排放及燃料消耗以及亦改善駕駛動態或駕駛便利性。由此，一種用於輕量構造之策略為輕量材料設計。其描述一個組件內部的材料由另一種具有更高輕量化潛力的材料置換，藉此應考慮成本及加工主題。而且其他輕量構造策略，如概念性輕量、條件性輕量設計、形式輕量設計或結構輕量設計可受合宜的材料影響，藉此「合宜的」在此處意謂能夠實現所需組件特性，此係因為所選擇材料亦為有成本效益的、全世界可獲得的且可整合至汽車製程鏈中。因此，新穎的能夠實現輕量（lightweight-enabling）的材料為運輸系統製造中之一個關鍵因素。除汽車工業以外，其他運輸應用，如公共汽車、卡車、一般商用車輛以及鐵路車輛及農用車輛亦受輕量的驅使。此外，關於如燃料電池、電動動力（electric mobility）、燃氣驅動車輛或混合型式之替代動力裝置的運輸概念與輕量成果密切相關。
錳-鉻合金化奧氏體不鏽鋼可鑑別為一種提供機械技術特性以增加組件狀態之輕量的材料組。CH專利申請案202283描述此類錳-鉻合金化鋼之範圍。其他實例可經EP專利申請案1087029A2、DE專利申請案4242757C1、WO專利申請案2013107730 A1或WO專利申請案0224969A1提供。此外，WO專利申請案2006027091A1描述使用此類不鏽鋼組用於吸收車輛碰撞期間之衝擊能的組件或用於耐磨應用的益處。此外，由於碳及氮元素的間隙溶解之原子，強度亦得到提高。此外，WO專利申請案2010102601 A1提及此類鋼之孿晶誘導塑性（Twinning Induced Plasticity，TWIP）的硬化作用。由於裝載具有塑性變形之材料，微觀結構展現密集型孿晶作用。因此，此組具有TWIP硬化作用之奧氏體不鏽鋼可在材料製造期間冷軋至至多2,000 MPa之更高強度水平，同時伸長率減小。且亦在藉由成形技術進行組件製造期間或組件之使用壽命期間，由於撞擊、碰撞或衝撞，材料將硬化且因此顯著增加乘客安全性。自此作用推導出，進一步輕量化潛力係可能的。特定言之，高屈服及拉伸強度結合高伸長率（延展性）之極佳組合同時為車體製造之應用領域提供關於冷成形操作的新設計可能性，且因此具有成本益處、高週期時間及輕量化。
在運輸系統中以及在許多其他應用領域中建立新材料的一個重要態樣為可焊性問題，尤其在與其他材料之異種焊接組合中。此類混合構造或所謂的「多材料設計（Multi-material-design）」為目前運輸系統中的先進技術。對於不鏽鋼與非合金化或低合金化碳鋼之組合，術語「黑白組合（black-white combination）」在焊接方面使用。除在不具有填充金屬的情況下操作之接合方法（如電阻焊接）之外，亦存在其中填充金屬係強制性必需的其他焊接程序，例如氣體-金屬弧焊接。且亦對於其中填充金屬視情況取決於焊接件之組態的焊接程序，如雷射光束焊接、TIG或電漿焊接，填充金屬可支援焊接任務（welding task），例如以橋接間隔。
DE專利申請案102009007470A1描述一種用於高合金化錳鋼之材料組的藥芯焊線（flux cored wire）。所提及專利申請案之目的視材料而定以避免熱脆性、硬度增加、孔隙形成，且因此通常降低易開裂性。作為用於藥芯焊線之護套材料，使用非合金化軟鋼。另外，根據標準EN ISO 14700:2014-07（「Welding consumables - Welding consumables for hard-facing」）之填充金屬被定義為「T Fe9」，亦被稱作「MEGAFIL® A 220 M」。此填充金屬經研發以用於焊接如挖掘機鏟之耐磨應用的硬面（hardfacing），且係基於0.6%碳（C）、0.6%矽（Si）、3.8%鉻及14.5%錳。
