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CN105234584A - 一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝 - Google Patents

一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体提供了一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，包括按质量百分含量计的如下化学成分组成：C≤0.01%，Si：0.40～0.60%，Mn：0.5～1.0%，Cr：1.25～1.55%，Ni：3.0～4.0%，Cu：0.17～0.30%，Ti：0.02～0.06%，B：0.002～0.006%，S：0.005～0.015%，P≤0.010%，余量为铁及不可避免的杂质。本发明通过对化学成分进行合理的设计，使本发明具有耐蚀性能好，熔敷金属强度适中，焊缝低温冲击韧性好，焊缝成型美观，飞溅小，焊接工艺性能优良等特点，同时，该实心焊丝采用富氩气体保护焊接，以S450EW钢板为基准其相对腐蚀率≤10%，可适用于650MPa级别的高耐蚀型耐候钢板的焊接。

Description

一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝。
背景技术
随着微合金化技术的开发和冶金工艺技术的进步,耐大气腐蚀钢配套焊接材料的开发使用始终处于一种增长的趋势，作为其连接主要手段的焊接来说，其配套的焊接材料的研发生产也越来越显得尤为急迫和重要。随着科学技术的发展，更高耐蚀要求的钢板需要更高级别的焊丝来匹配。
目前，随着国内科学技术的发展，在现有铁道货车用耐候钢的基础上，为进一步提高钢材的耐腐蚀性能，研究出了一种配套C80重载货车的高耐蚀型耐候钢钢板，将低合金钢耐腐蚀性能和车体使用寿命提高了约50%，推进了新一代大轴重载货车的材料基础，目前该钢板S450EW、S450AW均已经研制出来。
然而，现有的实心焊丝与上述高耐蚀型耐候钢钢板进行焊接时其焊缝抗拉强度太高，力学性能不稳定，且其工艺性能缺点较为明显，主要体现为焊接飞溅大、焊缝成型不良、焊接过程中焊丝顶板子等缺陷。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝在保证焊缝耐蚀性能的基础上，通过调整实心焊丝化学成分配方设计，稳定其焊缝力学性能，并改善其焊接飞溅大、焊缝成型不良、焊接过程中焊丝顶板子等焊接工艺性能缺点的问题。
本发明的技术方案是提供了一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，包括按质量百分含量计的如下化学成分组成：C≤0.01%，Si：0.40～0.60%，Mn：0.5～1.0%，Cr：1.25～1.55%，Ni：3.0～4.0%，Cu：0.17～0.30%，Ti：0.02～0.06%，B：0.002～0.006%，S：0.005～0.015%，P≤0.010%，余量为铁及不可避免的杂质。
本发明中作为优选地，所述高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝包括按质量百分含量计的下述化学成分组成：C：0.0059%，Si：0.45%，Mn：0.85%，Cr：1.30%，Ni：3.5%，Cu：0.18%，Ti：0.04%，B：0.003%，S：0.010%，P≤0.005%，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明中作为优选地，所述Ti与B的质量比为10:1。
本发明中作为优选地，所述高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝包括按质量百分含量计的下述化学成分组成：C：0.01%，Si：0.55%，Mn：1.0%，Cr：1.52%，Ni：3.8%，Cu：0.21%，Ti：0.05%，B：0.005%，S：0.012%，P：0.010%，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明的高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝适用于抗拉强度650Mpa级别的铁路车辆用高耐蚀型耐候钢的焊接。
本发明作为优选地，所述高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝在进行焊接时采用富氩气体保护，该富氩气体组成为80%的氩气和20%的二氧化碳气体。
本发明中高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝中化学成分的设计原则如下：
Cr具有提高焊缝耐蚀性能的作用，然而，Cr含量高于1.55%时，焊缝强度太高，其低温冲击性能很低，过高的Cr一方面增加了焊丝成本，另一方面过高的Cr使得焊接工艺性能变差，飞溅增加；而Cr含量低于1.25%时，焊缝耐腐蚀能力不足。
C是需要严格控制的元素之一，当焊丝中C的质量含量超过0.01%时，C元素在焊接过程中将使得焊缝的抗拉强度升高，从而造成焊缝韧性不足，另外，过多的C在焊缝中使得抗腐蚀元素Cr聚集，造成焊缝中的Cr贫化现象，一方面降低的焊缝的韧性，另一方面也降低了焊缝的耐腐蚀能力。但是，由于C元素在钢铁中是不可避免的，因此，必须严格控制焊缝中的C含量在0.01%以下但不包括0%。
