低合金耐腐蝕鋼用焊條的研制和選配

尹士科等

1 概述

為了開發(fā)我國青海鹽湖中的鉀礦資源，在國家攻關(guān)項(xiàng)目中列入了低合金耐腐蝕鋼及其配套焊條的研制內(nèi)容。由于鹽湖一帶的環(huán)境條件惡劣，腐蝕介質(zhì)中有MgCl2 、KCl 和NaCl等，故要求采用耐腐蝕性優(yōu)良的鋼種。國外在鹽田設(shè)備上使用的低合金耐腐蝕鋼以法國的APS鋼為代表，故我國也研制了與其成分相近的低合金耐腐蝕鋼，包括Cr2-Al和Cr4-Al兩個(gè)成分系列，鋼板的合金成分和力學(xué)性能如表1和表2所示。

與鋼板相配套的焊條首先要滿足耐腐蝕性能的要求，在力學(xué)性能指標(biāo)上也要與鋼板相接近，從施工上考慮還必須有良好的抗裂性能和焊接工藝性能。為此，開展了相關(guān)試驗(yàn)工作。 2焊縫化學(xué)成分對腐蝕性能的影響

化學(xué)成分的變化主要是改變Cr的含量，也作了Mo含量的稍許改動(dòng)；另外，又選擇了一種奧氏體焊條，即18%Cr-8%Ni的 A102焊條。試驗(yàn)工作包括掛片腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，掛片腐蝕試驗(yàn)又分為熔敷金屬掛片試驗(yàn)和焊接接頭掛片試驗(yàn)。

2.1掛片腐蝕試驗(yàn)

熔敷金屬的腐蝕試片尺寸是3 mm×25 mm×30 mm，腐蝕介質(zhì)為：MgCl2 23.3%，KCl 3.3%，NaCl 2.3%，水71.1%。介質(zhì)溫度35℃，采用動(dòng)態(tài)腐蝕方式，總腐蝕時(shí)間 796 h。不同熔敷成分的掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見表3。 焊接接頭的腐蝕試片尺寸是3 mm×30 mm×40 mm，其他腐蝕條件同熔敷金屬的腐蝕試驗(yàn)，鋼板采用Cr4-Al鋼。不同成分的焊接接頭掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見表4。 表3不同成分的熔敷金屬掛片腐蝕結(jié)果焊條

由表3可以看出，隨著Cr量的增加，腐蝕率下降，抗腐蝕性能有所改善。但Cr含量超過3%以上時(shí)腐蝕率不穩(wěn)定，原因待查。A102焊條的抗腐蝕性能明顯優(yōu)于其它成分的焊縫。

由表4可以看出，采用Cr含量為0.63%的焊條焊接Cr4-Al系鋼之后，焊縫金屬的耐腐蝕性能明顯低于母材，致使焊縫的腐蝕深度達(dá)0.3 mm；采用Cr含量在3%以上的焊條焊接Cr4-Al系鋼時(shí)，焊縫金屬的腐蝕情況與母材相接近。可見，焊接Cr4-Al鋼時(shí)，焊縫中Cr的量不能低于3%。采用Cr含量為18%的A102焊條焊接Cr4-Al系鋼之后，焊縫金屬幾乎不被腐蝕，熱影響區(qū)和母材則腐蝕嚴(yán)重。其原因一是不銹鋼本身的抗腐蝕性優(yōu)良，二是不銹鋼焊縫處于陰極，母材為陽極，陽極的腐蝕起到了保護(hù)陰極的作用。就掛片的試樣而言，母材所占的比例不大，容易被腐蝕；而在實(shí)際的焊接結(jié)構(gòu)中，母材所占的比例是很大的，這時(shí)母材腐蝕情況要明顯減輕。

2.2電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)

腐蝕介質(zhì)與掛片試驗(yàn)完全相同，采用美國進(jìn)口的250A型腐蝕測定儀，掃描速度為100 mV/s，電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出，隨著Cr含量的增加，腐蝕電位變正，腐蝕電阻增加，腐蝕電流下降，年腐蝕率也減少。另據(jù)測定，Cr4-Al系母材的腐蝕電位是-0.700 V，與含3%～5%Cr的熔敷金屬電位相接近。電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)也證明，焊縫中鉻的量不能低于3%?？偟膩砜?，焊接Cr4-Al鋼時(shí)，焊縫中Cr的量不能低于3%，而奧氏體型的 A102焊條的抗腐蝕性最優(yōu)良。3化學(xué)成分及熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響

