一种具有耐酸液腐蚀的高冲击韧性实心焊丝及其制备方法与流程

本发明涉及耐酸钢配套焊接材料技术领域，尤其涉及一种具有耐酸液腐蚀的高冲击韧性实心焊丝及其制备方法。

背景技术：

火力发电、石油石化、垃圾焚烧等行业的部分部件结构对钢铁的耐酸性有着重要要求，其烟气通道、换热器元件板、加热炉壳等长期在酸性气体环境中工作。目前，其用钢主要为09crcusb钢，在酸性腐蚀环境中形成cucr、sb等合金元素的保护层，因而有良好的耐硫酸和盐酸腐蚀性能。但是，目前更多的行业对耐硫酸和盐酸腐蚀钢提出了更高的要求，比如铁路运输行业，铁路货车用耐酸钢，不仅对耐酸性有较高要求，而且还对母材和焊缝的低温冲击韧性要求较高，需要保证-40℃低温冲击韧性符合要求。

目前，针对这种铁路货物运输车用钢配套焊接材料的研发还相对滞后，因此开发具有耐硫酸和盐酸腐蚀且低温冲击韧性良好的气保焊丝具有重要意义。

技术实现要素：

本发明通过提供一种具有耐酸液腐蚀的高冲击韧性实心焊丝及其制备方法，解决了现有技术中无法兼具高耐硫酸和盐酸腐蚀性和低温冲击韧性的技术问题。

本发明提供了一种具有耐酸液腐蚀的高冲击韧性实心焊丝，所述焊丝化学成分的质量百分比为：c0.04％～0.10％、si0.1％～0.5％、mn0.3％～1.0％、p≤0.015％、s≤0.015％、ni0.35％～1.0％、cu0.2％～0.6％、cr0.1％～0.5％、mo0.001％～0.075％、sb0.03％～0.12％，剩余部分由fe和不可避免的杂质构成。

进一步地，ni/cr的比例控制在1.6～5之间。

本发明提供的具有耐酸液腐蚀的高冲击韧性实心焊丝的制备方法，包括：

转炉炼钢和lf炉精炼按c0.04％～0.10％、si0.1％～0.5％、mn0.3％～1.0％、p≤0.015％、s≤0.015％、ni0.35％～1.0％、cu0.2％～0.6％、cr0.1％～0.5％、mo0.001％～0.075％、sb0.03％～0.12％控制钢液成分；

对精炼得到的钢液进行浇铸；

对浇铸得到的钢坯进行轧制，得到盘条；

对得到的盘条拉拔成丝。

进一步地，所述转炉炼钢，包括：

采用双渣操作，终点碳按0.04％～0.10％控制，出钢温度在1670～1690℃之间，挡渣出钢。

进一步地，所述lf炉精炼，包括：

向lf炉内添加合成渣，造白渣精炼，控制氧活度在3～10ppm之间；软吹时间按10～15min控制，钢水静置时间控制在10min～15min之间。

进一步地，所述对精炼得到的钢液进行浇铸，包括：

通过连铸机对所述精炼得到的钢液进行浇铸，并对所述钢液进行冷却。

进一步地，在所述对浇铸得到的钢坯进行轧制，得到盘条之后，还包括：

对得到的盘条进行预处理。

进一步地，所述对得到的盘条进行预处理，包括：

将所述得到的盘条进行剥壳、酸洗除锈、压力水洗、涂石灰、烘干处理。

进一步地，所述对得到的盘条拉拔成丝，包括：

采用粗拉减径和细拉减径的方法将所述得到的盘条进行拉拔减径，拉拔得到成品焊丝。

进一步地，在所述拉拔得到成品焊丝之后，还包括：

对所述得到的成品焊丝的表面进行镀铜处理。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明采用超低碳，降低碳当量，从而降低焊缝金属的冷裂纹敏感性，同时有助于提高低温冲击韧性。同时，适当的si、mn、cu、cr含量，能够保证焊缝金属的强度。较高的ni含量，能够提高焊缝金属的低温冲击韧性。另外，通过添加一定量的sb元素，能够保证焊缝金属的耐硫酸和盐酸腐蚀性能，从而有效解决了现有技术中无法兼具高耐硫酸和盐酸腐蚀性和低温冲击韧性的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有耐酸液腐蚀的高冲击韧性实心焊丝的制备方法的流程图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种具有耐酸液腐蚀的高冲击韧性实心焊丝及其制备方法，解决了现有技术中无法兼具高耐硫酸和盐酸腐蚀性和低温冲击韧性的技术问题。

