CN102825401A

CN102825401A - 一种具有耐蚀性的气体保护焊用药芯焊丝

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Publication number: CN102825401A
Application number: CN2011101600127A
Authority: CN
Inventors: 刘芳芳; 付魁军; 王佳骥; 吕冬; 及玉梅; 郭晓宏
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明公开一种具有耐蚀性的气体保护焊用药芯焊丝，其特点是，合金粉末的化学成分及含量占焊丝总质量的百分比为：C0.03％～0.08％、Si 0.3％～0.7％、Mn 1.1％～1.5％、S≤0.015％、P≤0.02％、Cu 0.2％～0.5％、Cr 0.4％～0.8％、Ni 0.2％～0.6％、Ti 0.03％～0.1％，Sb0.02％～0.10％，其余为铁和不可避免的杂质，同时控制Cu/Sb元素的比例范围为4.0～8.0。本发明的焊丝熔敷金属和焊接接头具有良好的力学性能熔敷金属抗拉强度大于550MPa，-40℃冲击韧性在60J以上。其气体保护焊丝具有耐大气腐蚀和耐硫酸露点腐蚀性能的综合性能。同时其焊丝焊接参数范围调节宽，焊接工艺稳定，焊缝成型美观，适合全位置焊接。

Description

一种具有耐蚀性的气体保护焊用药芯焊丝

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种耐腐蚀焊接材料，具体是一种具有耐蚀性的气体保护焊用药芯焊丝。

背景技术

在工业生产中，重油或煤等燃料中通常含较高量的硫，这些燃料在燃烧过程中产生的烟气中含有硫的各种形式氧化物，它们与烟气中的水汽结合生成亚硫酸和硫酸，当环境温度处于150℃以下时，烟气中的硫酸出现露点，产生“硫酸露点腐蚀”现象，使燃烧和热交换***设备受到严重损害。与普通的大气腐蚀现象不同，硫酸露点腐蚀不仅腐蚀普通用碳钢，而且能够腐蚀不锈钢，对工业生产装置的危害极大。因此，在电力、石化、烟草等工业领域，以煤或重油为主要燃料的燃烧和热交换***，如密集烘烤炉热交换器、锅炉低温部位的空气预热器、省煤器、烟道、烟囱以及脱硫装置等设备已经广泛的采用了具有耐硫酸露点腐蚀特性的钢材。

耐硫酸露点腐蚀钢的推广及使用，有效解决了硫酸露点腐蚀所引起的材料、设备的腐蚀问题。然而在这类钢材使用的过程中发现，钢材和焊接材料的耐腐蚀性不匹配问题十分突出。现有焊接材料因不具备耐硫酸露点腐蚀的性能，致使焊接接头，尤其是焊缝处极易出现严重腐蚀，直接影响焊接结构的安全性和使用寿命。因此，开发具有良好耐硫酸露点腐蚀性的焊丝具有重要意义。实践证明，在焊丝中加入Ni、Cr、Cu、Mo、Sb、Sn、Se、W等元素，可以明显提高焊丝的耐腐蚀性能。

现有的耐腐蚀焊丝如：中国专利申请号200810047484.x公开的湖北猴王焊材有限公司提出的“高强度铁道车辆用耐候钢富氩气体保护焊丝”专利。其成分(质量百分比)如下：C 0.05％～0.10％、Si0.3％～0.5％、Mn 1.2％～1.45％、S≤0.015％、P≤0.015％、Cu0.2％～0.35％、Cr 0.3％～0.7％、Ni 0.2％～0.6％，余量为铁和不可避免的杂质。

中国专利申请号200310108200.0公开的宝山钢铁集团提出的“耐候气体保护焊丝”专利。其成分(质量百分比)如下：C≤0.1％、Si≤0.6％、Mn 1.2％～1.6％、S≤0.030％、P≤0.030％、Cu 0.1％～0.6％、Cr 0.3％～0.9％，Ni 0.2％～0.6％、Ti 0.03％～0.06％，余量为铁。

