CN105397332B - 铁道货车用高耐蚀药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明属于药芯焊丝技术领域,特别涉及一种铁道货车用高耐蚀药芯焊丝,该药芯焊丝包括外层焊丝和其内部填充的药粉,其中所述药芯焊丝的熔敷金属的化学成分按质量百分比为:C 0.01~0.15,Cr 0.1~1.5,Ni 1.5~5.0,Cu 0.1~0.8,Mo 0.15~0.6,Si 0.2~1.0,Mn 0.1~1.5,Ti 0.04~0.2,O≤0.01,N≤0.01,S≤0.015,P≤0.015,余量为铁及杂质。本发明的铁路货车用高耐蚀药芯焊丝的熔敷金属具有良好的耐蚀性能,同时具有良好的综合性能,尤其是‑40℃的低温冲击韧性,该药芯焊丝满足铁道货车高耐候、高强度、高韧性系列钢种的焊接技术要求。
Description
技术领域
本发明属于药芯焊丝技术领域,特别涉及一种铁道货车用高耐蚀药芯焊丝,采用该药芯焊丝施焊后焊缝具有优良的耐蚀性能和力学性能。
背景技术
普通耐候钢和高强耐候钢经济性能好、加工性能和综合性能优异,但是其耐候性能尚不能满足目前铁路货车用耐候钢的要求;不锈钢的耐候性能可以达到铁道货车用耐候钢的要求,但是价格昂贵,而且不锈钢在低温韧性、焊接性等方面尚存在一定的问题,制约了其在铁道货车方面的应用。近年来,铁道行业高速发展,铁道货车行业迫切需要一种既具有良好的经济性,同时还具有良好的耐蚀性能和力学性能的耐候钢。
根据铁道部2010年12月下发的《铁道货车用高耐蚀型耐候钢热轧板(带)技术条件(暂行)》新要求,铁道货车用耐候钢的耐候性能要在目前高强耐候钢的基础上再提高一倍,以进一步延长钢材的使用年限。鞍钢在上述要求下,开发了一种高耐候性耐候钢3Cr耐候钢。新一代高强耐候钢是在目前已有高强耐候钢的基础上进一步提高了其耐蚀性能。
现有技术的药芯焊丝与新一代高强耐候钢耐蚀性能差异较大,不能满足新一代高强耐候钢对耐蚀性能的要求。因此,研制一种耐蚀性能与新一代高强耐候钢相当,且具有良好的可焊性、优良的低温韧性的药芯焊丝是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焊接性能稳定,且与新一代高强耐候钢耐蚀性能相匹配的铁路货车用高耐蚀药芯焊丝,并确保所得熔敷金属具有良好的综合性能。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种铁道货车用高耐蚀药芯焊丝,包括外层焊丝和其内部填充药粉,所述药芯焊丝的熔敷金属的化学成分按质量百分比为:C 0.01~0.15,Cr 0.1~1.5,Ni 1.5~5.0,Cu0.1~0.8,Mo 0.15~0.6,Si 0.2~1.0,Mn 0.1~1.5,Ti 0.04~0.2,O≤0.01,N≤0.01,S≤0.015,P≤0.015,余量为铁及杂质;
所述药芯焊丝的熔敷金属适用于抗拉强度级别为600MPa以上高强高耐候钢的焊接。
所述药芯焊丝的熔敷金属的化学成分按质量百分比为:C 0.01~0.050,Cr 0.7~1.5,Ni 1.5~5.0,Cu 0.1~0.8,Mo 0.2~0.6,Si 0.5~1.0,Mn 0.3~1.0,Ti 0.04~0.14,O≤0.01,N≤0.01,S≤0.015,P≤0.015,余量为铁及杂质。
所述药粉为钛型、钛钙型或者碱性药粉。
所述碱性药粉的化学成分质量百分比为SiO2 8.5%,Al2O3 0.8%,CaO 23.6%,K2O 0.5%,CO2 2.9%,C 1.0%,Mn 5.8%,CaF2 25.3%,余量为铁和不可避免杂质;
