CN115488544A

CN115488544A - 一种抗拉强度600MPa级的耐候气体保护焊丝用盘条及焊丝

Info

Publication number: CN115488544A
Application number: CN202110675917.1A
Authority: CN
Inventors: 屈朝霞; 夏立乾; 郑乔; 王炜; 章乃俊
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-12-20

Abstract

本发明公开了一种抗拉强度600MPa级的耐候气体保护焊丝用盘条，其含有Fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.02～0.08％，P：0.03～0.07％，S：0.004～0.020％，Mn 1.10～1.70％，Si：0.30～0.80％，Ti：0.01～0.12％，Cr：0.30～0.60％，Ni：0.26～0.58％，Cu：0.20～0.37％；其中所述耐候气体保护焊丝用盘条不含有Mo和B。此外，本发明还公开了一种耐候气体保护焊丝，其采用上述的耐候气体保护焊丝用盘条制得。本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条获得的焊丝在焊接时的焊丝熔敷金属的综合力学性能和耐蚀性能可以与作为母材的含P的新型母材BC550A、BC550E、BC450A、BC450E相当，该盘条的工艺性能较为宽泛，其可以兼顾中厚板规格与薄板材厚度规格。

Description

一种抗拉强度600MPa级的耐候气体保护焊丝用盘条及焊丝

技术领域

本发明涉及一种焊丝用盘条及焊丝,尤其涉及一种耐候气体保护焊丝用盘条及焊丝。

背景技术

一代集装箱板通常采用的是Cu-P-Cr-Ni系耐候钢(SPA-H、B480GNQR)，其最高屈服强度为350MPa级别。

为了适应市场对于普通干货集装箱的高强减薄的要求，钢厂研发人员开发出了屈服强度550MPa和450MPa级别的BC550、BC450二代箱板，这种二代箱板的耐候性主要通过Cu-Cr合金来实现，其耐候性比一代箱板略有降低。

此外，研究人员对于二代箱板还进行了进一步的优化设计，其可以将P作为主要耐候元素之一加入化学成分中，以提高二代箱板的耐候性，进而开发出新型的高强耐候钢系列BC550A、BC550E、BC450A、BC450E，这些高强耐候板的板厚规格范围可以为1.5mm-10mm。

相应地，为了保证焊接时所形成的焊接接头与新型高强耐候钢母材BC550A、BC550E、BC450A、BC450E具有等同的耐候性和力学性能，还需要与开发与之匹配的耐候气体保护焊丝。

在已经公开的专利文献中，例如：公开号为CN106984916A，公开日为2017年7月28日，名称为“一种ER50-G无镀铜焊丝”的中国专利文献，公开了一种无镀铜焊丝，其具有较好的耐大气腐蚀性能。该焊丝专利化成分按质量百分比：C 0.03～0.10％，Mn 0.90～2.0％，Si 0.30～1.15％，S≤0.010％，P 0.010～0.30％，Cr 0.10～0.25％，Cu 0.30～0.50％，其余为Fe，，所述焊丝还含有Ni 0.60～1.20％，Mo 0.20～0.60％，Ti 0.02～0.08％，B 0.001～0.008％。

虽然，现有技术中的这种焊丝具有较好的耐大气腐蚀性能，且其在化学成分设计中还含有P元素，但是该铜丝的抗拉强度十分有限，其仍然难以满足较高的需求。

由此，本发明期望获得一种新的耐候气体保护焊丝用盘条及焊丝，该耐候气体保护焊丝用盘条及焊丝具有良好的焊接工艺性能，其在焊接时所形成的熔敷金属具有与母材等同的优良耐候性和综合力学性能，该盘条及焊丝的工艺性能较为宽泛，可以兼顾中厚板规格与薄板材厚度规格。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种抗拉强度600MPa级的耐候气体保护焊丝用盘条，该耐候气体保护焊丝用盘条能够获得焊丝，其在焊接时生成的熔敷金属与含P的新型母材BC550A、BC550E、BC450A、BC450E具有相当的综合力学性能和耐蚀性能；该耐候气体保护焊丝用盘条的工艺性能较为宽泛，其可以兼顾中厚板规格与薄板材厚度规格，具有良好的推广前景和应用价值。

