李振華 局曉峰 居程亮

摘要：針對(duì)E級(jí)Q345qENH和Q370qENH耐候橋梁鋼，開(kāi)展配套的焊接材料研制工作，研制出HTJ-507CrNiCu焊條、HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲、HTM-550GN埋弧焊焊絲/HTF-101GN埋弧焊焊劑3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料。結(jié)果表明，研制的3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐大氣腐蝕性能，特別具有優(yōu)良的低溫韌性。

關(guān)鍵詞：高韌性;耐候性;橋梁鋼;焊接材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TG 422

Abstract： Aiming at the E-class Q345qENH and Q370qENH weather-resistant bridge steels，the research work of matching welding materials was carried out. Three sets of high-toughness weather-resistant bridge steel welding materials were developed， HTJ-507CrNiCu electrode， HTW-550GN gas shielded welding wire， HTM-550GN submerged arc welding wire and HTF-101GN submerged arc agglomerated flux. The results showed that the three sets of high-toughness weather-resistant bridge steel welding materials had excellent process performance， mechanical properties and atmospheric corrosion resistance， especially excellent low temperature toughness.

Key words： high toughness;weather-resistant; bridge steel; welding material

0 前言

耐候鋼具有耐銹，使構(gòu)件抗腐蝕延壽、減薄降耗，不用涂裝，省工、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，耐候性為普碳鋼的2～8倍[1]。國(guó)內(nèi)耐候鋼主要用于鐵道、車(chē)輛、集裝箱的制造，在橋梁鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域尚未得到廣泛應(yīng)用，正處于耐候鋼橋建造的起步階段。近幾年，隨著中國(guó)橋梁鋼冶煉和軋制工藝的發(fā)展，耐候橋梁鋼的生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，與之配套的焊接材料國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有，只能依靠進(jìn)口，進(jìn)口焊接材料不僅成本高，而且生產(chǎn)周期不可把控，因此急需研制開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)的耐候橋梁鋼焊接材料。

研制出HTJ-507CrNiCu焊條、HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲、HTM-550GN埋弧焊焊絲/HTF-101GN埋弧焊焊劑3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料，焊接接頭不僅力學(xué)性能優(yōu)良，耐大氣腐蝕指數(shù)≥6.5，同時(shí)具有優(yōu)異的低溫沖擊韌性，-40 ℃沖擊吸收能量≥60 J，3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料具有優(yōu)異的工藝性能，能夠適用于E級(jí)Q345qENH和Q370qENH耐候橋梁鋼的焊接。

1 研制難點(diǎn)及技術(shù)要求

1.1 研制難點(diǎn)

耐候橋梁鋼焊接材料是在普通橋梁鋼基礎(chǔ)上加入了Cr，Ni，Cu 等合金元素，保證了焊接接頭強(qiáng)度的同時(shí)，提高了焊縫的耐大氣腐蝕性能，但由于Cr元素的加入，顯著提高了焊縫的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，降低了焊接接頭的低溫沖擊韌性[2]，焊接接頭-40 ℃沖擊韌性很難符合技術(shù)要求。因此耐候橋梁鋼焊接材料研制難點(diǎn)是在保證力學(xué)和耐腐蝕性能滿足要求的前提下，提高焊縫-40 ℃的低溫沖擊韌性，使其不低于41 J。

1.2 技術(shù)要求

E級(jí)Q345qENH和Q370qENH耐候橋梁鋼用焊接材料的拉伸性能和沖擊性能要求見(jiàn)表1。耐大氣腐蝕指數(shù)I≥6.0，耐大氣腐蝕指數(shù)依據(jù)美國(guó)ASTM G101-04標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定來(lái)計(jì)算，耐大氣腐蝕指數(shù)I=26.01w（Cu）+3.88 w （Ni）+1.20 w （Cr）+1.49 w （Si）+17.28 w （P）-7.29 w （Cu） w （Ni）-9.10 w （Ni） w （P）-33.39[w （Cu）]2。

2 耐候橋梁鋼焊接材料的研制

為了滿足橋梁制造業(yè)對(duì)Q345qENH和Q370qENH耐候橋梁鋼高韌性焊接材料的需求，對(duì)其進(jìn)行成套焊接材料的研制，研制開(kāi)發(fā)了HTJ-507CrNiCu焊條、HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲、HTM-550GN埋弧焊焊絲/HTF-101GN埋弧焊焊劑3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料。

2.1 HTJ-507CrNiCu焊條的研制

考慮低溫沖擊要求，焊條渣系采用性能優(yōu)異的低氫型渣系。為提高焊縫的低溫沖擊韌性，加入Ti，Ni等合金元素，同時(shí)為滿足焊縫的耐大氣腐蝕性能，加入Cu，Cr，Ni等耐腐蝕性能元素，焊條藥皮的主要組分見(jiàn)表2。焊條擴(kuò)散氫按照GB/T 3965—2012《熔敷金屬擴(kuò)散氫測(cè)定方法》進(jìn)行分析操作，使用MF-1水銀法測(cè)氫儀測(cè)定，HTJ-507CrNiCu焊條熔敷金屬擴(kuò)散氫含量為3.5 mL/100 g。

采用表2生產(chǎn)的HTJ-507CrNiCu焊條，焊條規(guī)格為4.0 mm，具有優(yōu)異的焊接工藝性能，其焊縫化學(xué)成分、力學(xué)性能見(jiàn)表3和表4。