所述钛钙型药粉的化学成分质量百分比为SiO2 19.5%,Al2O3 1.95%,TiO236.8%,CaO 1.1%,K2O 1.4%,Na2O 1.7%,CO2 0.6%,C 0.8%,Mn 14.5%,余量为铁和不可避免杂质;
所述钛型药粉的化学成分质量百分比为SiO2 21.5%,Al2O3 2.4%,TiO2 39.8%,K2O 1.4%,Na2O 1.5%,CO2 0.5%,C 0.6%,Mn 15.5%,余量为铁和不可避免杂质。
所述药芯焊丝的熔敷金属的屈服强度Rp0.2为615-650MPa,抗拉强度Rm为695-725MPa,延伸率A为19-22%,-40℃冲击吸收功Akv为61-80J。
所述药芯焊丝的熔敷金属的腐蚀失重速率为1.285-1.358g/m2.h,与3Cr耐候钢的相对腐蚀速率为0.9-6.6%。
用于铁道车辆、桥梁等领域,抗拉强度级别为600MPa以上高强高耐候钢的焊接。
本发明的有益效果在于:
1)本发明的铁路货车用高耐蚀药芯焊丝所得的熔敷金属具有良好的耐蚀性能,同时具有良好的综合性能,尤其是-40℃的低温冲击韧性,该药芯焊丝满足铁道货车高耐候、高强度、高韧性系列钢种的焊接技术要求。
2)本发明的铁路货车用高耐蚀药芯焊丝用于高强高耐候性钢的焊接,焊丝具有优良的焊接工艺性能。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明的铁道货车用高耐蚀药芯焊丝,包括外层焊丝和其内部填充的药粉,其中所述药芯焊丝的熔敷金属的化学成分按质量百分比为:C 0.01~0.15,Cr 0.1~1.5,Ni1.5~5.0,Cu 0.1~0.8,Mo 0.15~0.6,Si 0.2~1.0,Mn 0.1~1.5,Ti 0.04~0.2,O≤0.01,N≤0.01,S≤0.015,P≤0.015,余量为铁及杂质。
所述药粉为钛型、钛钙型或者碱性药粉。
本发明药芯焊丝的各合金元素作用及含量选择如下:
控制药芯焊丝中C含量在较低范围内,一方面降低焊缝金属的碳当量Ceq、淬硬倾向及裂纹敏感系数Pcm;另一方面降低C对药芯焊丝耐蚀性能带来的不利影响,故本发明药芯焊丝的C含量为0.01~0.15%。
Cr是主要耐候性元素之一,但Cr含量过高,韧性会急剧下降。综合考虑其对力学性能和耐蚀性的影响,故本发明药芯焊丝的Cr含量为0.1~1.5%。
Ni、Cu也是主要耐候性元素。Ni是最好的韧化组元,作为合金元素能够显著改善焊缝金属的低温韧性。Ni的加入可以平衡Cr带来的韧性损失,本发明药芯焊丝的Ni含量为1.5~5.0%。Cu可以提高焊缝金属的耐候性,故本发明药芯焊丝的Cu含量为0.1~0.8%。
Mo能有效提高钢材的耐蚀性能,钢中加入质量分数为0.4%-0.5%的Mo,在大气腐蚀环境下(尤其是在工业大气中),其腐蚀速率可降低50%以上。Mo在腐蚀过程中生成钼酸盐,钼酸盐具有缓蚀作用,可以大幅减缓腐蚀的进行。其次,Mo可以细化晶粒,提高强度和塑性。故本发明药芯焊丝的Mo含量为0.15~0.6%。
Si、Mn为脱氧元素,含量太高会在提高焊缝金属强度的同时降低韧性,故本发明药芯焊丝的Si含量为0.2~1.0%,Mn含量为0.1~1.5%。
加入一定量的Ti,一方面可以通过改善组织来提高低温冲击韧性,另一方面也可改善其焊接工艺性,故本发明药芯焊丝的Ti含量为0.04~0.2%。
S和P的含量较低,主要是为了保证熔敷金属具有高的低温冲击韧性、塑性和抗裂性,故本发明药芯焊丝的S含量不超过0.015%,P含量不超过0.015。
本发明实施例1-3药芯焊丝的熔敷金属的化学成分如表1所示。
表1实施例1-3药芯焊丝的熔敷技术的化学成分(wt%)
C | Cr | Ni | Cu | Mo | Si | Mn | Ti | O | N | S | P | |