Mn在焊缝中主要起脱氧作用，保证焊缝质量，在本焊丝成分中，Mn含量超过1.0%时，容易造成Mn偏析，在偏析区易产生M-A岛状组织，从而降低焊缝金属的韧性；Mn含量低于0.5%时，在本发明中使得焊缝脱氧和脱硫的能力不足，从而使得焊缝中出现非金属夹杂物，导致焊缝低温冲击韧性不足。
Si与Mn起着联合脱氧的作用，避免焊缝中产生气孔等缺陷，保证焊缝质量；然而，本发明中Si含量超过0.6%时，焊接时焊渣较多，使得引弧不良；Si含量低于0.4%时，在本发明中脱氧不足，容易形成气孔。
Ni配合Cr提高焊缝的耐腐蚀性能，另外，适量的Mn和Ni比例，使得焊缝中的针状铁素体增加，提高了焊缝的低温冲击韧性；然而，本发明中Ni含量高于4.0%时，焊缝中Mn、Ni比例失调，导致焊缝低温冲击值下降；Ni含量低于3.0%时，焊缝耐腐蚀能力不足。
Cu主要配合Ni和Cr等元素联合提高焊缝的耐大气腐蚀性能，当Cu含量超过0.3%时，容易造成焊缝开裂；当Cu含量低于0.17%时，焊缝耐腐蚀能力不足。
Ti主要起稳弧的作用，当Ti含量大于0.06%时，铁水较粘，盘条外观质量差，焊丝生产过程不顺畅，当Ti含量低于0.02%时，焊接过程中的飞溅过大。
B主要与Ti元素配合，提高焊缝的低温冲击性能。
S、P作为杂质元素，应控制在合理范围内，当焊丝中P>0.010%时，S>0.015%时，焊丝的焊接性能将会大大降低；但是，当焊丝中S含量低于0.005%时，焊接过程中的铁水较粘，焊缝成型差。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝通过选用Cr、Ni、Cu元素来保证焊缝具有足够的耐大气腐蚀能力，通过控制C、S、Mn元素的含量来达到控制焊缝的抗拉强度和改善焊缝成型的目的，通过选用Ti-B、Mn-Ni组合提高焊缝的低温冲击性能，并降低焊接过程中的飞溅，解决焊丝熔化速度慢的问题。
(2)本发明提供的这种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝具有耐蚀性能好，熔敷金属强度适中，焊缝低温冲击韧性好，焊缝成型美观，飞溅小，焊接工艺性能优良等优点。
(3)本发明提供的这种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝采用富氩气体（80%Ar+20%CO2）保护焊接，其相对腐蚀率（以S450EW钢板为基准）≤10%，可用于650MPa级别的S450EW等高耐蚀型耐候钢板的焊接。
具体实施方式
实施例1：
本实施例具体提供了一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，采用500Kg真空感应电炉冶炼焊丝用钢，再经过轧制，拉丝，镀铜，层绕等工序制成直径为1.175mm实心焊丝；该实心焊丝的主要化学成分（质量百分比）为C：0.01%，Si：0.40%，Mn：0.5%，Cr：1.25%，Ni：4.0%，Cu：0.30%，Ti：0.02%，B：0.002%，S：0.005%，P：0.008%，余量为铁和不可避免的杂质。
采用富氩气体保护，该富氩气体组成为80%的氩气(Ar)和20%的二氧化碳气体(CO2)，采用上述实心焊丝进行焊接试验，焊接电流为260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min。采用本实施例实心焊丝所得熔敷金属的力学性能抗拉强度达到754MPa，-40℃KV2冲击值达65J，相对腐蚀率7.0%（以S450EW钢板为基准）。同时，该高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，无气孔，成型美观。
本发明提供的这种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝通过选用Cr、Ni、Cu元素来保证焊缝具有足够的耐大气腐蚀能力，通过控制C、S、Mn元素的含量来达到控制焊缝的抗拉强度和改善焊缝成型的目的，通过选用Ti-B、Mn-Ni组合提高焊缝的低温冲击性能，并降低焊接过程中的飞溅，解决焊丝熔化速度慢的问题。
实施例2：
本实施例具体提供了一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，采用500Kg真空感应电炉冶炼焊丝用钢，再经过轧制，拉丝，镀铜，层绕等工序制成直径为1.175mm实心焊丝。该实心焊丝的化学成分（质量百分比）为C：0.0059%，Si：0.60%，Mn：1.0%，Cr：1.55%，Ni：3.0%，Cu：0.17%，Ti：0.06%，B：0.006%，S：0.015%，P：0.007%，余量为铁和不可避免的杂质。
以富氩气体（80%Ar+20%CO2）保护，采用上述实心焊丝进行焊接试验，焊接电流为260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min。采用本实施例实心焊丝所得熔敷金属力学性能抗拉强度达到723MPa，-40℃KV2冲击值达98J，相对腐蚀率0.2%（以S450EW钢板为基准）。同时，该高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，无气孔，成型美观。
实施例3：
本实施例具体提供了一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，采用500Kg真空感应电炉冶炼焊丝用钢，再经过轧制，拉丝，镀铜，层绕等工序制成直径为1.175mm实心焊丝。该实心焊丝的主要化学成分（质量百分比）为C：0.0059%，Si：0.45%，Mn：0.85%，Cr：1.30%，Ni：3.5%，Cu：0.18%，Ti：0.04%，B：0.003%，S：0.010%，P：0.005%，余量为铁和不可避免的杂质。