本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

本发明实施例采用超低碳，降低碳当量，从而降低焊缝金属的冷裂纹敏感性，同时有助于提高低温冲击韧性。同时，适当的si、mn、cu、cr含量，能够保证焊缝金属的强度。较高的ni含量，能够提高焊缝金属的低温冲击韧性。另外，通过添加一定量的sb元素，能够保证焊缝金属的耐硫酸和盐酸腐蚀性能，从而有效解决了现有技术中无法兼具高耐硫酸和盐酸腐蚀性和低温冲击韧性的技术问题。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提供的具有耐酸液腐蚀的高冲击韧性实心焊丝，所述焊丝化学成分的质量百分比为：c0.04％～0.10％、si0.1％～0.5％、mn0.3％～1.0％、p≤0.015％、s≤0.015％、ni0.35％～1.0％、cu0.2％～0.6％、cr0.1％～0.5％、mo0.001％～0.075％、sb0.03％～0.12％，剩余部分由fe和不可避免的杂质构成。

其中，c能够提高焊材熔敷金属强度，影响焊接工艺性。si是脱氧元素，焊缝中的si与o发生化学反应生成sio2，从而达到脱氧的目的。mn有利于细化晶粒，诱发焊缝组织中生成针状铁素体，降低先共析铁素体和侧板条铁素体的含量，从而提高焊缝金属低温冲击韧性。ni能够提高焊缝金属低温冲击韧性。ni也有利于细化晶粒，促进焊缝金属针状铁素体的形成，在提高塑韧性的同时保证焊缝金属的强度。ni元素可以提高焊缝金属耐盐酸腐蚀性能，可以防止因sb和cu元素的添加而导致的热加工时的表面裂纹的产生。cr和cu元素对焊缝金属起强化作用，它们也是提高焊缝金属耐候性的重要元素。sb也是提高焊缝金属耐硫酸和盐酸腐蚀的主要元素。mo也可以提高焊缝金属强度，抑制先共析铁素形成，促进针状铁素体的生成，降低韧脆转变温度。s和p能够影响焊缝金属的低温冲击韧性，故将其限制在较低水平。

对焊丝的化学成分进行进一步说明，ni/cr的比例控制在1.6～5之间。

在本实施例中，可以通过公式ai/10000＝0.0005+0.045xsb％-c％xmo％求得焊丝的耐酸腐蚀指数ai。公式中的“％”表示“质量％”。通过上述公式求得的ai大于0。

本发明实施例中焊丝的制备按照试验要求进行配料，采用脱硫铁水，控制入炉铁水的硫含量。采用转炉炼钢，选用s、p含量低的原材料，采用顶底复合吹炼工艺，将冶炼终点的c、s、p控制在较低的水平。经脱氧合金化后，采用lf炉等炉外精炼工艺，冶炼出成分符合要求的钢水。钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯，连铸坯经高速无扭轧机轧制成φ5.5mm的盘条。盘条经剥壳—酸洗—涂硼砂—拔丝—镀铜工艺制成φ1.2mm的成品焊丝。

参见图1，本发明实施例提供的具有耐酸液腐蚀的高冲击韧性实心焊丝的制备方法，包括：

步骤s110：转炉炼钢和lf炉精炼按c0.04％～0.10％、si0.1％～0.5％、mn0.3％～1.0％、p≤0.015％、s≤0.015％、ni0.35％～1.0％、cu0.2％～0.6％、cr0.1％～0.5％、mo0.001％～0.075％、sb0.03％～0.12％控制钢液成分；

