一种耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝

摘要

本发明提供了一种耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯包括如下重量份数的组分，氟化钠3～20份﹑氟化稀土1～10份、钾钠稳弧剂2～20份、硅锰合金3～20份、金属锰2～20份、镁粉3～20份、镍粉60～150份、钼粉1～5份、铜粉10～30份、钛铁5～20份、硼铁1～5份、稀土硅铁1～5份、铁粉800～850份。本发明其熔敷金属抗拉强度、延伸率、冲击韧性等性能较优；熔敷金属扩散氢含量较低，并且具有良好的抗裂性能；其各项成分、性能均能满足抗拉强度500MPa级耐海洋大气腐蚀钢在桥梁焊接中的需要。

说明书

技术领域

本发明属于药芯焊丝技术领域，尤其是涉及一种耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝。

背景技术

免涂装耐候钢桥具有环保、维护成本低、全寿命周期长的综合优势。发达国家耐候钢桥梁发展较早，美国耐候钢桥占钢桥总数已超过50％；加拿大有约90％左右的钢桥均采用耐候钢，日本耐候钢桥的比例也达到20％左右。而我国耐候钢桥的工程实际应用刚刚起步。

耐候钢桥梁用钢板的耐腐蚀性指数通常要求在6.0以上。

GB/T4171-2008《耐候结构钢》中，耐腐蚀性指数I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)(％Cu)

耐腐蚀性指数，是基于常规大气工业环境中钢板的耐腐蚀性能。

我国主要经济发达城市均在沿海地区，耐候钢桥梁的耐海洋大气腐蚀性能更为重要。“耐候性合金指数”能够更好的反映出桥梁在海洋大气环境下的耐腐蚀性能。

耐候性合金指数V＝1/{(1.0-0.16[C])×(1.05-0.05[Si])×(1.04-0.016[Mn])×(1.0-0.5[P])×(1.0+1.9[S])×(1.0-0.10[Cu])×(1.0-0.12[Ni])×(1.0-0.3[Mo])×(1.0-1.7[Ti])}，其中[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[Cu]、[Ni]、[Mo]和[Ti]分别代表C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Mo和Ti的熔敷金属重量百分比。

因此一种耐候性强的埋弧药芯焊丝显得尤其的重要。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝，用于配套耐海洋大气腐蚀钢用于耐海洋大气腐蚀桥梁建设，耐海洋大气腐蚀桥梁可以免除涂装工序，具有环保优势；可以减少定期维护费用，综合成本低。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯包括如下重量份数的组分，氟化钠3～20份﹑氟化稀土1～10份、钾钠稳弧剂2～20份、硅锰合金3～20份、金属锰2～20份、镁粉3～20份、镍粉60～150份、钼粉1～5份、铜粉10～30份、钛铁5～20份、硼铁1～5份、稀土硅铁1～5份、铁粉800～850份。

优选的，所述药芯包括如下重量份数的组分，氟化钠5～15份﹑氟化稀土2～10份、钾钠稳弧剂5～15份、硅锰合金5～20份、金属锰7～15份、镁粉3～15份、镍粉80～150份、钼粉2～5份、铜粉15～30份、钛铁8～16份、硼铁2～4份、稀土硅铁2～5份、铁粉800～820份。

优选的，所述药芯焊丝耐候性合金指数V≥1.60，

V＝1/{(1.0-0.16[C])×(1.05-0.05[Si])×(1.04-0.016[Mn])×(1.0-0.5[P])×(1.0+1.9[S])×(1.0-0.10[Cu])×(1.0-0.12[Ni])×(1.0-0.3[Mo])×(1.0-1.7[Ti])},其中[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[Cu]、[Ni]、[Mo]和[Ti]分别代表C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Mo和Ti的熔敷金属重量百分比。

优选的，所述药芯包括如下重量份数的组分，氟化钠5份﹑氟化稀土8份、钾钠稳弧剂15份、硅锰合金20份、金属锰5份、镁粉5份、镍粉120份、钼粉4份、铜粉25份、钛铁8份、硼铁4份、稀土硅铁4份、铁粉800份。

优选的，所述药芯占焊丝总重量的比例为30～40％。

优选的，所述镍粉、钼粉、铜粉总份数不小于90份，镍粉与铜粉的份数比为4～6：1。

优选的，所述镍粉中含有镍的质量分数≥99.5％，钼粉中含有钼的质量分数≥99.5％，铜粉中含有铜的质量分数≥99.5％。

本发明还提供了如上所述的耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝在500MPa级桥梁钢焊接中的应用。

