[发明专利]一种高韧性耐大气腐蚀药芯焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体保护药芯焊丝材料领域，具体涉及一种高韧性耐大气腐蚀药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

铁路是我国国民经济的大动脉，全国85％的木材、85％的原油、80％的钢铁和60％的煤炭等物资由铁路运输完成。然而，由于铁路货运环境条件比较恶劣，承担运输物资的车辆常年在雨、雪、水和灰尘等大气腐蚀环境下运营，车辆钢结构的腐蚀问题非常突出。20世纪80年代以前，铁路货车主要采用普通碳素钢，抗大气腐蚀能力差，使用寿命短。

为提高车辆的耐大气腐蚀性能，延长产品检修周期和使用寿命，上世纪90年代成功研制出屈服强度为345MPa的Cu-P系和Cu-P-Cr-Ni系耐候钢。2003年成功开发出屈服强度为450MPa的高强度耐大气腐蚀钢。近年来，为进一步提高铁路货车用钢耐大气性能，研制出新型耐大气腐蚀钢，如鞍钢研制出的S450AW耐大气腐蚀钢已成功应用于国内新一代80t级铁路货车的制造。

目前，国内耐大气腐蚀钢焊接主要采用气体保护实心焊丝和焊条手工电弧焊。采用气体保护实心焊丝存在焊接飞溅大、焊缝成型不良等不足。实心焊丝焊接过程中产生的大量焊接飞溅很容易造成焊后清理飞溅工作强度大，如不能彻底清除飞溅，又会导致车体表面油漆涂装效果不良。同时实心焊丝化学成分调配困难，不易保证焊缝的耐大气腐蚀性能和良好的力学性能。手工焊条虽成分调配方便，但不能实现自动化焊接，焊接效率低，劳动强度大，生产成本高。

药芯焊丝兼具气体保护实心焊丝和焊条两者的优点，易实现高效的半自动和自动焊生产，通过合理调配药芯成分，使药芯焊丝焊接电弧稳定，焊接飞溅小，焊缝成型美观，容易获得良好的焊缝力学性能和耐大气腐蚀等性能，是近年来焊接材料发展的主要方向。

发明内容：

本发明目的在于提供一种低温冲击韧性和耐大气腐蚀性能良好的高韧性耐大气腐蚀药芯焊丝及其制备方法。

本发明的高韧性耐大气腐蚀药芯焊丝，采用碳钢冷轧钢带和药芯制成，所述药芯由按质量百分比的下述组分构成：金红石25～40％，石英砂3～7％，镁砂1～3％，硅铝酸盐3～12％，氟化钠1～4％，氧化钠1～3％，低碳锰铁5～15％，硅铁3～7％，Ni2.5～5.5％，Cr2.5～7％，Cu1～3％，钛铁1.5～5.5％，钼铁和钒铁≤3％，其余为铁粉；

优选为，金红石30～40％，石英砂4～7％，镁砂2～3％，硅铝酸盐6～11％，氟化钠2～4％，氧化钠1～3％，低碳锰铁8～15％，硅铁3～6％，Ni3～5％，Cr3～7％，Cu1～3％，钛铁1.5～5.5％，钼铁和钒铁≤3％，其余为铁粉；

更优选为，金红石35～40％，石英砂5～7％，镁砂2～3％，硅铝酸盐7～10％，氟化钠2～4％，氧化钠1～3％，低碳锰铁8～12％，硅铁3～6％，Ni3～5％，Cr3～6％，Cu1～3％，钛铁2～5％，钼铁和钒铁≤3％，其余为铁粉；

进一步优选为，金红石36～40％，石英砂5～6％，镁砂2～3％，硅铝酸盐7～9％，氟化钠2～4％，氧化钠1～3％，低碳锰铁8～10％，硅铁4～6％，Ni3～5％，Cr3～6％，Cu1～3％，钛铁3～5％，钼铁和钒铁≤2％，其余为铁粉.

进一步地，所述的钼铁和钒铁通过析出强化实现晶粒的细化。

上述的高韧性耐大气腐蚀药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：

以常规的碳钢冷轧钢带包覆为外皮，通过成型轧辊加工成U型槽，在槽中添加药粉，药粉由上述按质量百分比计的组分研磨成粉得到，然后轧成管状，最终通过拉丝加工成型，得到高韧性耐大气腐蚀药芯焊丝。

本发明通过对药芯组分之间组合以及组合后组分间的相互作用的研究与分析，在确定成分的基础之上，总结组分占比在整个材料中所起的作用，筛选出最恰当的组分比例，以使得各组分之间的积极作用最大化。

本发明的主要原理如下：

金红石(TiO₂)，主要起造渣、降低熔渣粘度、引弧和稳弧作用，分析所得的合适范围为25～40％。金红石含量小于25％时，熔渣覆盖性变差，电弧不稳，焊缝成型变差；金红石含量大于40％，由于人造金红石中含有不少氧化铁，导致熔渣酸度增加，脱渣性变差，熔覆金属含氧量增加，力学性能下降。

石英砂的主成分是SiO₂，可降低熔渣的熔点和改善焊缝成型，分析所得的适宜范围为3～7％。适量的石英砂可增加渣的活性，过量时会使渣变得疏松多孔，脱渣和焊缝成型都会变差。