以富氩（80%Ar+20%CO2）气体保护，采用上述焊丝进行焊接试验，焊接电流为260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min。所得熔敷金属力学性能抗拉强度达到717Mpa，-40℃KV2冲击值达132J，相对腐蚀率0.8%（以S450EW钢板为基准）。同时，该高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，无气孔，成型美观。
实施例4：
本实施例具体提供了一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，采用500Kg真空感应电炉冶炼焊丝用钢，再经过轧制，拉丝，镀铜，层绕等工序制成直径为1.175mm实心焊丝。该实心焊丝的主要化学成分（质量百分比）为C：0.0032%，Si：0.55%，Mn：1.0%，Cr：1.34%，Ni：3.5%，Cu：0.20%，Ti：0.04%，B：0.004%，S：0.010%，P：0.010%，余量为铁和不可避免的杂质。
以富氩（80%Ar+20%CO2）气体保护，采用上述焊丝进行焊接试验，焊接电流为260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min。所得熔敷金属力学性能抗拉强度达到668Mpa，-40℃KV2冲击值达82J，相对腐蚀率3.0%（以S450EW钢板为基准）。同时，该高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，无气孔，成型美观。
实施例5：
本实施例具体提供了高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，采用500Kg真空感应电炉冶炼焊丝用钢，再经过轧制，拉丝，镀铜，层绕等工序制成直径为1.175mm实心焊丝。该实心焊丝的主要化学成分（质量百分比）为C：0.01%，Si：0.55%，Mn：1.0%，Cr：1.52%，Ni：3.8%，Cu：0.21%，Ti：0.05%，B：0.005%，S：0.012%，P：0.010%，余量为铁和不可避免的杂质。
以富氩（80%Ar+20%CO2）气体保护，采用上述焊丝进行焊接试验，焊接电流为260～280A，焊接电压28V，焊接速度25cm/min。所得熔敷金属力学性能抗拉强度达到768Mpa，-40℃KV2冲击值达96J，相对腐蚀率4.0%（以S450EW钢板为基准）。同时，该高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，无气孔，成型美观。
综上所述，本发明提供的这种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝具有耐蚀性能好，熔敷金属强度适中，焊缝低温冲击韧性好，焊缝成型美观，飞溅小，焊接工艺性能优良等优点；另外，采用富氩气体（80%Ar+20%CO2）保护焊接，其相对腐蚀率≤10%（以S450EW钢板为基准），可用于650MPa级别的S450EW等铁路车辆用高耐蚀型耐候钢板的焊接。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，其特征在于：包括按质量百分含量计的如下化学成分组成：C≤0.01%，Si：0.40～0.60%，Mn：0.5～1.0%，Cr：1.25～1.55%，Ni：3.0～4.0%，Cu：0.17～0.30%，Ti：0.02～0.06%，B：0.002～0.006%，S：0.005～0.015%，P≤0.010%，余量为铁及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，其特征在于：包括按质量百分含量计的下述化学成分组成：C：0.0059%，Si：0.45%，Mn：0.85%，Cr：1.30%，Ni：3.5%，Cu：0.18%，Ti：0.04%，B：0.003%，S：0.010%，P≤0.005%，余量为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，其特征在于：所述Ti与B的质量比为10:1。
4.如权利要求1或3所述的高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝，其特征在于：包括按质量百分含量计的下述化学成分组成：C：0.01%，Si：0.55%，Mn：1.0%，Cr：1.52%，Ni：3.8%，Cu：0.21%，Ti：0.05%，B：0.005%，S：0.012%，P：0.010%，余量为铁和不可避免的杂质。
5.如权利要求1～4中任一项所述的高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝的运用，其特征在于：所述气体保护实心焊丝用于抗拉强度650Mpa级别的铁路车辆用高耐蚀型耐候钢的焊接。
6.如权利要求5所述的高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝的运用，其特征在于：所述高耐蚀型耐候钢用气体保护实心焊丝在进行焊接时采用富氩气体保护，该富氩气体组成为80%的氩气和20%的二氧化碳气体。
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