為了滿足焊縫金屬力學(xué)性能要求，對Cr含量不同的焊條進(jìn)行了試驗(yàn)，也采用A102焊條作了對比試驗(yàn)。焊條直徑3.2 mm，焊接電流120 A，道間溫度120～130℃。各焊條的熔敷金屬的力學(xué)性能如表6所示。

5結(jié)論

（1）掛片腐蝕試驗(yàn)與電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)表明，焊接Cr4-Al鋼時(shí)，焊縫中Cr的量不能低于3%， 而奧氏體型的 A102焊條具有最優(yōu)良的抗腐蝕性。

（2）Cr含量在3%～4%的焊條，焊態(tài)下熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度太高，塑、韌性明顯下降，接頭彎曲試驗(yàn)不合格。A102焊條的焊縫強(qiáng)度不高，塑、韌性優(yōu)良，彎曲試驗(yàn)180°合格。

（3）鐵研式裂紋試驗(yàn)結(jié)果表明，Cr含量超過3%的焊條抗裂性能不好，即使預(yù)熱到100℃ 仍產(chǎn)生了嚴(yán)重裂紋。而A102焊條表現(xiàn)出了優(yōu)良的抗裂紋能力，不預(yù)熱也不產(chǎn)生裂紋。

（4）為了降低焊條的成本，采用低碳鋼焊芯、通過藥皮過渡合金元素，開發(fā)出了A102T 焊條，已成功地應(yīng)用到相關(guān)的輸電線路工程上。

1 概述

為了開發(fā)我國青海鹽湖中的鉀礦資源，在國家攻關(guān)項(xiàng)目中列入了低合金耐腐蝕鋼及其配套焊條的研制內(nèi)容。由于鹽湖一帶的環(huán)境條件惡劣，腐蝕介質(zhì)中有MgCl2 、KCl 和NaCl等，故要求采用耐腐蝕性優(yōu)良的鋼種。國外在鹽田設(shè)備上使用的低合金耐腐蝕鋼以法國的APS鋼為代表，故我國也研制了與其成分相近的低合金耐腐蝕鋼，包括Cr2-Al和Cr4-Al兩個(gè)成分系列，鋼板的合金成分和力學(xué)性能如表1和表2所示。

與鋼板相配套的焊條首先要滿足耐腐蝕性能的要求，在力學(xué)性能指標(biāo)上也要與鋼板相接近，從施工上考慮還必須有良好的抗裂性能和焊接工藝性能。為此，開展了相關(guān)試驗(yàn)工作。 2焊縫化學(xué)成分對腐蝕性能的影響

化學(xué)成分的變化主要是改變Cr的含量，也作了Mo含量的稍許改動(dòng)；另外，又選擇了一種奧氏體焊條，即18%Cr-8%Ni的 A102焊條。試驗(yàn)工作包括掛片腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，掛片腐蝕試驗(yàn)又分為熔敷金屬掛片試驗(yàn)和焊接接頭掛片試驗(yàn)。

2.1掛片腐蝕試驗(yàn)

熔敷金屬的腐蝕試片尺寸是3 mm×25 mm×30 mm，腐蝕介質(zhì)為：MgCl2 23.3%，KCl 3.3%，NaCl 2.3%，水71.1%。介質(zhì)溫度35℃，采用動(dòng)態(tài)腐蝕方式，總腐蝕時(shí)間 796 h。不同熔敷成分的掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見表3。 焊接接頭的腐蝕試片尺寸是3 mm×30 mm×40 mm，其他腐蝕條件同熔敷金屬的腐蝕試驗(yàn)，鋼板采用Cr4-Al鋼。不同成分的焊接接頭掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見表4。 表3不同成分的熔敷金屬掛片腐蝕結(jié)果焊條

由表3可以看出，隨著Cr量的增加，腐蝕率下降，抗腐蝕性能有所改善。但Cr含量超過3%以上時(shí)腐蝕率不穩(wěn)定，原因待查。A102焊條的抗腐蝕性能明顯優(yōu)于其它成分的焊縫。