中国专利申请号200410013357.x公开的武汉钢铁集团公司提出的“高强度高韧性高耐候气保焊丝”专利，其成分(质量百分比)如下：C 0.04％～0.12％、Si 0.4％～0.8％、Mn 1.4％～2.0％、S≤0.015％、P≤0.02％、Cu 0.3％～0.5％、Cr 0.2％～0.5％、Ni 0.4％～1.0％、Ti0.06％～0.2％、B 0.002％～0.0079％、ALs≤0.02％余量为铁和不可避免的杂质。

以上专利均为耐大气腐蚀的实芯气保焊丝，焊丝中加入了Cr、Ni、Cu等元素，具有一定的耐大气腐蚀性能。但是，这几种焊丝对于硫酸露点腐蚀效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐硫酸露点腐蚀、耐大气腐蚀、高韧性的气体保护焊用药芯焊丝。主要适用于具有耐硫酸露点腐蚀和耐大气腐蚀的钢种的气体保护焊接。可确保所得熔敷金属及焊接接头具有良好的耐腐蚀性能，同时具有良好的综合性能，尤其是低温韧性较好，可达到-40℃时，冲击功大于60J，屈服强度大于450MPa。

本发明通过调整焊丝中的合金元素，研发出一种具有耐硫酸露点腐蚀，综合力学性能良好的气体保护焊用药芯焊丝。

本发明的目的是这样实现的，高韧性耐腐蚀气体保护焊用药芯焊丝，采用钢制外皮内填充合金粉末制成。其中所述的合金粉末中的合金元素占焊丝总质量的百分比为：C：0.03％～0.08％、Si：0.3％～0.7％、Mn；1.1％～1.5％、Cu：0.2％～0.5％、Cr：0.4％～0.8％、Ni：0.2％～0.6％、Ti：0.03％～0.1％，Sb：0.02％～0.10％，S≤0.015％、P≤0.02％，同时控制Cu/Sb元素的比例范围为4.0～8.0之间。

本焊丝的成分体系特点是加入了耐腐蚀元素Sb。

本发明的主要成分设计依据叙述如下：

C：在钢中常以碳化物的形式存在。从腐蚀的角度看，C含量在不同的介质中具有不同的影响。在非氧化性的酸性介质中，C含量增大，腐蚀速度加快。同时，过高的碳含量促进高碳马氏体的形成，会使焊缝金属淬硬性增加，塑性降低，增加焊缝金属冷裂纹敏感性。为了保证焊缝具有较高的耐腐蚀性能及韧性，C含量优选范围在0.03％～0.08％之间。

Mn：是主要脱氧剂，脱氧反应产生的氧化物夹杂和氧硫复合夹杂可作为针状铁素体的形核质点。焊缝中的Mn含量低于1.1％时，在熔滴和熔池反应阶段脱氧不充分，焊缝中氧含量过高，致使焊缝强度偏低。当焊丝中Mn含量过高时，易出现偏析，降低焊缝金属的韧性。本焊丝Mn元素范围需控制在1.1％～1.5％。

Si：与Mn起着联合脱氧作用。焊丝中Si的加入量为0.3％～0.7％，此范围是根据当焊缝中Mn/Si≈3时，具有较好的脱氧效果，并考虑在气体保护焊中两种元素的过渡系数而确定的。

Ti：与O、N元素的结合力较强，易形成TiO、TiO₂和TiN，成为针状铁素体的形核质点，促进奥氏体晶内针状铁素体的形成，从而细化焊缝组织，提高韧性。当Ti含量低于0.03％时，其细化焊缝组织，提高韧性的作用不明显，而含量高于0.1％时，过量的Ti元素反而会引起焊缝金属韧性的下降。同时，Ti元素的加入还可改善焊丝的焊接工艺性。

Cr：增加焊缝金属的抗氧化作用，提高焊丝耐腐蚀性。其优选范围为0.5％～0.8％。当含量超过0.8％后，焊缝金属的低温韧性严重下降。低于0.4％焊缝金属的耐腐蚀性不能保证。

Ni：可以提高焊丝低温韧性。保证焊缝金属在低温时具有较高的韧性。同时增强焊丝的耐腐蚀性。由于Ni属于贵重金属，当Ni含量较高时，提高焊丝生产成本。Ni的优选范围为0.25％～0.5％。