不鏽鋼之焊接理論的當前技術與其耐腐蝕性有關，且因此亦與維持焊接件內部之耐腐蝕性有關，其結果包括在與基底材料有關之較高合金化、所謂的「過度合金化」填充金屬中燃燒焊接材料。奧氏體不鏽鋼之標準填充金屬為1.4370（G 18 8 Mn，根據DIN EN ISO 14343:2017-08）或1.4316（G 19 9 L Si），其亦可用於具有TWIP硬化作用之錳及鉻合金化完全奧氏體不鏽鋼之群組。此等種類之填充金屬主要與鉻及鎳加錳合金化，例如1.4370與19.0%鉻（Cr）、9.0 %鎳（Ni）及7.0%錳（Mn）合金化。尤其鎳元素使材料成本增加，且此外在倫敦金屬交易所（London Metal Exchange）進行交易且因此價格有所波動，其導致不利於計算視特定運輸應用而定的在7年直至20年內的長期連續生產運作。
除此等不足之處以外，用於奧氏體不鏽鋼之標準化填充金屬實際上增加焊接件之耐腐蝕性。對於具有較低耐腐蝕低合金化鋼及非合金化鋼或鋁合金之異種材，其導致自然腐蝕電位（free corrosion potential，fcp）之較高差異，且因此對於較不貴重的材料，在作為較高合金化奧氏體不鏽鋼之搭配材料的此等情況下，導致加速之接觸腐蝕風險更高。充當陽極之較不貴重的材料維持腐蝕引起之移除速率，其在不與貴重奧氏體不鏽鋼接觸之情況下不會發生。腐蝕速度[µm/a]藉由在兩種基底材料之間具有電解質（例如濕氣）而增加。此外，尤其存在於用於搭接接頭之車體工程中的間隔表示電解質濃度累積之電勢場（potential field），且因此產生較不貴重材料之另一加速腐蝕移除速率。在所描述機制之情況下，如鋁之被動材料亦可經極化且以如斑蝕或裂縫腐蝕之局部腐蝕現象起始。該效應亦稱作雙金屬腐蝕且為電流腐蝕之特定腐蝕類型。因此，如藉由接合或體腔密封（body-cavity sealing）使兩種材料完全分隔的其他腐蝕保護操作係必要的，但包括成本及製造工作增加。除此以外，組件使用壽命將減少且修復工作將增加。
目前先進技術不存在用於完全奧氏體不鏽鋼之材料組的相關且類似的填充金屬，該等完全奧氏體不鏽鋼主要與錳及鉻合金化且具有TWIP硬化作用。不鏽鋼之焊接理論的當前技術與其耐腐蝕性有關，且因此亦與維持焊接件內部之耐腐蝕性有關，其結果包括在與基底材料有關之較高、所謂的「過度合金化」填充金屬中燃燒焊接材料。據此，在運輸系統之應用領域中並不存在用於進行較低耐腐蝕材料之異種焊接任務的所提及材料組之平衡的填充金屬。
因此，本發明之目標為消除先前技術之一些缺點，且獲得用於接合焊接具有TWIP硬化作用之完全奧氏體不鏽鋼以及低合金化鋼及非合金化鋼之異種材的填充金屬。本發明係關於實心焊線電焊條（solid wire electrode）以及藥芯焊線，其中該焊線在室溫下在兩種異種基底材料之間具有自然腐蝕電位（fcp）以能夠實現多材料設計而無接觸腐蝕問題。
本發明之一目標為提供一種用於接合焊接完全奧氏體不鏽鋼以及低合金化鋼及非合金化鋼之異種材的填充金屬。本發明進一步關於實心焊線電焊條以及藥芯焊線，其中該焊線在室溫下在兩種異種基底材料之間具有自然腐蝕電位（fcp）以能夠實現多材料設計而無接觸腐蝕問題。亦揭示包含填充金屬之接合焊接件、填充金屬之用途、使用填充金屬之焊接方法及包含填充金屬之接合焊接件的用途。
本發明係由獨立申請專利範圍中所揭示之內容限定。較佳具體實例闡述於附屬申請專利範圍中。
如上文所提及，本發明係關於填充金屬，其用於具有TWIP硬化作用之完全奧氏體不鏽鋼第一材料與異種低合金化鋼或非合金化鋼第二材料之間的焊接接頭。在一具體實例中，填充金屬由以下組成：重量%小於或等於0.08%碳（C）、0.3% - 0.6%矽（Si）、12.0% - 22.0%錳（Mn）、大於或等於8.0%但小於或等於18.5%鉻（Cr）、小於或等於2.0%鎳（Ni）、與式Nb = 4×(C)有關之小於或等於2.0%鈮（Nb），及進一步視情況小於或等於2.0%鉬（Mo）、小於或等於0.15%釩（V）、小於或等於0.2%鋁（Al），其餘為鐵及不可避免的雜質。
