本發(fā)明涉及氣體保護(hù)藥芯焊絲材料領(lǐng)域，具體涉及一種高韌性耐大氣腐蝕藥芯焊絲及其制備方法。

背景技術(shù)：
鐵路是我國國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，全國85％的木材、85％的原油、80％的鋼鐵和60％的煤炭等物資由鐵路運(yùn)輸完成。然而，由于鐵路貨運(yùn)環(huán)境條件比較惡劣，承擔(dān)運(yùn)輸物資的車輛常年在雨、雪、水和灰塵等大氣腐蝕環(huán)境下運(yùn)營，車輛鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題非常突出。20世紀(jì)80年代以前，鐵路貨車主要采用普通碳素鋼，抗大氣腐蝕能力差，使用壽命短。為提高車輛的耐大氣腐蝕性能，延長產(chǎn)品檢修周期和使用壽命，上世紀(jì)90年代成功研制出屈服強(qiáng)度為345MPa的Cu-P系和Cu-P-Cr-Ni系耐候鋼。2003年成功開發(fā)出屈服強(qiáng)度為450MPa的高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼。近年來，為進(jìn)一步提高鐵路貨車用鋼耐大氣性能，研制出新型耐大氣腐蝕鋼，如鞍鋼研制出的S450AW耐大氣腐蝕鋼已成功應(yīng)用于國內(nèi)新一代80t級鐵路貨車的制造。目前，國內(nèi)耐大氣腐蝕鋼焊接主要采用氣體保護(hù)實心焊絲和焊條手工電弧焊。采用氣體保護(hù)實心焊絲存在焊接飛濺大、焊縫成型不良等不足。實心焊絲焊接過程中產(chǎn)生的大量焊接飛濺很容易造成焊后清理飛濺工作強(qiáng)度大，如不能徹底清除飛濺，又會導(dǎo)致車體表面油漆涂裝效果不良。同時實心焊絲化學(xué)成分調(diào)配困難，不易保證焊縫的耐大氣腐蝕性能和良好的力學(xué)性能。手工焊條雖成分調(diào)配方便，但不能實現(xiàn)自動化焊接，焊接效率低，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)成本高。藥芯焊絲兼具氣體保護(hù)實心焊絲和焊條兩者的優(yōu)點(diǎn)，易實現(xiàn)高效的半自動和自動焊生產(chǎn)，通過合理調(diào)配藥芯成分，使藥芯焊絲焊接電弧穩(wěn)定，焊接飛濺小，焊縫成型美觀，容易獲得良好的焊縫力學(xué)性能和耐大氣腐蝕等性能，是近年來焊接材料發(fā)展的主要方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：本發(fā)明目的在于提供一種低溫沖擊韌性和耐大氣腐蝕性能良好的高韌性耐大氣腐蝕藥芯焊絲及其制備方法。本發(fā)明的高韌性耐大氣腐蝕藥芯焊絲，采用碳鋼冷軋鋼帶和藥芯制成，所述藥芯由按質(zhì)量百分比的下述組分構(gòu)成：金紅石25～40％，石英砂3～7％，鎂砂1～3％，硅鋁酸鹽3～12％，氟化鈉1～4％，氧化鈉1～3％，低碳錳鐵5～15％，硅鐵3～7％，Ni2.5～5.5％，Cr2.5～7％，Cu1～3％，鈦鐵1.5～5.5％，鉬鐵和釩鐵≤3％，其余為鐵粉；優(yōu)選為，金紅石30～40％，石英砂4～7％，鎂砂2～3％，硅鋁酸鹽6～11％，氟化鈉2～4％，氧化鈉1～3％，低碳錳鐵8～15％，硅鐵3～6％，Ni3～5％，Cr3～7％，Cu1～3％，鈦鐵1.5～5.5％，鉬鐵和釩鐵≤3％，其余為鐵粉；更優(yōu)選為，金紅石35～40％，石英砂5～7％，鎂砂2～3％，硅鋁酸鹽7～10％，氟化鈉2～4％，氧化鈉1～3％，低碳錳鐵8～12％，硅鐵3～6％，Ni3～5％，Cr3～6％，Cu1～3％，鈦鐵2～5％，鉬鐵和釩鐵≤3％，其余為鐵粉；進(jìn)一步優(yōu)選為，金紅石36～40％，石英砂5～6％，鎂砂2～3％，硅鋁酸鹽7～9％，氟化鈉2～4％，氧化鈉1～3％，低碳錳鐵8～10％，硅鐵4～6％，Ni3～5％，Cr3～6％，Cu1～3％，鈦鐵3～5％，鉬鐵和釩鐵≤2％，其余為鐵粉.