由表4可以看出，采用Cr含量為0.63%的焊條焊接Cr4-Al系鋼之后，焊縫金屬的耐腐蝕性能明顯低于母材，致使焊縫的腐蝕深度達(dá)0.3 mm；采用Cr含量在3%以上的焊條焊接Cr4-Al系鋼時(shí)，焊縫金屬的腐蝕情況與母材相接近。可見，焊接Cr4-Al鋼時(shí)，焊縫中Cr的量不能低于3%。采用Cr含量為18%的A102焊條焊接Cr4-Al系鋼之后，焊縫金屬幾乎不被腐蝕，熱影響區(qū)和母材則腐蝕嚴(yán)重。其原因一是不銹鋼本身的抗腐蝕性優(yōu)良，二是不銹鋼焊縫處于陰極，母材為陽極，陽極的腐蝕起到了保護(hù)陰極的作用。就掛片的試樣而言，母材所占的比例不大，容易被腐蝕；而在實(shí)際的焊接結(jié)構(gòu)中，母材所占的比例是很大的，這時(shí)母材腐蝕情況要明顯減輕。

2.2電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)

腐蝕介質(zhì)與掛片試驗(yàn)完全相同，采用美國進(jìn)口的250A型腐蝕測定儀，掃描速度為100 mV/s，電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出，隨著Cr含量的增加，腐蝕電位變正，腐蝕電阻增加，腐蝕電流下降，年腐蝕率也減少。另據(jù)測定，Cr4-Al系母材的腐蝕電位是-0.700 V，與含3%～5%Cr的熔敷金屬電位相接近。電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)也證明，焊縫中鉻的量不能低于3%。總的來看，焊接Cr4-Al鋼時(shí)，焊縫中Cr的量不能低于3%，而奧氏體型的 A102焊條的抗腐蝕性最優(yōu)良。3化學(xué)成分及熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響

為了滿足焊縫金屬力學(xué)性能要求，對Cr含量不同的焊條進(jìn)行了試驗(yàn)，也采用A102焊條作了對比試驗(yàn)。焊條直徑3.2 mm，焊接電流120 A，道間溫度120～130℃。各焊條的熔敷金屬的力學(xué)性能如表6所示。

5結(jié)論

（1）掛片腐蝕試驗(yàn)與電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)表明，焊接Cr4-Al鋼時(shí)，焊縫中Cr的量不能低于3%， 而奧氏體型的 A102焊條具有最優(yōu)良的抗腐蝕性。

（2）Cr含量在3%～4%的焊條，焊態(tài)下熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度太高，塑、韌性明顯下降，接頭彎曲試驗(yàn)不合格。A102焊條的焊縫強(qiáng)度不高，塑、韌性優(yōu)良，彎曲試驗(yàn)180°合格。

（3）鐵研式裂紋試驗(yàn)結(jié)果表明，Cr含量超過3%的焊條抗裂性能不好，即使預(yù)熱到100℃ 仍產(chǎn)生了嚴(yán)重裂紋。而A102焊條表現(xiàn)出了優(yōu)良的抗裂紋能力，不預(yù)熱也不產(chǎn)生裂紋。

（4）為了降低焊條的成本，采用低碳鋼焊芯、通過藥皮過渡合金元素，開發(fā)出了A102T 焊條，已成功地應(yīng)用到相關(guān)的輸電線路工程上。

1 概述

為了開發(fā)我國青海鹽湖中的鉀礦資源，在國家攻關(guān)項(xiàng)目中列入了低合金耐腐蝕鋼及其配套焊條的研制內(nèi)容。由于鹽湖一帶的環(huán)境條件惡劣，腐蝕介質(zhì)中有MgCl2 、KCl 和NaCl等，故要求采用耐腐蝕性優(yōu)良的鋼種。國外在鹽田設(shè)備上使用的低合金耐腐蝕鋼以法國的APS鋼為代表，故我國也研制了與其成分相近的低合金耐腐蝕鋼，包括Cr2-Al和Cr4-Al兩個(gè)成分系列，鋼板的合金成分和力學(xué)性能如表1和表2所示。

與鋼板相配套的焊條首先要滿足耐腐蝕性能的要求，在力學(xué)性能指標(biāo)上也要與鋼板相接近，從施工上考慮還必須有良好的抗裂性能和焊接工藝性能。為此，開展了相關(guān)試驗(yàn)工作。 2焊縫化學(xué)成分對腐蝕性能的影響

化學(xué)成分的變化主要是改變Cr的含量，也作了Mo含量的稍許改動(dòng)；另外，又選擇了一種奧氏體焊條，即18%Cr-8%Ni的 A102焊條。試驗(yàn)工作包括掛片腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，掛片腐蝕試驗(yàn)又分為熔敷金屬掛片試驗(yàn)和焊接接頭掛片試驗(yàn)。