本發明之填充金屬中元素合金化的作用描述於下文中：
鉻在鋼物件之表面上產生氧化鉻鈍化層且因此實現基本耐腐蝕性。在一個具體實例中，填充金屬含有12.5% - 16%鉻（Cr）。
除鉻之外，錳為第2主要合金化元素且充當強奧氏體（austenite）形成物，確保填充金屬為穩定奧氏體微觀結構且實現TWIP作用。其進一步減少更易揮發且更昂貴的元素鎳之使用。錳亦提高氮在後續液體焊接池中之溶解度。因此，在焊接期間使用添加有2% ≤氮≤ 10%之護氣係適合的，此係因為Mn + N之組合作為強度及耐斑蝕增加效應起作用。同時，錳無法代替鎳形成熱裂相，從而降低了焊接風險。
超過22%錳開始產生負面作用，因為較高含量使得填充金屬合金之去碳化製程更加困難，過多地削弱表面品質且降低鋼之耐腐蝕性以實現本發明之期望的自然腐蝕電位。最後，作為奧氏體形成物之錳在一具體實例中係主要元素，以確保微觀結構之奧氏體穩定性及填充金屬之必要疊差能係完全奧氏體的且不可磁化的。
矽抑制氧化之傾向。矽含量限於0.3% - 0.6%以避免熱裂紋之不必要暴露，且亦在所得焊接件內部繞過不合需要之低熔融相。
在一具體實例中，將鉬視情況添加至本發明之填充金屬，尤其用於特定腐蝕性組件內部的焊接件。鉬連同鉻及氮具有針對斑蝕之額外較高抗性。
將鈮添加至化學組成物中引起晶粒細化，且進一步鈮導致細碳化物之分離。對於焊接重要的係鈮因此展示高脆性斷裂不敏感性及抗衝擊性。此外，鈮使碳含量穩定，且因此鈮避免Cr
23C
6碳化物增加且因此避免晶粒間腐蝕之風險。此外，鈮改善應力腐蝕之耐性。除鈮以外，釩經含量小於0.15%之合金化。釩增加晶粒細化之作用且使得本發明之化學組成物對過熱更不敏感。
如上文所描述，碳含量限於小於或等於0.08%以降低或避免晶粒間腐蝕之風險。在一具體實例中，填充金屬含有小於或等於0.03%碳（C），其對應於填充金屬之低碳品質（low-carbon quality，LC）。
相比於奧氏體不鏽鋼之當前最新技術的標準化填充金屬，儘可能地避免作為貴重金屬之鎳以減少揮發性及成本較高因素，而且避免熱裂紋支撐相且尤其減少自然腐蝕電位。此外，避免鎳與來自較不貴重基底材料之低熔融相組合減少了關於液態金屬脆化的危險，例如如同在非合金化鋼表面上之鋅的表面塗層。此外，由於在焊接期間填充金屬之燃燒，鎳可導致由焊接煙霧排放引起的癌症及哮喘。因此，在一具體實例中，鎳之量限於0.5%或更少。
在另一具體實例中，填充金屬具有不可磁化特性及在22 mJ/m² ≤ SFE ≤ 24 mJ/m²之間的疊差能。奧氏體形成物錳確保微觀結構之奧氏體穩定性及填充金屬之必需疊差能係完全奧氏體的及不可磁化的。疊差能（stacking fault energy，SFE）藉由經驗模型基於材料之化學組成及溫度而計算。在本發明之具體實例中，來自Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule（RWTH）Aachen之地質資源與材料工程學院的Twardowski「Mikrostrukturelle Beschreibung von Verformung und Schädigung hoghmanganhaltiger Stähle mit TRIP - und TWIP- Effekt」在2013年提交之博士論文中的方程式2.5適用於合金化系統Fe-Mn-C：
γ
SF= 2ρ∆G
γ→ϵ+ 2σ
γ/ϵ（1）
其中ρ =沿滑線{111}之莫耳表面密度，
σγ/ϵ =奧氏體與ε-馬氏體（martensite）之間的界面（表面）能量，此處遵循考慮錳之溫度及含量的相關性的所提及之方法