Cu：提高耐腐性最有效的元素。在一定条件下，Cu元素可以促进阳极钝化，从而降低腐蚀速度，当焊缝中含有足够量的铜时，在硫酸腐蚀的过程中可以生成Cu₂S保护膜，阻滞阴、阳极反应，从而提高焊缝金属的耐腐蚀性能，同时Cu在锈层中的富集亦可提高锈层的保护作用。当焊丝中添加Cu为0.1％～0.5％时，其耐腐蚀性能已有明显提高，而当焊丝中Cu含量超过0.5％后，焊丝的性能将恶化。

Sb：对改善耐蚀性十分有效，与Cu共同作用，可在焊缝表面形成致密的Cu₂Sb薄膜，阻止硫酸的进一步腐蚀，提高焊缝金属的耐硫酸露点腐蚀性。当Cu元素与Sb元素的含量比例在4.0～8.0之间时，形成的Cu₂Sb薄膜情况比较理性，可大大提高焊缝金属的耐硫酸腐蚀性。但是Sb含量较高时，可导致焊丝的焊接性下降，及焊缝金属在高温环境中的耐腐蚀性变差。

S、P作为杂质元素，应控制在合理范围内，当焊丝中的P＞0.02％，S＞0.015％时，焊丝的焊接性及焊缝金属的力学性能和耐蚀性能均会严重下降。

本发明采用冷轧钢带进行药芯焊丝的制作，使用的合金粉末粒度为80～100目，将合金粉末混合均匀按一定的填充率在焊丝轧制到U型时添加到焊丝中，将该焊丝经过12道次的拉拔，端面形状依次变为V-U-O，制作成直径为1.6mm的成品焊丝，焊丝拉拔道次依次为：4.6mm-4.3mm-4.0mm-3.6mm-3.2mm-3.0mm-2.8mm-2.6mm-2.4mm-2.2mm-2.0mm-1.8mm-1.6mm。

本发明的气体保护焊用药芯焊丝生产过程与普通气体保护焊用药芯焊丝无差异。

1、本发明的焊丝熔敷金属和焊接接头具有良好的力学性能熔敷金属抗拉强度大于550MPa，-40℃冲击韧性在60J以上。

2、本发明的气体保护焊丝具有耐大气腐蚀和耐硫酸露点腐蚀性能的综合性能。

3、本发明焊丝焊接参数范围调节宽，焊接工艺稳定，焊缝成型美观，适合全位置焊接。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细说明，

本发明焊丝其中所述的合金粉末中合金元素占焊丝总质量的百分比为：C：0.03％～0.08％、Si：0.3％～0.7％、Mn：1.1％～1.5％、Cu：0.2％～0.5％、Cr：0.4％～0.8％、Ni：0.2％～0.6％、Ti：0.03％～0.1％，Sb：0.02％～0.10％，S≤0.015％、P≤0.02％，同时控制Cu/Sb元素的比例范围为4.0～8.0之间。采用冷轧钢带进行药芯焊丝的制作，钢带厚度0.9mm，宽度10mm。所使用的合金粉末粒度为80～100目。钢带经过药芯焊丝轧机轧制后，端面形状依次变为V-U-O，将合金粉末混合均匀按一定的填充率在焊丝轧制到U型时添加到焊丝中，最终可成型为φ4.6mm的药芯焊丝。之后将该焊丝经过12道次的拉拔，制作成直径为1.6mm的成品焊丝，焊丝拉拔道次依次为：4.6mm-4.3mm-4.0mm-3.6mm-3.2mm-3.0mm-2.8mm-2.6mm-2.4mm-2.2mm-2.0mm-1.8mm-1.6mm。

本实施方案中，按不同的药芯组份配比，表1为配比表，进行了药芯焊丝制作。制作焊丝的总质量为4kg，焊丝中合金粉填充率为15％。

表1药芯组份配比表

利用制成的成品药芯焊丝，按照GB/T 8110-1995标准进行熔敷金属试板焊接，焊接工艺规范为：焊接电流：220～250A，焊接电压：26～27V，焊接速度：5.6mm/s，焊接线能量为：10～12kJ/cm，保护气体为80％Ar+20％CO₂(体积百分比)，控制层间温度≤150℃。熔敷金属化学成分及力学性能见表2和表3。