为了实现上述目的，本发明提出了一种抗拉强度600MPa级的耐候气体保护焊丝用盘条，其含有Fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：

C：0.02～0.08％，P：0.03～0.07％，S：0.004～0.020％，Mn 1.10～1.70％，Si：0.30～0.80％，Ti：0.01～0.12％，Cr：0.30～0.60％，Ni：0.26～0.58％，Cu：0.20～0.37％；

其中所述耐候气体保护焊丝用盘条不含有Mo和B。

进一步地，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，其各化学元素的质量百分含量为：

C：0.02～0.08％，P：0.03～0.07％，S：0.004～0.020％，Mn 1.10～1.70％，Si：0.30～0.80％，Ti：0.01～0.12％，Cr：0.30～0.60％，Ni：0.26～0.58％，Cu：0.20～0.37％；余量为Fe和不可避免的杂质。

在本发明所述的技术方案中，本发明不含有Mo和B元素，其采用了Cu-P-Cr-Ni耐候体系，并添加利用Ti微合金元，以保证获得的耐候气体保护焊丝用盘条的焊丝熔敷金属具有与母材等同的耐候性以及优良的综合力学性能。相应地，本发明通过调整脱氧元素与微量元素的配比范围，还可以确保盘条焊丝具有良好的焊接工艺性能。

在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，各化学元素的设计原理如下所述：

C：在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，增加C元素的质量百分含量，会使得焊丝熔敷金属强度增加，有利于获得高强度；但需要注意的是，随着C元素质量百分含量增加，会使盘条焊丝应用于薄板焊接时的工艺性降低，同时也会使盘条焊丝的塑形变差，对盘条焊丝的拉拔不利。因此，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，将C元素的质量百分含量控制在0.02～0.08％之间。

P：在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，P作为主要的耐候性元素之一，可以提高材料的耐候性能，当P元素与Cu元素联合加入时，对于提高材料耐候性能的复合效应更为明显；但需要主要的是，P元素含量不宜过高，当P元素含量过高时，会使得盘条焊丝的焊接性能变差，同时还会引起材料脆性。因此，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，将P元素的质量百分含量控制在0.03～0.07％之间。

S：在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，添加适量的S元素可以明显改善材料的焊接工艺性能，进而减少飞溅，并增加熔滴的铺展性；但需要注意的是，当S元素含量太高时，会影响材料纯净度，降低熔敷金属的低温冲击韧性。因此，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，将S元素的质量百分含量控制在0.004～0.020％之间。

Mn：在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，Mn属于脱氧元素，添加适量的Mn可以保证焊丝熔敷金属强度的增加，改善焊接工艺性能；但需要注意的是，Mn元素含量不宜过高，当Mn元素含量过高时会使焊丝熔敷金属的塑韧性变差。因此，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，将Mn元素的质量百分含量控制在1.10～1.70％之间。

Si：在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，Si也属于脱氧元素，添加适量的Si同样可以保证焊丝熔敷金属强度的增加，改善焊接工艺性能；但Si元素含量太高时，则会在提高强度的同时影响熔敷金属的韧性。因此，综合考虑Si元素含量对于熔敷金属性能的影响，在本发明所述的耐候气体保温焊丝用盘钢中，将Si元素的质量百分含量控制在0.30～0.80％之间。

Ti：在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，Ti在焊缝金属中主要能够起到脱氧、脱氮作用，添加适量的Ti元素不仅可以改善焊丝的焊接工艺性能，其还可以在固态相变时有利于形成针状铁素体，从而提高焊缝金属的强韧性与塑性。但需要注意的是，Ti元素的添加量不宜过高，当添加较多的Ti含量时，会使焊缝金属的塑性变差，增加熔池的粘性。因此，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，将Ti元素的质量百分含量控制在0.01～0.12％之间。

