CN104014948B

CN104014948B - 一种耐大气腐蚀铁基合金以及无镀铜焊丝

Info

Publication number: CN104014948B
Application number: CN201410053171.0A
Authority: CN
Inventors: 许祖泽
Original assignee: XU WEISONG
Current assignee: XU WEISONG
Priority date: 2013-12-15
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2034-02-17
Also published as: CN104014948A

Abstract

本发明涉及一种耐大气腐蚀铁基合金以及无镀铜焊丝。以重量百分比计，该耐大气腐蚀铁基合金包含以下成分组成：C0.01-0.10%，Mn1.25-1.55%，Mo0.25-0.34%，Ti0.050-0.075%，B0.0029-0.0070%，Cu0.20-0.45%，Si0.01-0.45%，P0.005-0.015%，Al0.030-0.045%，Ni0.01-0.05%，以及不可避免的杂质。本发明还提供了一种无镀铜焊丝，其是由上述耐大气腐蚀铁基合金制成的。本发明所提供的焊丝在不镀铜的情况下可以在三个月到六个月内不产生大气腐蚀，而且，其焊接性能与现有的镀铜焊丝相当，由此，可以替代现有的镀铜焊丝，将产生预料不到的经济和社会效果。

Description

一种耐大气腐蚀铁基合金以及无镀铜焊丝

技术领域

本发明涉及一种耐大气腐蚀铁基合金以及无镀铜焊丝，属于金属冶金技术领域。

背景技术

焊接材料是机械制造工程建设，特别是能源、采油气平台、油气输送管道、造船、铁路、交通、桥梁、高层建筑、重型机械等领域中所必须的材料。

中国从八十年代开始一直在推广大量使用焊接材料中的气体保护焊丝、埋弧焊丝和药芯焊丝，并制定了国家标准。

为了防止潮湿季节条件下焊丝生产、运送、储藏时的大气腐蚀，以及表面腐蚀后的焊丝会使焊接时产生焊缝气孔、夹渣、裂纹等缺陷，大多数焊丝都在焊丝表面镀上一层铜，从而得到镀铜焊丝，以便在市场销售加工中使用。

在长期使用中发现，无论是采用化学镀铜还是电解镀铜制成的镀铜焊丝都会形成铜液和废气等严重污染环境的物质，而且对人体都有极大的危害，所形成的废弃液还会进一步污染环境，更为严重的问题是镀铜焊丝在焊接工艺中会出现铜烟雾，严重危害焊工的身体健康。

此外，焊丝表面镀铜后，在焊接时送丝的过程中，由于与送丝轮、导丝嘴之间的摩擦，铜屑会从焊丝表面脱落，在焊接导丝嘴内残留铜屑，当送丝***不经常清理时，这些铜屑会堆积起来导致送丝异常甚至停工。

因此，镀铜层与表面的附着力是决定镀铜焊丝质量的首要因素，镀铜和无镀铜焊丝的市场生命力竞争已到了决定阶段。

为了避免镀铜焊丝对环境和人体的损害，上世纪末国内外就有不少焊材公司在研发和供应无镀铜焊丝，但这种无镀铜焊丝只是表示表面没有镀铜，而是镀上了其它元素或材料，又会造成其它困难和新问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种耐大气腐蚀铁基合金，该铁基合金含有较低含量的合金元素，制成焊丝之后能够使焊丝具有良好的耐大气腐蚀性能。

本发明的目的还在于提供一种无镀铜焊丝，其是采用上述耐大气腐蚀铁基合金制成的，该无镀铜焊丝的表面不需要镀铜或者其他金属即可具有良好的耐大气腐蚀性能，同时还具有良好的焊接性能。

为达到上述目的，本发明提供了一种耐大气腐蚀铁基合金，以重量百分比计，该耐大气腐蚀铁基合金包含以下成分组成：C0.01-0.10％，Mn1.25-1.55％，Mo0.25-0.34％，Ti0.050-0.075％，B0.0029-0.0070％，Cu0.20-0.45％，Si0.01-0.45％(优选0.01-0.15％)，P0.005-0.015％，Al0.030-0.045％，Ni0.01-0.05％，以及不可避免的杂质。