從表3和表4可以看出，HTJ-507CrNiCu焊條-40 ℃低溫沖擊吸收能量不低于70 J，耐大氣腐蝕指數(shù)I為6.82，完全滿足E級(jí)Q345qENH和Q370qENH對(duì)高韌性耐候橋梁鋼焊條的要求，低溫沖擊韌性具有很大的余量。

2.2 HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲的研制

HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲的研制的關(guān)鍵主要是通過(guò)合適的成分設(shè)計(jì)來(lái)保證的力學(xué)和耐大氣腐蝕性能。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，B可以提高低溫韌性，合適的Ni含量在改善耐腐蝕性能的同時(shí)也能提高低溫韌性，因此HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲成分中除Cu，Cr，Ni等耐腐蝕性能元素外，還特意加入了微量B元素。HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲主要化學(xué)成分見(jiàn)表5。

HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲，規(guī)格為1.2 mm，在純CO2氣和富氬氣保護(hù)下焊接，具有優(yōu)異的焊接工藝性能，其化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表6和表7，純CO2氣體保護(hù)下焊縫耐大氣腐蝕指數(shù)I為7.12，富氬氣保護(hù)下焊縫耐大氣腐蝕指數(shù)I為7.43。

從表7可以看出，HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲焊縫沖擊韌性在富氬氣保護(hù)下優(yōu)于在純CO2氣體保護(hù)下焊接。這是由于富氬氣保護(hù)比純CO2氣體保護(hù)焊對(duì)Si，Mn等合金元素的燒損少，氧化物含量低，焊縫更加純凈。

HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲焊縫力學(xué)性能和耐腐蝕性能完全滿足E級(jí)Q345qENH和Q370qENH耐候橋梁鋼對(duì)氣體保護(hù)焊焊絲要求。特別是在富氬氣保護(hù)下焊縫的-40 ℃低溫沖擊吸收能量不低于120 J，低溫沖擊韌性有非常大的余量。

2.3 HTM-550GN埋弧焊焊絲/HTF-101GN埋弧焊焊劑的研制 ?高韌性耐候橋梁鋼埋弧焊接材料研制的關(guān)鍵主要埋弧焊絲合適的成分設(shè)計(jì)和熔敷金屬低溫韌性的提升。 ?埋弧焊劑HTF-101GN為燒結(jié)焊劑，采用氟堿型渣系，焊劑的主要組成見(jiàn)表8。在埋弧焊絲HTM-550GN成分設(shè)計(jì)上，加入適量的Ti元素和B元素來(lái)提高低溫韌性，合適的Cu，Cr，Ni元素來(lái)改善耐大氣腐蝕性能[3]，埋弧焊絲的主要化學(xué)成分見(jiàn)表9。

HTM-550GN埋弧焊絲，規(guī)格為4.0 mm，匹配埋弧焊劑HTF-101GN焊接時(shí)，具有優(yōu)異的工藝性能，焊縫化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表9和表10。

依據(jù)表9中化學(xué)成分，HTM-550GN/HTF-101GN焊縫耐大氣腐蝕指數(shù)I為7.07。

從表10可以看出，HTM-550GN埋弧焊焊絲/HTF-101GN埋弧焊焊劑焊縫力學(xué)性能和耐腐蝕性能完全滿足E級(jí)Q345qENH和Q370qENH耐候橋梁鋼對(duì)埋弧焊接材料的要求。特別是焊縫的-40 ℃低溫沖擊吸收能量不低于100 J，低溫沖擊韌性有非常大的余量。

3 耐候橋梁鋼焊接材料工藝評(píng)定

新研制開(kāi)發(fā)的HTJ-507CrNiCu焊條、HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲、HTM-550GN埋弧焊焊絲/HTF-101GN埋弧焊焊劑3套高韌性耐候橋梁鋼用焊接材料，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2374—2008《鐵道車(chē)輛用耐大氣腐蝕鋼及不銹鋼焊接材料》進(jìn)行工藝評(píng)定，力學(xué)性能、耐大氣腐蝕性能、-40 ℃低溫韌性等各項(xiàng)性能均合格，完全滿足E級(jí)Q345qENH和Q370qENH耐候橋梁鋼的要求。

針對(duì)3套耐候橋梁鋼焊接材料依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2375—1993進(jìn)行周期浸潤(rùn)腐蝕試驗(yàn)，浸潤(rùn)時(shí)間為25 h，50 h，75 h，100 h，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

由表11可以看出，新研制的3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料的腐蝕失重率大致相同，失重率低，說(shuō)明3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。

由圖1、圖2和圖3腐蝕前后金相組織圖片可以看出，新研制的3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料經(jīng)過(guò)100 h腐蝕后，焊縫表面非常致密，說(shuō)明新研制的3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料具有非常優(yōu)異的耐腐蝕性能。

4 結(jié)論

（1） 研制的HTJ-507CrNiCu焊條、HTW-550GN氣體保護(hù)焊焊絲、HTM-550GN埋弧焊焊絲/HTF-101GN埋弧焊焊劑3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料力學(xué)性能和耐大氣腐蝕性能滿足E級(jí)Q345qENH和Q370qENH要求，-40 ℃低溫沖擊吸收能量不低于60 J。

（2）研制的3套高韌性耐候橋梁鋼焊接材料經(jīng)過(guò)100 h浸潤(rùn)腐蝕后具有非常優(yōu)異的耐腐蝕性能。

參考文獻(xiàn)

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