Cr：在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，Cr不仅是主要的耐候性元素之一，其还可以起到细化晶粒，提高焊丝熔敷金属强度的作用。但当Cr元素含量过高时，会对焊丝熔敷金属的冲击韧性产生不利影响。因此，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，将Cr元素的质量百分含量控制在0.30～0.60％之间。

Ni：在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，Ni不仅是主要的耐候性元素之一，同时Ni元素也可以通过促进奥氏体向针状铁素体转变，进而抑制共析铁素体的形成，从而起到提高焊丝熔敷金属强度和韧性的作用。但需要注意的是，Ni元素含量过高时会大幅增加生产制造成本，从而导致经济性变差。由此，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，将Ni元素的质量百分含量控制在0.26～0.58％之间。

Cu：在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，Cu作为主要的耐候性元素之一，其可以与P元素复合使用，进而可以有效提高材料的耐候性能；但需要注意的是，在Cu含量过高时，盘条焊丝的可焊性可能会变差，同时对于焊丝冶炼生产造成较大影响。因此，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，将Cu元素的质量百分含量控制在0.20～0.37％之间。

进一步地，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，其还满足：10Ti+Si+Mn≥1.7，式中各元素均代入质量百分含量的百分号之前的数值。

在本发明的上述技术方案中，本发明在控制单一化学元素质量百分含量的同时，还可以控制Ti、Si、Mn元素的质量百分含量满足10Ti+Si+Mn≥1.7。当Ti、Si、Mn元素质量百分含量满足上述公式时，可以进一步地确保本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条获得良好的焊接工艺性。

进一步地，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，其耐候性指数I≥6.7，其中I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu²，式中各元素均代入质量百分含量的百分号之前的数值。

相应地，在上述技术方案中，本发明在控制单一化学元素质量百分含量的同时，还可以控制耐候性指数I≥6.7，以保证本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条具备高耐候性。

需要说明的是，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，耐候性指数I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu²，其中Cu、Ni、Cr、Si以及P分别表示相应元素的质量百分比，在代入公式中时，代入的数值为百分号前的数字，例如：Cu的质量百分比为0.35％，则代入公式时，相应的数值代入为0.35。

进一步地，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，其熔敷金属的微观组织为针状铁素体+块状铁素体+贝氏体。

更进一步地，所述针状铁素体的体积比例为40-60％，所述块状铁素体的体积比例为20-30％，贝氏体为余量。

进一步地，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，其熔敷金属的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥600MPa，伸长率≥22％，-40℃冲击功Akv＞34J。

进一步地，在本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条中，其熔敷金属的相对腐蚀速率≤5％。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种气体保护焊丝，该气体保护焊丝可以适合用于抗拉强度600MPa级的高耐候结构钢的焊接，特别适用于例如新型铁路客车、集装箱、工程机械等结构的焊接生产与制造。

为了实现上述目的，本发明提出了一种耐候气体保护焊丝，其采用本发明上述的耐候气体保护焊丝用盘条制得。

在本发明中，本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条可以由以下工艺路线制得：转炉加精炼(或电炉加炉外精炼)→模铸(或连铸)→钢锭轧制(或小方坯)→钢坯控轧控冷→吐丝→集卷→检验→包装。

相应地，采用盘条可以制得焊丝，本发明所述的耐候气体保护焊丝的生产工艺流程可以为：盘条的入厂检验→盘条经过逐级拉拔工序(需要中间退火工序)→镀铜工序→分卷包装工序。

需要说明的是，本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条可以经过粗拉拔、中间退火处理、精拉拔工艺和镀铜工艺后获得本发明上述的耐候气体保护焊丝。在采用本发明所述的气体保护焊丝进行焊接时，采用的焊接气体可以为纯二氧化碳气体，或者氩气与二氧化碳混合的二元气体，或者氩气与二氧化碳与氧气混合的三元气体；优选地，氩气与二氧化碳混合的二元气体气体比例可以为82％Ar+18％CO₂。