实施例1 | 0.05 | 0.8 | 1.5 | 0.1 | 0.20 | 0.5 | 0.3 | 0.04 | 0.0100 | 0.0050 | 0.0075 | 0.0150 |
实施例2 | 0.01 | 1.5 | 2.5 | 0.8 | 0.60 | 1.0 | 0.8 | 0.14 | 0.0075 | 0.0100 | 0.0040 | 0.0100 |
实施例3 | 0.03 | 0.7 | 5.0 | 0.2 | 0.35 | 0.8 | 1.0 | 0.20 | 0.0050 | 0.0068 | 0.0150 | 0.0050 |
本发明实施例1-3药芯焊丝的药粉类型及化学成分如下:
实施例1:采用碱性药粉,药粉的化学成分质量百分比为SiO2 8.5%,Al2O3 0.8%,CaO 23.6%,K2O 0.5%,CO2 2.9%,C 1.0%,Mn 5.8%,CaF2 25.3%,余量为铁和不可避免杂质。
实施例2:采用钛钙型药粉,药粉的化学成分质量百分比为SiO2 19.5%,Al2O31.95%,TiO2 36.8%,CaO 1.1%,K2O 1.4%,Na2O 1.7%,CO2 0.6%,C 0.8%,Mn 14.5%,余量为铁和不可避免杂质。
实施例3:采用钛型药粉,药粉的化学成分质量百分比为SiO2 21.5%,Al2O32.4%,TiO2 39.8%,K2O 1.4%,Na2O 1.5%,CO2 0.5%,C 0.6%,Mn 15.5%,余量为铁和不可避免杂质。
对实施例1-6的药芯焊丝的熔敷金属进行力学性能的测试,如表2所示。
表2实施例1-6药芯焊丝的熔敷金属的力学性能
从表2可以看出,本发明药芯焊丝的熔敷金属具有良好的力学性能和低温韧性,其屈服强度Rp0.2为615-650MPa,抗拉强度Rm为695-725MPa,延伸率A为19-22%,-40℃冲击吸收功Akv为61-80J。
对实施例1-3药芯焊丝的熔敷金属和3Cr高强高耐候钢耐候性进行TB/T 2375-93试验,试验方法参照铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法,试验结果如表3所示。
表3实施例1-3药芯焊丝的熔敷金属和3Cr耐候钢的腐蚀性能
腐蚀失重速率/g/m2.h | 相对腐蚀速率/% | |
3Cr耐候钢 | 1.274 | 0 |
实施例1 | 1.358 | 6.6 |
实施例2 | 1.285 | 0.9 |
实施例3 | 1.326 | 4.1 |
从表3可以看出,本发明药芯焊丝的熔敷金属的耐蚀性能与3Cr耐候钢接近,腐蚀失重速率为1.285-1.358g/m2.h,与3Cr耐候钢的相对腐蚀速率为0.9-6.6%。
本发明的铁道货车用高耐蚀药芯焊丝,适用于抗拉强度级别为600MPa以上高强高耐候钢的焊接,特别适用于铁道车辆、桥梁等领域。
Claims (1)
1.一种铁道货车用高耐蚀药芯焊丝的用途,所述药芯焊丝包括外层焊丝和其内部填充药粉,其特征在于:
所述药芯焊丝的熔敷金属的化学成分按质量百分比为:C 0.05,Cr 0.8,Ni 1.5,Cu0.1,Mo 0.20,Si 0.5,Mn 0.3,Ti 0.04,O 0.0100,N 0.0050,S 0.0075,P 0.0150,余量为铁及杂质;
所用碱性药粉的化学质量百分比为:SiO2 8.5,Al2O3 0.8,CaO 23.6,K2O 0.5,CO22.9,C 1.0,Mn 5.8,CaF2 25.3,余量为铁和不可避免的杂质;
所述焊丝用于铁道车辆、桥梁领域,所得药芯焊丝熔敷金属的抗拉强度级别为715MPa,屈服强度为650MPa,-40℃冲击吸收功为61J。
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