∆Gγ→ϵ =自由吉布斯能（free Gibbs energy）在奧氏體變化為馬氏體期間之變化。
在一個具體實例中，填充金屬為在遞送條件下不含δ-鐵氧體量之完全奧氏體材料。出於具體實例之目的，遞送條件意謂焊接之前的填充金屬之條件。在另一具體實例中，在遞送條件下，填充金屬為直徑d ≤ 4.0mm，更佳在0.8 mm ≤ d ≤ 1.2 mm之間的實心焊線電焊條。在另一具體實例中，在遞送條件下，填充金屬為用不鏽鋼合金護覆之金屬包芯焊線電焊條或藥芯焊線，該填充金屬包含總量小於或等於2.5 %的至少一種選自由MnO、MnO
2、Mn
3O
4、Fe
2O
3、SiO
2、TiO
2或ZrO
2組成之群的添加劑。
視填充金屬之準確化學分析而定，本發明填充金屬之化學組成物在於-200 ≤ fcp ≤ -400 [mV/EH]之間的自然腐蝕電位之恆定電位量測期間產生。使用0.5% NaCl溶液作為檢驗溶液，其對應的ph比為7。用24小時限定檢驗時間且在室溫下進行測試。量測表面為6 cm²，由此針對銀（AG）/氯化銀（AgCl）電焊條執行量測。彼情形意謂，填充金屬將貴重金屬基底材料側（奧氏體不鏽鋼）以及較不貴重金屬基底材料側（低合金化及非合金化鋼，鋁合金）之自然腐蝕電位的差值降低至低於ΔU ≤ 200 mV之臨界電位差。
所描述之降低之電位差的效應亦導致在腐蝕性介質中負載之後，對焊接且隨後陰極浸塗之樣品之較不貴重基底材料側的明顯較低滲入。作為測試標準，在十個週期內進行根據VDA233-102之交替氣候測試。樣品以平式焊接件（butt-weld）形式製備且在焊接之後另外因碎石及晶格切割受損，隨後開始腐蝕測試。根據DIN EN ISO 4628-8之受損塗層的滲入程度在較不貴重的基底材料側上顯著降低至0級（無滲入）。根據DIN EN ISO 4628-2之起泡程度亦能夠藉由「0」級（「S0」）評估。
與本發明之填充金屬的降低之自然腐蝕電位無關，填充金屬且因此焊接件之鉻含量能夠實現腐蝕保護，即使焊接區域中之陰極浸塗受到局部破壞亦如此。受保護與受損區域之表面比率以及鉻含量為有利的。
本發明之一個較佳具體實例為主要歸因於與形成合金元素之鐵氧體之含量相關的錳含量，獲得在遞送條件中不含δ-鐵氧體量且提供孿晶誘導塑性（TWIP）硬化機制的完全奧氏體填充金屬材料。具有奧氏體微觀結構的填充金屬具有面心立方晶格（face-centered cubic lattice，FCC）。金屬材料之微觀結構中的孿晶作用大體定義為共用一些相同晶格的兩個個別晶體。藉此，孿晶作用常常伴隨經由晶格差排產生之調節塑性。因此，奧氏體穩定性、不可磁化作用及孿晶作用受以毫焦耳/平方公尺為單位之疊差能（SFE）影響。SFE為中斷晶體結構內之原子的規則堆疊序列且因此造成如二維晶格缺陷之疊差所需的能量。為了在無任何δ-鐵氧體量之情況下實現非磁性作用，SFE較佳在22 - 24 mJ/m
2之間。另外，SFE以此比率亦避免氫氣脆化之危險，因為無馬氏體轉變為可能的。
焊線可用於氣護金屬弧焊接（gas-shielded metal-arc welding，GMAW），例如用於具有高沈積速率之子程序，如雙線GMAW或串聯GMAW。焊線的一個優勢為其可進一步尤其用於焊接程序，其中填充金屬視情況類似於雷射光束焊接、TIG焊接或電漿弧焊接。在此等情況下之益處為再次減少兩種基底材料側之自然腐蝕電位的差值，且因此對於此類焊接程序而言亦避免接觸腐蝕。
在靜態以及動態負載之後，在焊接條件下對本發明之填充金屬關於其機械技術值進行測試。表1表示自以MnCr合金化TWIP-硬化不鏽鋼作為厚度t = 1.5 mm之基底材料使用GMAW的搭接接頭獲得的值。該等值與樣品之截面積相關，以避免樣品厚度或寬度之變化的影響。指定每個測試五個樣品之最小值、最大值及平均值。
表1.