本发明所述的抗拉强度600MPa级的耐候气体保护焊丝用盘条及焊丝具有如下所述的优点以及有益效果：

本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条能够获得焊丝，其在焊接时的焊丝熔敷金属的综合力学性能和耐蚀性能与作为母材的含P的新型母材BC550A、BC550E、BC450A、BC450E相当，该盘条的工艺性能较为宽泛，其可以兼顾中厚板规格与薄板材厚度规格。

本发明所述的抗拉强度600MPa级的耐候气体保护焊丝用盘条及焊丝适合集装箱、铁客车辆、以及钢结构的1.5mm-10mm的全板厚规格焊接，其可以有效适用于纯二氧化碳或者富氩气体保护焊，具有优良的焊接工艺性能，所得的焊丝熔敷金属的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥600MPa，伸长率≥22％，-40℃冲击功Akv＞34J。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的抗拉强度600MPa级的耐候气体保护焊丝用盘条及焊丝做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6

实施例1-6的耐候气体保护焊丝采用以下步骤制得：

(1)根据表1的化学成分进行冶炼，在冶炼时，采用50Kg真空感应炉3个炉次、500kg真空感应炉2个炉次，模铸得到钢锭。

(2)钢锭热轧成φ5.5mm的盘条。

(3)盘条进行粗拉拔、中间退火处理、精拉拔工艺和镀铜工艺后，最终获得出φ1.0mm和φ1.2mm的焊丝。

需要说明的是，在本发明中，实施例1-6的耐候气体保护焊丝的化学成分设计以及相关制造工艺参数均符合本发明设计规范要求。

就本发明实施例1-6的制造工艺而言，实施例1-6的耐候气体保护焊丝均是由其对应的耐候气体保护焊丝用盘条经粗拉拔、中间退火处理、精拉拔工艺和镀铜工艺后制得的。

表1-1和表1-2列出了实施例1-6的耐候气体保护焊丝用盘条及焊丝的各化学元素的质量百分配比。

表1-1.(wt％，余量为Fe和其他不可避免的杂质)

表1-2.

编号	10Ti+Si+Mn	耐候性指数I
			实施例1	3.24	6.80
实施例2	2.30	6.99
			实施例3	2	7.05
实施例4	2.86	7.47
			实施例5	2.33	7.24
实施例6	3.14	7.75

注：表1-2中耐候性指数I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu²，式中各元素均代入质量百分含量的百分号之前的数值；式子10Ti+Si+Mn中各元素均代入质量百分含量的百分号之前的数值。

在采用上述表1-1和表1-2对应的化学成分进行冶炼后，经上述步骤(1)-步骤(3)的制造工艺可以有效制得实施例1-6的成品耐候气体保护焊丝。

相应地，将得到的实施例1-6的耐候气体保护焊丝分别取样，并对各实施例耐候气体保护焊丝进行熔敷金属试验测试，利用实施例1-6的耐候气体保护焊丝进行焊接，并形成熔敷金属，对实施例1-6形成的焊丝熔敷金属采样并进行相应的拉伸试验和冲击试验，即可检测获得各实施例耐候气体保护焊丝形成的熔敷金属的力学性能，相关力学性能检测结果列于下述表2中。

需要说明的是，在本发明中，采用板厚20mm，坡口形式为60°单面V型对接，底面间隙12mm的方式进行富氩气体保护焊丝的熔敷金属试验，其气体比例：80％Ar+20％CO₂，焊前不预热，层间温度控制在150℃，在焊接时，各个实施例的耐候气体保护焊丝电弧稳定，铺展性好，飞溅极少，焊缝成形美观，可以用于全位置焊接。

表2列出了实施例1-6的耐候气体保护焊丝生产的熔敷金属的力学性能检测结果，其包括拉伸性能和冲击性能，实施例1-6的耐候气体保护焊丝生产的熔敷金属拉伸性能按照GB/T 228.1进行并测得，冲击性能按照GB/T 229进行并测得。

表2.