2.1掛片腐蝕試驗(yàn)

熔敷金屬的腐蝕試片尺寸是3 mm×25 mm×30 mm，腐蝕介質(zhì)為：MgCl2 23.3%，KCl 3.3%，NaCl 2.3%，水71.1%。介質(zhì)溫度35℃，采用動(dòng)態(tài)腐蝕方式，總腐蝕時(shí)間 796 h。不同熔敷成分的掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見表3。 焊接接頭的腐蝕試片尺寸是3 mm×30 mm×40 mm，其他腐蝕條件同熔敷金屬的腐蝕試驗(yàn)，鋼板采用Cr4-Al鋼。不同成分的焊接接頭掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見表4。 表3不同成分的熔敷金屬掛片腐蝕結(jié)果焊條

由表3可以看出，隨著Cr量的增加，腐蝕率下降，抗腐蝕性能有所改善。但Cr含量超過3%以上時(shí)腐蝕率不穩(wěn)定，原因待查。A102焊條的抗腐蝕性能明顯優(yōu)于其它成分的焊縫。

由表4可以看出，采用Cr含量為0.63%的焊條焊接Cr4-Al系鋼之后，焊縫金屬的耐腐蝕性能明顯低于母材，致使焊縫的腐蝕深度達(dá)0.3 mm；采用Cr含量在3%以上的焊條焊接Cr4-Al系鋼時(shí)，焊縫金屬的腐蝕情況與母材相接近。可見，焊接Cr4-Al鋼時(shí)，焊縫中Cr的量不能低于3%。采用Cr含量為18%的A102焊條焊接Cr4-Al系鋼之后，焊縫金屬幾乎不被腐蝕，熱影響區(qū)和母材則腐蝕嚴(yán)重。其原因一是不銹鋼本身的抗腐蝕性優(yōu)良，二是不銹鋼焊縫處于陰極，母材為陽極，陽極的腐蝕起到了保護(hù)陰極的作用。就掛片的試樣而言，母材所占的比例不大，容易被腐蝕；而在實(shí)際的焊接結(jié)構(gòu)中，母材所占的比例是很大的，這時(shí)母材腐蝕情況要明顯減輕。

2.2電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)

腐蝕介質(zhì)與掛片試驗(yàn)完全相同，采用美國進(jìn)口的250A型腐蝕測定儀，掃描速度為100 mV/s，電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出，隨著Cr含量的增加，腐蝕電位變正，腐蝕電阻增加，腐蝕電流下降，年腐蝕率也減少。另據(jù)測定，Cr4-Al系母材的腐蝕電位是-0.700 V，與含3%～5%Cr的熔敷金屬電位相接近。電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)也證明，焊縫中鉻的量不能低于3%?？偟膩砜?，焊接Cr4-Al鋼時(shí)，焊縫中Cr的量不能低于3%，而奧氏體型的 A102焊條的抗腐蝕性最優(yōu)良。3化學(xué)成分及熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響

為了滿足焊縫金屬力學(xué)性能要求，對Cr含量不同的焊條進(jìn)行了試驗(yàn)，也采用A102焊條作了對比試驗(yàn)。焊條直徑3.2 mm，焊接電流120 A，道間溫度120～130℃。各焊條的熔敷金屬的力學(xué)性能如表6所示。

5結(jié)論

（1）掛片腐蝕試驗(yàn)與電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)表明，焊接Cr4-Al鋼時(shí)，焊縫中Cr的量不能低于3%， 而奧氏體型的 A102焊條具有最優(yōu)良的抗腐蝕性。

（2）Cr含量在3%～4%的焊條，焊態(tài)下熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度太高，塑、韌性明顯下降，接頭彎曲試驗(yàn)不合格。A102焊條的焊縫強(qiáng)度不高，塑、韌性優(yōu)良，彎曲試驗(yàn)180°合格。

（3）鐵研式裂紋試驗(yàn)結(jié)果表明，Cr含量超過3%的焊條抗裂性能不好，即使預(yù)熱到100℃ 仍產(chǎn)生了嚴(yán)重裂紋。而A102焊條表現(xiàn)出了優(yōu)良的抗裂紋能力，不預(yù)熱也不產(chǎn)生裂紋。

（4）為了降低焊條的成本，采用低碳鋼焊芯、通過藥皮過渡合金元素，開發(fā)出了A102T 焊條，已成功地應(yīng)用到相關(guān)的輸電線路工程上。