進(jìn)一步地，所述的鉬鐵和釩鐵通過析出強(qiáng)化實現(xiàn)晶粒的細(xì)化。上述的高韌性耐大氣腐蝕藥芯焊絲的制備方法，包括如下步驟：以常規(guī)的碳鋼冷軋鋼帶包覆為外皮，通過成型軋輥加工成U型槽，在槽中添加藥粉，藥粉由上述按質(zhì)量百分比計的組分研磨成粉得到，然后軋成管狀，最終通過拉絲加工成型，得到高韌性耐大氣腐蝕藥芯焊絲。本發(fā)明通過對藥芯組分之間組合以及組合后組分間的相互作用的研究與分析，在確定成分的基礎(chǔ)之上，總結(jié)組分占比在整個材料中所起的作用，篩選出最恰當(dāng)?shù)慕M分比例，以使得各組分之間的積極作用最大化。本發(fā)明的主要原理如下：金紅石(TiO2)，主要起造渣、降低熔渣粘度、引弧和穩(wěn)弧作用，分析所得的合適范圍為25～40％。金紅石含量小于25％時，熔渣覆蓋性變差，電弧不穩(wěn)，焊縫成型變差；金紅石含量大于40％，由于人造金紅石中含有不少氧化鐵，導(dǎo)致熔渣酸度增加，脫渣性變差，熔覆金屬含氧量增加，力學(xué)性能下降。石英砂的主成分是SiO2，可降低熔渣的熔點(diǎn)和改善焊縫成型，分析所得的適宜范圍為3～7％。適量的石英砂可增加渣的活性，過量時會使渣變得疏松多孔，脫渣和焊縫成型都會變差。鎂砂(MgO)，加入鎂砂，不僅可以造渣，更重要的是可以獲得平滑的焊縫和焊趾部位成型，降低焊縫接頭應(yīng)力集中，從而提高焊縫的疲勞強(qiáng)度，分析所得的氧化鎂的合適含量為1～3％。含量小于1％，改善焊縫及焊趾成型效果不明顯；大于3％，熔渣的覆蓋性不好，焊縫成型開始變差。硅鋁酸鹽(K2O·Al2O3·6SiO2)的主要作用是穩(wěn)弧和造渣，分析所得的適宜含量為3～12％，處于這個含量范圍時，因硅鋁酸鹽中含有的K2O、SiO2使熔滴的表面張力減少，起到細(xì)化熔滴、減少飛濺的作用。為控制熔覆金屬中的氫含量，加入氟化鈉(NaF)去氫，鈉屬于高電離元素，含量為1～4％時既能去氫又能穩(wěn)弧。當(dāng)含量大于4％時，會破壞電弧穩(wěn)定，且焊接煙塵量增大，不利于環(huán)保。加入1～3％氧化鈉(Na2O)，可以起到穩(wěn)弧、細(xì)化熔滴的作用，進(jìn)而改善焊縫成型。加入低碳錳鐵，Mn可起脫氧、脫硫和滲合金作用，適宜含量5～15％。小于5％脫氧和脫硫不充分，Mn合金元素滲入焊縫較少，強(qiáng)度不足；大于15％，焊縫強(qiáng)度增加，但沖擊韌性下降。硅鐵起脫氧和合金化的作用，適當(dāng)?shù)墓梃F能提高鋼的強(qiáng)度和腐蝕性能，合適范圍為3～7％，大于7％會提高渣的酸度及粘度，促使焊縫生成非金屬夾雜物。Ni是滲合金元素，加入2.5～5.5％的Ni能提高焊縫的低溫沖擊韌性和耐腐蝕性能。小于2.5％不能達(dá)到耐腐蝕性能要求；大于5.5％，會導(dǎo)致焊材成本增加。Cr是很好的耐腐蝕性元素，可以提高焊縫強(qiáng)度，合理范圍2.5～7％。少于2.5％，焊縫耐腐蝕性能不良；大于7％，焊縫強(qiáng)度過高，低溫沖擊韌性下降。Cu本身是耐腐蝕元素，加入1～3％可提高焊縫耐腐蝕性能。Cu與氧的親和力小于鐵，故焊接時大部分過渡到焊縫，按合金計算要求加入，一般不會多用。鈦為稀有元素，適量使用鈦鐵，可起到脫氧、滲合金作用，鈦鐵加入范圍為1.5～5.5％。適量的鈦可起到細(xì)化晶粒提高韌性的作用，但當(dāng)加入量大于5.5％時會造成脫渣性變差。鉬鐵和釩鐵價格高，一般不多用，根據(jù)析出強(qiáng)化細(xì)化焊縫晶粒的作用，加入量二者累計不大于3％時，可提高低溫沖擊韌性。余量為鐵粉，加入10～25％的鐵粉，可提高藥芯焊絲熔覆效率，同時可改善引弧和電弧穩(wěn)定性。為確保藥芯焊絲具有良好的工藝性能，選用鈦型渣系。