注：-40℃条件下的冲击性能A_kv*的数值为五个熔敷试样的夏比V型缺口(CVN)冲击韧性试验的冲击数值的平均值。

由上述表2中各实施例对应的耐候气体保护焊丝生产的熔敷金属的性能可以看出，在本发明中，实施例1-6的耐候气体保护焊丝均是由十分优异的综合力学性能，其熔敷金属屈服强度在455-500MPa之间，其抗拉强度在615-670MPa之间，伸长率≥23％，-40℃的冲击性能的平均值Akv*最低为38J。并且结合表1-2可以看出，实施例1-6均具有良好的耐候性能，其耐候性指数I均≥6.8。

相应地，为了进一步地测试确认各实施例耐候气体保护焊丝的腐蚀性能，可以再次采集实施例1-6的耐候气体保护焊丝经焊接所形成的熔敷金属，并参照标准TB/T2375《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》对上述实施例1-6的耐候气体保护焊丝所形成的熔敷金属进行腐蚀试样。

需要注意的是，在对各实施例耐候气体保护焊丝熔敷金属的分别进行72h的腐蚀性能测试试验时，可以采用现有技术中的母材“二代箱板新型高强耐候钢BC550A”作为对比例1，在相同的腐蚀条件下，测试腐蚀性能，相关腐蚀性能的测试结果列于下述表3之中。

表3列出了实施例1-6的耐候气体保护焊丝生产的熔敷金属和对比例1的BC550A耐候钢的腐蚀性能测试结果。

表3.

注：相对腐蚀率＝|母材腐蚀失重量-熔敷金属腐蚀失重量|/母材腐蚀失重量×100％

由上述表3可知，实施例1-6的耐候气体保护焊丝生产的熔敷金属腐蚀性能与母材BC550A相比，其相对腐蚀速率≤2.38％。实施例1-6的耐候气体保护焊丝生产的熔敷金属与其母材BC550A的腐蚀性能相当。

结合表2和表3可以看出，本案各实施例的耐候气体保护焊丝在焊接时所产生的焊丝熔敷金属具有十分良好的综合力学性能和耐蚀性能，其力学性能和耐蚀能力与新型高强耐候钢BC550A相当，；该耐候气体保护焊丝用盘条的工艺性能较为宽泛，其可以兼顾中厚板规格与薄板材厚度规格，具有良好的推广前景和应用价值。

此外，针对本案的实施例1-6的耐候气体保护焊丝最终形成的熔敷金属取样并进行金相组织观察可以发现，各个实施例的熔敷金属的微观组织为针状铁素体+块状铁素体+少量贝氏体。

相应地，本发明所述的耐候气体保护焊丝用盘条也同样具有上述的优点以及有益效果。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种抗拉强度600MPa级的耐候气体保护焊丝用盘条，其含有Fe和不可避免的杂质，其特征在于，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：

其中所述耐候气体保护焊丝用盘条不含有Mo和B。

2.如权利要求1所述的耐候气体保护焊丝用盘条，其特征在于，其各化学元素的质量百分含量为：

3.如权利要求1或2所述的耐候气体保护焊丝用盘条，其特征在于，其还满足：10Ti+Si+Mn≥1.7，式中各元素均代入质量百分含量的百分号之前的数值。

4.如权利要求3所述的耐候气体保护焊丝用盘条，其特征在于，其耐候性指数I≥6.7，其中I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu²，式中各元素均代入质量百分含量的百分号之前的数值。

5.如权利要求1或2所述的耐候气体保护焊丝用盘条，其特征在于，其熔敷金属的微观组织为针状铁素体+块状铁素体+贝氏体。

6.如权利要求5所述的耐候气体保护焊丝用盘条，其特征在于，所述针状铁素体的体积比例为40-60％，所述块状铁素体的体积比例为20-30％。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的耐候气体保护焊丝用盘条，其特征在于，其熔敷金属的屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥600MPa，伸长率≥22％，-40℃冲击功Akv＞34J。

8.如权利要求1-6中任意一项所述的耐候气体保护焊丝用盘条，其特征在于，其熔敷金属的相对腐蚀速率≤5％。

9.一种耐候气体保护焊丝，其采用如权利要求1-8中任意一项所述的耐候气体保护焊丝用盘条制得。