| 值 | 具有拉伸樣品之靜態負載 Rm [MPa] | 具有拉伸衝擊樣品之每焊接區域的動態突變應力 E [J/mm²] | 斷裂位置 |
| 最小值 | 245 | 1.95 | 基底材料+焊接區 |
| 最大值 | 415 | 3.90 | 基底材料 |
| 平均值 | 308 | 3.35 | 基底材料 |
較佳地，所描述之本發明之填充金屬與提供如氦或更佳氬之高惰性氣體比率≥ 90%的護氣一起使用。對於GMAW，CO
2或O
2較佳呈至多10%活性氣體比率。此對應於根據DIN EN ISO 14175之主群組M1。對於TIG或電漿焊接，可使用主群組I（根據DIN EN ISO 14175），而且使用子群組R1（至多10%氫）、N2及N4（氮及氫至多10%）與本發明之方法一起操作。為了避免損失氮及錳，焊接件應儘可能小。氮損失導致強度損失且抗斑蝕性降低。出於此原因，在TIG焊接期間將≥ 2%但不超過10%的氮添加至氬護氣會使焊接池之氮損失降至最低。不一定必須對焊接形式或接頭類型進行限制。填充金屬可用於半自動焊接或完全機械化焊接程序，但手動焊接亦為可能的。
本發明之填充金屬較佳呈具有直徑d ≤ 4.0mm之實心焊線電焊條的形式。對於所提及之焊接程序及目標應用領域之要求（間隔條件），直徑應較佳在0.8 mm ≤ d ≤ 1.2 mm之間。本發明亦關於一種以金屬包芯焊線電焊條或藥芯焊線製造之填充金屬。在此情況下，如MnO、MnO
2、Mn
3O
4、Fe
2O
3、SiO
2、TiO
2或ZrO
2之添加劑必須單獨或組合地以小於或等於2.5%添加至護套材料內部之金屬粉末中。添加添加劑在焊接件內部產生較高純度程度且因此產生較佳機械技術值。對於本發明之填充金屬，不鏽鋼合金用作藥芯焊線護套材料，藉此無縫以及封閉形式的藥芯焊線係可能的。
本發明之填充金屬尤其經設計，且可有益於用於具有TWIP硬化作用之奧氏體不鏽鋼的經多材料設計之（「黑白組合」）異種材，以及用於組件的如經塗佈或未經塗佈之非合金化鋼及低合金化鋼或鋁合金的較不貴重金屬材料，或用於運輸車輛的用所提及基底材料製造之組件的異種組裝。由於奧氏體不鏽鋼基底材料側、在內部具有本發明之熔融填充金屬之焊接件上方及較不貴重第二基底材料側的有刻度之自然腐蝕電位，其為本發明之一較佳具體實例，焊接件區域由陽離子電泳（cataphoretic）或陰極浸塗保護。因此，結合所提及之異種材料組合的本發明之方法對於任何種類之車輛組件係有利的，尤其對於衝撞相關結構部件及底盤應用。此等車輛可為客車，且亦為與引擎類型無關之商用車輛、公共汽車、卡車、鐵路車輛或農用車輛。
在不需要焊線減小與低合金化鋼及非合金化鋼異種焊接中之自然腐蝕電位的差值及如均勻膨脹係數之其他需求的情況下，填充金屬亦可用於具有其他微觀結構及硬化作用之高合金化不鏽鋼。
其他具體實例係關於一種接合焊接件。在一個具體實例中，提供一種接合焊接件，其在具有TWIP硬化作用之完全奧氏體不鏽鋼第一材料與包含上述具體實例中之任一者之填充金屬的異種低合金化鋼或非合金化鋼第二材料之間。在一具體實例中，填充金屬位於第一材料與第二材料之間。在一個具體實例中，填充金屬在室溫下在第一材料與異種第二材料兩者之間具有在-200 ≤ fcp ≤ -400 [mV/EH]之間的自然腐蝕電位（fcp）。自然腐蝕電位（fcp）典型地在熱穩定性量測單元內部使用在pH 7下的1 mol之0.f% NaCl溶液且在室溫下以1 mV/s之饋入速率來量測。在另一具體實例中，填充金屬將第一材料與第二材料兩者之間的自然腐蝕電位之差減小至低於ΔU ≤ 200 mV，更佳ΔU ≤ 120 mV之臨界電位差。