硼铁：B能抑制晶界先共析铁素体的产生，加入适量的硼可提高熔敷金属的强度，但是低温冲击性能随着B质量分数的增大先上升后下降。

钼粉：可以细化晶粒，提高强度、淬透性，改善脱渣性，提高电弧稳定性，但是钼的含量过高会使韧性恶化。

氟化物：调整熔渣的熔点和粘度，改善脱渣性，降低熔敷金属中扩散氢的含量。

硅铁：硅是脱氧剂，可以细化熔滴，改善电弧稳定性，提高焊丝的熔化速度，提高熔敷金属的屈服点和抗拉强度。但是含量过高会导致强度过高、韧性下降。

镍粉：镍可以降低焊缝金属的韧脆转变温度，在一定条件下，随着镍的增加，强度有一定的提高，低温冲击韧性有明显的改善，同时镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；镍含量增加对耐候性合计指数增加效果明显，可有效提高钢板耐腐蚀能力，但是Ni含量过高，会增大熔敷金属的热裂纹倾向。

铜粉：铜能提高熔敷金属的强度和韧性，特别是提高耐大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆。铜也是耐候性合金指数中的主要元素，对提高钢板的耐腐蚀性效果明显。

钛铁：Ti是强脱氧剂。它能促进针状铁素的形成，细化晶粒，并有造渣的作用。

铁粉：有利于药粉均匀分布，可以提高焊接的熔敷效率和电弧稳定性。

硅锰合金：主要是脱氧剂，可降低焊缝金属的氧含量。其加入量少于5％时，脱氧变差，冲击韧性变差；加入量超过20％，则强度过高，冲击韧性降低。

相对于现有技术，本发明所述的耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝具有以下优势：

本发明所述的耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝，其熔敷金属抗拉强度、延伸率、冲击韧性等性能较优；熔敷金属扩散氢含量较低，并且具有良好的抗裂性能；其各项成分、性能均能满足500MPa级耐海洋大气腐蚀钢在钢桥梁焊接中的需要。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝，以SPCC-SD冷轧低碳钢钢带为焊丝原料，采用常规药芯过渡合金方式和通用的药粉规格及药芯焊丝生产工艺制造，焊丝直径4.0mm。

实施例1

一种耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝，所述药芯包括如下重量份数的组分，氟化钠15份﹑氟化稀土3份、钾钠稳弧剂5份、硅锰合金5份、金属锰20份、镁粉15份、镍粉80份、钼粉2份、铜粉15份、钛铁16份、硼铁2份、稀土硅铁2份、铁粉800份。

所述药芯占焊丝总重量的比例为38％。

药芯焊丝熔敷金属性能：(配合烧结101焊剂)

耐候性合金指数V：

V＝1/{(1.0-0.16[C])×(1.05-0.05[Si])×(1.04-0.016[Mn])×(1.0-0.5[P])×(1.0+1.9[S])×(1.0-0.10[Cu])×(1.0-0.12[Ni])×(1.0-0.3[Mo])×(1.0-1.7[Ti])},其中[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[Cu]、[Ni]、[Mo]和[Ti]分别代表C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Mo和Ti的熔敷金属重量百分比。

计算得到的耐候性合计指数V：1.73。

“耐候性合金指数”引用自标准JIS Z3320-2012《耐候性钢用气体保护和自保护金属电弧焊药芯焊丝》。该指数反映的是金属材料耐大气腐蚀性能的指标，V值越高，耐大气腐蚀性能越优异。

实施例二

一种耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝，所述药芯包括如下重量份数的组分，氟化钠10份﹑氟化稀土5份、钾钠稳弧剂10份、硅锰合金10份、金属锰10份、镁粉10份、镍粉100份、钼粉3份、铜粉20份、钛铁12份、硼铁3份、稀土硅铁3份、铁粉820份。

所述药芯占焊丝总重量的比例为35％。

药芯焊丝熔敷金属性能：(配合烧结101焊剂)

耐候性合金指数V:

V＝1/{(1.0-0.16[C])×(1.05-0.05[Si])×(1.04-0.016[Mn])×(1.0-0.5[P])×(1.0+1.9[S])×(1.0-0.10[Cu])×(1.0-0.12[Ni])×(1.0-0.3[Mo])×(1.0-1.7[Ti])},其中[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[Cu]、[Ni]、[Mo]和[Ti]分别代表C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Mo和Ti的熔敷金属重量百分比。

计算得到的耐候性合金指数V：1.79。

实施例三

一种耐海洋大气腐蚀钢用埋弧药芯焊丝，所述药芯包括如下重量份数的组分，氟化钠5份﹑氟化稀土8份、钾钠稳弧剂15份、硅锰合金20份、金属锰5份、镁粉5份、镍粉120份、钼粉4份、铜粉25份、钛铁8份、硼铁4份、稀土硅铁4份、铁粉800份。

所述药芯占焊丝总重量的比例为32％。

药芯焊丝熔敷金属性能：(配合烧结101焊剂)

耐候性合金指数V:

V＝1/{(1.0-0.16[C])×(1.05-0.05[Si])×(1.04-0.016[Mn])×(1.0-0.5[P])×(1.0+1.9[S])×(1.0-0.10[Cu])×(1.0-0.12[Ni])×(1.0-0.3[Mo])×(1.0-1.7[Ti])},其中[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[Cu]、[Ni]、[Mo]和[Ti]分别代表C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Mo和Ti的熔敷金属重量百分比。

计算得到的耐候性合金指数V：1.92。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。