耐腐蚀性试验采用浓硫酸全浸腐蚀试验模拟硫酸露点腐蚀，在不同温度和不同浓度的硫酸中进行了24h的对比试验。焊丝腐蚀试验试样为耐硫酸露点钢的焊接接头，试样尺寸为25*25*3.5mm，焊缝在试板中间，平行试样3件，试验温度20±1℃和70±1℃，腐蚀试液：质量百分比浓度为20％的H₂SO₄和浓度为50％的H₂SO₄(质量百分比)。腐蚀试验结果如表3所示。

表2熔敷金属学成分(Wt％)

编号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Ti	Sb
											实施例1	0.035	0.42	1.03	0.0054	0.015	0.65	0.43	0.27	0.04	0.058
实施例2	0.04	0.36	1.12	0.0053	0.013	0.42	0.21	0.29	0.05	0.060
											实施例3	0.031	0.33	0.98	0.0048	0.014	0.81	0.37	0.25	0.05	0.061
实施例4	0.042	0.35	1.05	0.0052	0.014	0.42	0.63	0.26	0.05	0.06
											实施例5	0.03	0.51	1.35	0.0050	0.012	0.47	0.22	0.52	0.065	0.06
实施例6	0.03	0.40	1.01	0.0052	0.013	0.42	0.22	0.41	0.068	0.11
											实施例7	0.038	0.32	1.02	0.0052	0.013	0.68	0.45	0.27	0.051	0.02
实施例8	0.078	0.30	0.95	0.0051	0.012	0.65	0.42	0.31	0.04	0.069
											实施例9	0.048	0.28	1.02	0.0050	0.013	0.57	0.46	0.36	0.053	0.04
实施例10	0.03	0.44	1.28	0.0052	0.014	0.42	0.56	0.41	0.037	0.052
											实施例11	0.06	0.37	1.11	0.0053	0.013	0.52	0.61	0.21	0.028	0.072
对比例1	0.04	0.45	1.11	0.0055	0.013	0.41	0.56	0.33	0.04	0.20
											对比例2	0.039	0.41	1.15	0.0053	0.014	0.21	0.12	0.15	0.03	0.06
对比例3	0.05	0.40	1.43	0.0055	0.011	0.34	0.71	0.38	0.08	--

表3焊丝熔敷金属力学性能和腐蚀试验结果

^*熔敷金属的冲击韧性数据为五件试样的平均值。

由上述可见：对比例1中的Sb元素含量在本发明规定范围外，结果，在高温高浓度酸中腐蚀严重，并且低温冲击韧性差。对比例2中的Cr、Ni、Cu元素含量均低于本发明规定范围，对比例3中不含有Sb元素，结果，在两种实验条件下都产生了严重的腐蚀。实施例1～实施例6从力学性能、腐蚀速率及焊丝成本等各方面综合考虑，都比对比例1～对比例3有明显的优势。尤其是在不同条件下的腐蚀速率相差的值，也是本发明焊丝的较小。

本发明的药芯焊丝，焊接工艺性能良好，焊接电弧稳定，飞溅小，无气孔，焊缝金属成型美观，低温冲击韧性优良。可广泛用于烟囱、烟道、锅炉低温部件、烤烟箱、集尘器以及脱硫专用设备等耐腐蚀的钢的焊接。

Claims

1.一种具有耐蚀性的气体保护焊用药芯焊丝，其特征在于，其中合金粉末的化学成分及含量占焊丝总质量的百分比为：C0.03％～0.08％、Si 0.3％～0.7％、Mn 1.1％～1.5％、S≤0.015％、P≤0.02％、Cu 0.2％～0.5％、Cr 0.4％～0.8％、Ni 0.2％～0.6％、Ti 0.03％～0.1％，Sb0.02％～0.10％，其余为铁和不可避免的杂质，同时控制Cu/Sb元素的比例范围为4.0～8.0。