根据本发明的具体实施方案，上述耐大气腐蚀铁基合金还可以含有其他一些金属元素，优选地，以重量百分比计，该耐大气腐蚀铁基合金还包含Cr0.05-0.10％。

根据本发明的具体实施方案，优选地，上述耐大气腐蚀铁基合金中的不可避免的杂质包含：S0.001-0.010％，As+Sb+Sn≤0.005％，O0.0010-0.0050％，N20-200ppm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，上述耐大气腐蚀铁基合金的成分组成为：C0.01-0.10％，Mn1.25-1.55％，Mo0.25-0.34％，Ti0.050-0.075％，B0.0029-0.0070％，Cu0.20-0.45％，Si0.01-0.45％，P0.005-0.015％，Al0.030-0.045％，Ni0.01-0.05％，以及不可避免的杂质，余量为Fe。

根据本发明的具体实施方案，优选地，上述耐大气腐蚀铁基合金的成分组成为：C0.01-0.10％，Mn1.25-1.55％，Mo0.25-0.34％，Ti0.050-0.075％，B0.0029-0.0070％，Cu0.20-0.45％，Si0.01-0.45％，P0.005-0.015％，Al0.030-0.045％，Ni0.01-0.05％，Cr0.05-0.10％，以及不可避免的杂质，余量为Fe。

本发明提供的上述耐大气腐蚀铁基合金可以通过冶炼得到。在原材料选用方面，优选采用优质铁矿石，例如澳大利亚、巴西等国的铁矿石。该耐大气腐蚀铁基合金的冶炼可以按照以下工艺流程进行：T.D.S铁水预脱硫—80t顶低复合吹炼炉冶炼—RH真空脱气处理—RV92锭型下注。

本发明还提供了一种无镀铜焊丝，其是由上述的耐大气腐蚀铁基合金制成的。

根据本发明的具体实施方案，优选地，上述无镀铜焊丝的直径为0.4-6mm，具体可以为6mm、5mm、4.2mm、3.5mm、2.5mm、2.0mm、1.5mm、0.8mm、0.4mm等，具体的直径可以根据实际需要进行控制。

根据本发明的具体实施方案，优选地，上述无镀铜焊丝为实芯焊丝或缆式焊丝。

本发明所提供的上述无镀铜焊丝可以是按照常规的焊丝制备方法对上述耐大气腐蚀铁基合金制成的钢锭进行去氧化黑色壳、挤压和拉拔等工艺制备得到的。优选地，上述无镀铜焊丝是按照以下工艺步骤制备的：

对盘条进行检验—放线—机械去氧化黑色壳皮—大气压水洗(通过水洗可以避免材料表面因为磨擦温度高而变红)—室温烘干—模具拉丝减径(按照产品直径要求，用模具进行挤压和拉拨，得到所需尺寸的焊丝)—收线—白金色等检验—层绕—包装—入库，得到本发明的无镀铜焊丝。

上述的盘条可以通过以下步骤制备得到以便于制备焊丝：钢锭均热—初轧—大方坯在线热火焰清理—大剪—连轧—热轧—精轧—飞剪—冷却—抛丸、磁探伤仪—砂轮研磨—得到盘条—入库，一般制备的焊丝盘条的直径为8mm、6mm、5mm，可以根据实际需要进行控制。

在轧制过程中的热-力学性能作用下，铁基中含有的微量合金元素，特别是P、Cu、Si、Al等耐大气腐蚀元素会进行二次分配，富集在表面防大气腐蚀层中，阻断氧元素的进入，将可以防止表面在室温下发生氧化腐蚀。但由于在热连轧工艺中的温度很高，仍然不能在高温下防止盘条氧化，所以盘条的表面颜色为沉红色或黑色。

在为去除盘条的氧化黑色壳、挤压和拉拨所进行的工艺中，高速磨擦生热产生的能量会使耐大气腐蚀铁基合金中的固溶合金元素进一步进行二次分配，促使钢的表面抗大气腐蚀层的形成和富集，同时也形成了白金色的抗大气腐蚀层。

本发明所提供的焊丝在不镀铜的情况下可以在三个月到六个月内不产生大气腐蚀，而且，其焊接性能与现有的同等级的镀铜焊丝相当，由此，可以替代现有的镀铜焊丝，将产生预料不到的经济和社会效果。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种耐大气腐蚀铁基合金，其成分组成如表4所示。