其中，转炉炼钢的步骤包括：

采用双渣操作，终点碳按0.04％～0.10％控制，出钢温度在1670～1690℃之间，挡渣出钢。采用si-al进行终脱氧。

lf炉精炼的步骤包括：

向lf炉内添加合成渣，造白渣精炼，控制氧活度在3～10ppm之间；软吹时间按10～15min控制，钢水静置时间控制在10min～15min之间，从而使钢中的夹杂充分上浮。

在本实施例中，合成渣的添加量是200～400kg。

步骤s120：对精炼得到的钢液进行浇铸；

对本步骤进行具体说明，步骤s120具体包括：

通过连铸机对精炼得到的钢液进行浇铸，并对钢液进行冷却。

更具体地，采用160mm²小方坯连铸机全保护浇铸，钢液通过结晶器冷却，为促进钢水流动、净化钢水、去除非金属夹杂物、减小树枝凝固时形成的气孔，结晶器采用190a、8hz的电磁搅拌。控制全保护浇铸过程中的提拉速度为2.0m/min。并且采用二次冷却制度浇注，控制每公斤钢用冷却水量为1.4～1.8l/kg。

步骤s130：对浇铸得到的钢坯进行轧制，得到盘条；

具体地，通过连铸轧机对浇铸得到的钢坯进行轧制，得到盘条。

在本实施例中，开轧温度控制在1000～1050℃之间。粗轧道次变形量按30％～40％，从而保证连铸坯缩孔能够完全焊合。吐丝温度在810～850℃之间，轧后盘条的直径在6～8mm之间。

步骤s140：对得到的盘条拉拔成丝。

对本步骤进行具体说明：

采用粗拉减径和细拉减径的方法将得到的盘条进行拉拔减径，拉拔得到成品焊丝。

为了防止盘条粗糙表面增加阻力，从而导致盘条在拉拔过程中发生断裂，在拉拔减径的过程中，加入润滑剂。

为了防止表面生锈，在拉拔得到成品焊丝之后，对得到的成品焊丝的表面进行镀铜处理。之后将镀完铜之后的焊丝精密缠绕呈盘，然后包装。

对本发明实施例提供的制备方法进行具体说明，在步骤s130之后，还包括：

对得到的盘条进行预处理。

对预处理步骤进行具体说明：

将得到的盘条进行剥壳、酸洗除锈、压力水洗、涂石灰、烘干处理。

本发明中的实施案例是采用混合保护气体(80％ar+20％co2)进行熔敷金属焊接试验，焊接参数为：电流为250～280a，焊接电压为28～30v，焊接速度为24～30cm/min，层间温度低于150℃，气体流量为15～20l/min。焊接试板厚度为25mm，带15mm垫板，根部间隙为15mm，坡口角度为45℃。焊后测得熔覆金属的力学性能为：屈服强度rel＝540mpa，抗拉强度rm＝650mpa，-40℃冲击功akv＝90j。对焊丝熔敷金属进行腐蚀试验，试样尺寸为50x25x4mm，在40℃20％硫酸介质中浸泡24小时，腐蚀速率为6.1mg/cm²/h。在80℃10％盐酸介质中浸泡24小时，腐蚀速率为0.72mg/cm²/h。

由此可知，本发明实施例提供的焊丝的熔敷金属屈服强度大于500mpa，抗拉强度大于600mpa，-40℃冲击功大于60j，并且具有良好的耐硫酸和盐酸腐蚀性能。

【技术效果】

本发明实施例采用超低碳，降低碳当量，从而降低焊缝金属的冷裂纹敏感性，同时有助于提高低温冲击韧性。同时，适当的si、mn、cu、cr含量，能够保证焊缝金属的强度。较高的ni含量，能够提高焊缝金属的低温冲击韧性。另外，通过添加一定量的sb元素，能够保证焊缝金属的耐硫酸和盐酸腐蚀性能，从而有效解决了现有技术中无法兼具高耐硫酸和盐酸腐蚀性和低温冲击韧性的技术问题。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。