根據具體實例之接合焊接件產生填充金屬與第一材料及第二材料之間的異種材。在另一具體實例中，具有填充金屬之異種材具有在245 MPa ≤ Rm ≤ 415 MPa之間的靜態拉伸負載及在1.95 J/mm² ≤ E ≤ 3.9 J/mm²之間的每焊接區域之動態突變應力。在根據DIN53448之拉伸衝擊測試中量測動態突變應力且滑塊之理論衝擊速度為5.235 m/s。擺錘機器之滑塊表示300焦耳工具。
其他具體實例係關於填充金屬在焊接製程中之用途。特定言之，在一具體實例中係關於上述具體實例中之任一者的填充金屬在焊接製程中之用途。在一具體實例中，焊接製程係選自由下表2組成之群。
表2.
| 焊接程序 | 根據Din ISO 857之文字符號 | 根據DIN EN ISO 4063之識別數目 |
| 氣護金屬弧焊接（GMAW） | MAG | 135 |
| 用包芯線電焊條的氣護金屬弧焊接（GMAW） | MAG | 136 |
| 鎢惰性氣體（Tungsten inert gas，TIG）焊接 | WIG | 141 |
| 電漿焊接 | WP | 15 |
| 雷射光束焊接 | LA | 52 |
| 電子束焊接（Elektronenstrahlschweißen） | EB | 51 |
其他具體實例係關於一種焊接異種材料之方法。在一具體實例中，該方法包含形成異種材料之間的接合焊接件之步驟，該接合焊接件包含根據上述具體實例中之任一者的填充金屬。
根據本發明之具體實例的接合焊接件適用於多種功能。
在一個具體實例中，上述具體實例中任一者之接合焊接件用於車輛之多材料異種焊接的部件中。在一特定具體實例中，接合焊接件用於具有內燃機或替代性動力傳動系之車輛的衝撞相關結構部件及底盤組件中，該車輛係選自由以下組成之群：公共汽車、卡車、商用車輛、鐵路車輛、農用車輛及客車。在另一具體實例中，接合焊接件用於如防護板之保護性元件的多材料異種焊接部件中。
此外，對於其中具有TWIP硬化作用之完全奧氏體不鏽鋼用作基底材料的一些特定相似焊接件，本發明之填充金屬亦可用於在焊接件中維持相同微觀結構條件。此可適用於如防護板之保護性元件或適用於維持電動引擎內部之焊接組件的不可磁化特性。因此，在一個具體實例中，接合焊接件用於使用完全奧氏體不鏽鋼作為電動引擎之不可磁化基底材料的類似焊接部件中。
說明本發明之具體實例
圖1繪示本發明之填充金屬（1）在平式焊接件構造內，其中具有TWIP硬化作用之完全奧氏體不鏽鋼的V焊接形式表示貴重基底材料側（2），且具有顯著較低自然腐蝕電位的金屬材料，如鋁合金或非合金化及低合金化表面塗佈之鋼表示較不貴重基底材料側（3）。在焊縫下方，繪示自然腐蝕電位之差，其展示填充金屬顯著減小兩種基底材料側之差。
參看以下圖式更詳細地繪示本發明，其中
[圖1]展示自側視圖示意性地可見的本發明之一個較佳具體實例。
1:填充金屬
2:貴重基底材料側
3:較不貴重基底材料側
Claims (15)