本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明通過對藥芯焊絲中藥芯成分的合理調(diào)整，控制藥芯成分中含適量的Ni粉、鈦鐵和加入少量通過析出強(qiáng)化來細(xì)化晶粒的鉬鐵、釩鐵合金元素，加之與其它組分之間的協(xié)同作用，從而能夠確保藥芯焊絲-40℃低溫沖擊吸收功Akv大于60J。2.除了實驗測試和對結(jié)果的充分分析，本發(fā)明還緊密結(jié)合運(yùn)裝貨車〔2010〕841號《鐵道貨車用高耐蝕型耐候鋼熱軋板(帶)技術(shù)條件(暫行)》中的耐腐蝕指數(shù)經(jīng)驗計算公式以及TB/T2375－1993《鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗方法》，使得藥芯焊絲耐腐蝕性元素的組分設(shè)計更為合理，特別是保證了Ni、Cr、Cu、P和硅鐵的合理適宜含量，所得藥芯焊絲耐大氣腐蝕能力優(yōu)良，且不低于屈服強(qiáng)度為450MPa耐大氣腐蝕鋼的腐蝕性能。附圖說明圖1為本發(fā)明的藥芯焊絲制造工藝流程圖。具體實施方式下面用具體實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不限制本發(fā)明。本發(fā)明的藥芯焊絲制造工藝流程圖如圖1所示。采用表1所示成分的碳鋼冷軋鋼帶為外皮，按實施例1、實施例2和實施例3進(jìn)行藥芯各組分的配比，制備成藥芯焊絲。表1碳鋼冷軋鋼帶化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)CMnSiPS0.0600.4500.0120.0200.014實施例1的藥芯成分：35.0％金紅石，4.0％石英砂，1.5％鎂砂，6.0％硅鋁酸鹽，3.0％氟化鈉，1.5％氧化鈉，10.0％低碳錳鐵，4.0％硅鐵，5.0％Ni，4.0％Cr，2.0％Cu，3.5％鈦鐵，合計1.5％的鉬鐵和釩鐵，19％鐵粉。實施例2的藥芯成分：32.0％金紅石，5.0％石英砂，2.0％鎂砂，8.0％硅鋁酸鹽，2.5％氟化鈉，2.0％氧化鈉，9.0％低碳錳鐵，3.5％硅鐵，4.0％Ni，3.5％Cr，1.5％Cu，2.5％鈦鐵，合計1.0％的鉬鐵和釩鐵，23.5％鐵粉。實施例3的藥芯成分：30.0％金紅石，6.0％石英砂，2.5％鎂砂，10.0％硅鋁酸鹽，2.0％氟化鈉，2.5％氧化鈉，8.0％低碳錳鐵，5.0％硅鐵，4.5％Ni，4.5％Cr，2.5％Cu，3.0％鈦鐵，合計1.5％的鉬鐵和釩鐵，18％鐵粉。為分析本發(fā)明藥芯焊絲熔敷金屬的力學(xué)性能和耐大氣腐蝕性能，采用如下焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接試驗：保護(hù)氣體為100％CO2，采用直流反接法，焊接電流I＝240A，焊接電壓U＝28V，氣體流量16L/min，焊接速度340mm/min，層間溫度控制150±20℃。實施例1、實施例2和實施例3的熔覆金屬力學(xué)性能見表2。表2熔敷金屬力學(xué)性能從表2可以看出，藥芯焊絲實施例1、實施例2和實施例3的熔敷金屬屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率均不低于母材標(biāo)準(zhǔn)值，-40℃低溫沖擊吸收功分別為107J、97J和105J，均大于60J，表明本發(fā)明藥芯焊絲低溫沖擊韌性優(yōu)良。根據(jù)TB/T2375－1993《鐵路用耐侯鋼周期浸潤腐蝕試驗方法》對耐大氣腐蝕鋼S450AW和藥芯焊絲實施例1、實施例2、實施例3對應(yīng)的藥芯焊絲熔覆金屬進(jìn)行周期浸潤腐蝕試驗，結(jié)果見表3。表3失重腐蝕率W(g/m2·h)從表3可以看出，藥芯焊絲實施例1、實施例2和實施例3的失重腐蝕率均小于同周期下S450AW耐大氣腐蝕鋼的失重腐蝕率，表明本發(fā)明的藥芯焊絲具有良好的耐大氣腐蝕性能。