该耐大气腐蚀铁基合金是通过以下工艺步骤制备的：

冶炼工艺中T.D.S铁水预脱硫—80t顶低复合吹炼炉冶炼—RH真空脱气处理—RV92锭型下注铁水—钢锭均热—初轧—大方坯在线热火焰清理—大剪—连轧—热轧—精轧—飞剪—冷却—抛丸—磁探伤仪探伤—砂轮研磨—得到盘条—入库，所得到的盘条的直径为8mm、6mm、5mm等。

通过上述方式制备的盘条没有裂纹、折叠、结疤、耳子等肉眼可见的缺陷。

本实施例还提供了一种无镀铜焊丝，其是采用上述耐大气腐蚀铁基合金制成的盘条通过以下步骤制备的：

对盘条进行检验—放线—机械去氧化黑色壳皮—大气压水洗(通过水洗可以避免材料表面因为磨擦温度高而变红)—室温烘干—模具拉丝减径(按照产品直径要求，用模具进行挤压和拉拨)—收线—白金色等检验—层绕—包装—入库，得到本实施例的无镀铜焊丝。

该无镀铜焊丝表面呈现白金色，可作为实芯气保焊丝和埋弧焊丝使用，也可将该无镀铜焊丝进一步进行缆式工艺的加工，可以制成缆式焊丝，作为缆式气保焊丝和埋弧焊丝使用。

耐大气腐蚀试验：

将普通碳素钢、镀铜焊丝、实施例1的无镀铜焊丝置于大气环境中进行耐大气腐蚀试验，测试地点在江苏长江南岸江阴和浙江舟山海边，测试时间是在深秋季节。

普通碳素钢制成的焊丝在加工后为白色。普通碳素钢的含碳量一般在0.30％以上，杂质较多，成分元素分布也不均匀，抗大气腐蚀性能必然很差，极易生成棕色的铁锈及向纵深发展。在舟山大气环境中放置1个月后，即在表面局部形成黑色的大气腐蚀层，焊丝有明显的棕色铁锈腐蚀区，证明其没有镀铜，含碳量也高，易于吸氧，抗大气腐蚀性能差。

镀铜焊丝是在焊丝表面镀上一层紫铜色的铜，但其也不是永远抗大气防锈腐蚀的。镀铜焊丝样品在大气中存放一年左右之后，焊丝表面局部地区出现生锈，表面会出现黑锈区。

实施例1制备的实芯焊丝和缆式焊丝在江阴湿润大气中存放6个月之后，表面没有出现腐蚀现象，仍然是白金色，这说明实施例1制备的白金色焊丝即使不进行镀铜也可以具有抗大气腐蚀的特性，符合焊丝抗大气腐蚀标准(GB/T11377-89《金属和其他无机覆盖层储存条件下腐蚀试验的一般规则》)的要求。

焊丝焊接性能试验：

采用在室内大气中储存6个月后的实施例1的实芯焊丝进行埋弧焊丝焊接工艺试验，以测试其焊接性能。其中，焊接工艺参数如表1所示。

由表1可以看出，白金色无镀铜实芯焊丝的焊接导电性好、电流、电压、焊速工艺和电弧稳定，缆式焊丝焊接速度快、层间温度波动合理，这说明实施例1提供的白金色无镀铜焊丝与镀铜焊丝的焊接工艺性能一样。

表1实施例1的无镀铜实芯焊丝的焊接工艺参数

通过全自动气体保护焊机采用实施例1制备的直径为2mm的无镀铜实芯焊丝进行焊接，焊接速度为500mm/分，焊接电流为350A，焊接电压为30V。焊接效果如下：白金色的不镀铜焊丝的导电性好，与镀铜焊丝一样，电流大、电弧稳、焊接能量大、焊接速度快、熔池宽深、表面白亮。溶渣凝固速度快、电弧稳定后无渣、无飞尘、飞溅少；溶渣是啧射过渡。并且，该焊丝无需镀铜，成本比较低。

实施例1的实芯焊丝所形成的焊缝的化学成分、力学性能与镀铜焊丝所形成的焊缝的比较：

镀铜焊丝与白金色无镀铜焊丝在“中国船级社船用产品型式认定证书”中性能的比较，采用普通镀铜焊丝和本发明的无镀铜焊丝对16MnR低合金造船钢板进行焊接，并对各种力学性能进行了测试和对比。表2是16MnR低合金造船钢板母材的化学成分表，表3为镀铜焊丝的化学成分表，表4为本发明的无镀铜焊丝的化学成分表。表5为镀铜焊丝的夏比V型缺口冲击功力学性能测试结果；表6为白金色无镀铜焊丝的夏比V型缺口冲击功力学性能测试结果。上述的测试均可以根据本领域的常规方法和通用标准进行。