- 一種填充金屬，其用於在具有TWIP硬化作用的完全奧氏體不鏽鋼第一材料與異種低合金化鋼或非合金化鋼第二材料之間的焊接接頭， 其 特徵在於該填充金屬係由以下組成：重量%小於或等於0.08%的碳（C）、0.3% - 0.6%的矽（Si）、12.0% - 22.0%的錳（Mn）、大於或等於8.0%但小於或等於18.5%的鉻（Cr）、小於或等於2.0%的鎳（Ni）、與式Nb = 4×(C)有關之小於或等於2.0%的鈮（Nb），及進一步視情況小於或等於2.0%的鉬（Mo）、小於或等於0.15%的釩（V）、小於或等於0.2%的鋁（Al），其餘為鐵及不可避免的雜質。
- 如請求項1之填充金屬， 其中該填充金屬含有12.5% - 16.0%的鉻（Cr）。
- 如請求項1或2之填充金屬， 其中該填充金屬含有小於或等於0.03%的碳（C）。
- 如前述請求項中任一項之填充金屬， 其中該填充金屬具有不可磁化特性及在22 mJ/m² ≤ SFE ≤ 24 mJ/m²之間的疊差能。
- 如前述請求項中任一項之填充金屬， 其中該填充金屬為在遞送條件下不含δ-鐵氧體量之完全奧氏體材料。
- 如前述請求項中任一項之填充金屬， 其中該填充金屬為具有直徑d ≤ 4.0mm、更佳在0.8 mm ≤ d ≤ 1.2 mm之間的實心焊線電焊條（solid wire electrode）。
- 如前述請求項中任一項之填充金屬， 其中該填充金屬為用不鏽鋼合金護覆之金屬包芯焊線電焊條或藥芯焊線，該填充金屬包含總量小於或等於2.5%的至少一種選自由MnO、MnO 2、Mn 3O 4、Fe 2O 3、SiO 2、TiO 2或ZrO 2組成之群的添加劑。
- 一種接合焊接件，其在具有TWIP硬化作用之完全奧氏體不鏽鋼第一材料與異種低合金化鋼或非合金化鋼第二材料之間，該接合焊接件包含位於該第一材料與該第二材料之間的如請求項1至7中任一項之填充金屬， 其特徵在於該填充金屬在室溫下在該第一材料與該異種第二材料兩者之間具有在-200 ≤ fcp ≤ -400 [mV/EH]之間的自然腐蝕電位（free corrosion potential，fcp）。
- 如請求項8之接合焊接件， 其中該填充金屬將該第一材料與該第二材料兩者之間的該自然腐蝕電位之差減小至低於ΔU ≤ 200 mV，更佳ΔU ≤ 120 mV之臨界電位差。
- 如請求項8或9之接合焊接件， 其中具有該填充金屬之異種材（dissimilar welds）具有在245 MPa ≤ Rm ≤ 415 MPa之間的靜態拉伸負載及在1.95 J/mm² ≤ E ≤ 3.9 J/mm²之間的每焊接區域之動態突變應力（dynamic abrupt stress）。
- 一種如請求項1至7中任一項之填充金屬在焊接製程中的用途。
- 一種焊接異種材料之方法，其包含在該等異種材料之間形成接合焊接件之步驟，該接合焊接件包含如請求項1至7中任一項之填充金屬。
- 一種如請求項8至10中任一項之接合焊接件的用途，其用於車輛之多材料異種焊接部件，尤其用於具有燃燒但亦具有替代動力裝置之公共汽車、卡車、商用車輛、鐵路車輛、農用車輛及客車的衝撞相關結構部件及底盤組件。
- 一種如請求項8至10中任一項之接合焊接件的用途，其用於如防護板之保護性元件的多材料異種焊接部件中。
- 一種如請求項8至10中任一項之接合焊接件的用途，其用於使用完全奧氏體不鏽鋼作為電動引擎之不可磁化基底材料的類似焊接部件中。
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