表216MnR低合金造船钢板母材化学成分(以重量百分比计，余量为Fe)

化学成分	含量，％
		C	≤0.18
Mn	1.60
		Si	≤0.50
Cr	≤0.20
		Ni	≤0.40
Mo	≤0.08
		V	0.05
Cu	≤0.35
		S	≤0.03
P	≤0.035
		Nb	0.02
Al(酸溶)	≥0.01
		Ni	≤0.40

表316MnR低合金造船钢用镀铜焊丝化学成分(以重量百分比计，余量为Fe)

化学成分	含量，％
		C	≤0.18
Mn	1.60
		Si	≤0.07
Cr	≤0.20
		Ni	≤0.30
Mo	/
		Cu	≤0.20
S	≤0.035
		P	≤0.035

表4白金色无镀铜焊丝化学成分(以重量百分比计，余量为Fe)

化学成分	含量，％
		C	0.10
Mn	1.47

Si	0.15
		Cr	0.06
Ni	0.01
		Mo	0.33
Cu	0.21
		S	0.007
P	0.007
		Al	0.043
Ti	0.054
		B	0.0061
O	0.00144
		N	0.00331

表5镀铜焊丝夏比V型缺口冲击功力学性能

表6白金色无镀铜焊丝夏比V型缺口冲击功力学性能

将表3-表6的内容进行比较可以看出：实施例1的无镀铜焊丝与镀铜焊丝在焊接16MnR低合金造船钢板时所体现出的焊接工艺性能、冲击韧性、力学性能和焊接性能一致，证明不镀铜的白金色焊丝可替代镀铜焊丝。

通过上述内容可以证明，本发明所提供的无镀铜焊丝可以在不进行镀铜的情况下保持较好的耐大气腐蚀性能，同时还具有良好的焊接性能。同时，由于该焊丝不需要进行镀铜，可以大大节约生产成本，为企业带来预想不到的、可观的经济和社会效益。

Claims

1.一种耐大气腐蚀铁基合金，以重量百分比计，该耐大气腐蚀铁基合金包含以下成分组成：C0.01-0.10%，Mn1.25-1.55%，Mo0.25-0.34%，Ti0.050-0.075%，B0.0029-0.0070%，Cu0.20-0.45%，Si0.01-0.45%，P0.005-0.015%，Al0.030-0.045%，Ni0.01-0.05%，以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐大气腐蚀铁基合金，其中，以重量百分比计，该耐大气腐蚀铁基合金还包含Cr0.05-0.10%。

3.根据权利要求1或2所述的耐大气腐蚀铁基合金，其中，所述不可避免的杂质包含：S0.001-0.010%，As+Sb+Sn≤0.005%，O0.0010-0.0050%，N0.002-0.005%。

4.根据权利要求1所述的耐大气腐蚀铁基合金，其中，该耐大气腐蚀铁基合金的成分组成为：C0.01-0.10%，Mn1.25-1.55%，Mo0.25-0.34%，Ti0.050-0.075%，B0.0029-0.0070%，Cu0.20-0.45%，Si0.01-0.45%，P0.005-0.015%，Al0.030-0.045%，Ni0.01-0.05%，以及不可避免的杂质，余量为Fe。

5.根据权利要求2所述的耐大气腐蚀铁基合金，其中，该耐大气腐蚀铁基合金的成分组成为：C0.01-0.10%，Mn1.25-1.55%，Mo0.25-0.34%，Ti0.050-0.075%，B0.0029-0.0070%，Cu0.20-0.45%，Si0.01-0.45%，P0.005-0.015%，Al0.030-0.045%，Ni0.01-0.05%，Cr0.05-0.10%，以及不可避免的杂质，余量为Fe。

6.一种无镀铜焊丝，其是由权利要求1-5任一项所述的耐大气腐蚀铁基合金制成的。

7.根据权利要求6所述的无镀铜焊丝，其中，该无镀铜焊丝的直径为0.4-6mm。

8.根据权利要求6或7所述的无镀铜焊丝，其中，该无镀铜焊丝为实芯焊丝或缆式焊丝。