S450EW高耐蝕性耐候鋼的焊接工藝

聶友明，陳增有，蘇廣宇

(中國北車集團 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002)＊

0 引言

腐蝕，特別是大氣中的腐蝕，是鋼鐵材料的主要損耗形式之一.目前全世界每年因鋼結構腐蝕所造成的經濟損失高達數千億美元［1］.為了解決鋼在大氣中容易腐蝕的問題，Larrabee等［2-4］先后進行了大氣腐蝕的數據積累工作，總結腐蝕規律，探討了腐蝕機理.20世紀30年代，美國鋼鐵公司開發了耐候鋼，并得到了廣泛的應用［5］.我國從60年代開始進行耐候鋼的研究和大氣暴露試驗［6］.耐候鋼，是指通過添加少量合金元素，使其在大氣中具有良好耐腐蝕性能的低合金高強度鋼，其耐大氣腐蝕性為普通碳鋼的2～8倍，并且使用時間愈長，其耐大氣腐蝕作用愈顯著［7-9］.在我國，耐候鋼主要用于制造集裝箱和鐵路貨車車體［10］.

隨著重載、提速的鐵路主要技術政策的制定，選用高強度、高耐候的結構鋼以降低車輛自重、提高整車性能問題顯得尤為突出和迫切.S450EW高耐蝕性耐候鋼是剛剛研制出的新型耐候鋼材，主要特點是通過適當增加Cr含量，從而提高了鋼材的耐腐蝕性能，具有很好的經濟效益.本文針對S450EW高耐蝕性耐候鋼的焊接接頭進行了力學性能和耐腐蝕性能研究，為焊接工藝參數的優化提供理論依據，并成功應用于C70E型運煤敞車、C70C型焦炭運輸車、80 t級通用敞車及80 t級通用棚車鐵路貨車.

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗母材為S450EW高耐蝕性耐候鋼，熱軋狀態供貨.其化學成分及力學性能見表1和表2.

表1 母材化學成 %

表2 母材力學性能

焊接材料的選擇原則是從母材的力學性能出發，選擇相應強度級別的焊接材料.根據設計使用要求和生產實際情況，選TH650EW-Ⅱ焊絲，焊絲直徑為1.2 mm.其熔敷金屬的化學成分、力學性能分別見表3、表4.

表3 實芯焊絲(TH650EW-Ⅱ)熔敷金屬化學成分 %

表4 實芯焊絲(TH650EW-Ⅱ)熔敷金屬機械性能

1.2 試驗方法

1.2.1 冷裂敏感性試驗

采用混合氣體保護焊進行焊接，焊后按照4675.1-84《斜Y型坡口焊接裂紋試驗方法》標準進行斜Y鐵研裂紋試驗，模擬工件溫度分別為-5、0、5℃.

1.2.2 常規機械性能試驗

分別對 TH650EW-Ⅱ實芯焊絲焊接的S450EW高耐蝕性耐候鋼和ER309LSi-G實芯焊絲焊接的S450EW+T4003異種鋼焊接接頭按相關標準進行了拉伸、彎曲、低溫沖擊、等常規力學性能試驗.接頭取樣標準為GB 2649—89《焊接接頭機械性能試驗取樣方法》.拉伸試驗按 GB 2651—89《焊接接頭拉伸試驗方法》進行.彎曲試驗按GB 2653—89《焊接接頭彎曲及壓扁試驗方法》進行，低溫沖擊試驗按GB/T 2650—1989《焊接接頭沖擊試驗方法》的相應規定進行.然后，對母材拋光、腐蝕，在顯微鏡進行觀察和分析.

1.2.3 疲勞力學性能試驗

分別對不銹鋼與不銹鋼鋼對接、不銹鋼與耐候鋼對接、耐候鋼與耐候鋼對接、4003不銹鋼對接(進口)、耐候鋼與耐候鋼對接(S450EW)進行疲勞試驗.

1.2.4 周期浸潤腐蝕試驗

按照TB/T 2375—1993《鐵路用耐候鋼周期浸潤試驗方法》標準分別對 Q345B、Q450NQR1、S450EW進行對比試驗.

2 試驗結果及討論

2.1 冷裂敏感性試驗結果

試驗件在焊后48 h進行著色及解剖工作，經檢測，試樣所有考核面均未發現表面裂紋、根部裂紋和斷面裂紋.結果表明S450EW高耐蝕性耐候鋼焊接接頭具有良好的抗裂性能.

2.2 常規機械性能試驗結果

TH650EW-Ⅱ實芯焊絲焊接的S450EW高耐蝕性耐候鋼和ER309LSi-G實芯焊絲焊接S450EW+T4003異種鋼焊接接頭均具有良好的拉伸、彎曲和低溫沖擊性能，結果見表5.經金相組織檢驗，S450EW鋼材的金相組織為回火索氏體(貝氏體+鐵素體)，晶粒度為7～8級，非金屬夾雜物中硫化物0.5～1級，氧化鋁0級，符合標準要求.

表5 接頭機械性能試驗結果

2.3 典型焊接接頭疲勞試驗結果

焊接接頭疲勞試驗結果如表6所示，可以看出，S450EW的疲勞極限與傳統耐候鋼相比有大幅度提升.

表6 疲勞試驗結果

2.4 周期浸潤腐蝕試驗

周期浸潤腐蝕試驗結果如表7所示，可以看出，S450EW高耐蝕性耐候鋼的腐蝕失重率比傳統的Q450NQ1耐候鋼的腐蝕失重率低，且二者的遠低于 Q345B低合金鋼的腐蝕失重率.說明S450EW高耐蝕性耐候鋼具有很好的耐腐蝕性能.

表7 周浸試驗結果對比表

3 結論

(1)S450EW高耐蝕性耐候鋼不需焊前預熱，不改變現有的焊接工藝要求，焊接工藝性能可以滿足鐵路貨車制造的工藝要求;

(2)采用TH650EW-Ⅱ焊絲對S450EW新型高耐蝕性耐候鋼焊接時，可獲得拉伸、沖擊、彎曲及抗裂性能均良好的焊接接頭;S450EW鋼材的金相組織為回火索氏體(貝氏體+鐵素體)，晶粒度7～8級，非金屬夾雜物中硫化物0.5～1級，氧化鋁0級;

(3)與傳統耐候鋼相比，S450EW高耐蝕性耐候鋼焊接接頭疲勞壽命得到一定提高，并且具有很好的耐腐蝕性能，可以延長鐵路貨車的使用壽命，為鐵路貨車的升級換代提供了有力的技術保障.

［1］侯文泰，梁彩鳳.經濟耐候鋼［J］.鋼鐵研究學報，1994，6(2):40-46.

［2］LARRABEE C P，COBURN S K.The Atmospheric Corrosion of Steels as Influenced by Changes in Chemical Composition［C］.Proc 1st Int Congress，Met.Corros，London，1962:276-285.

［3］CHANDLEK K A，KILCULEN M B.［J］.Br Corros，1974，5:24.

［4］AILOR W H.Atmospheric corrosion［M］.New York:［s.n.］，1982.

［5］HUDSON J C，STANNERS J F.［J］.Iron Steel Inst，1995，3:271.

［6］丁元法，范柜深.低合金鋼在海洋環境中的腐蝕規律［J］.鋼鐵，1992，27(11):33-34.

［7］鐘國騰.耐大氣腐蝕鋼及其應用［J］.鐵道建筑，1982，10:1-5.

［8］楊松柏.我國耐候鋼的發展前景［J］.鐵道建筑，1989，6:19-21.

［9］王棟材，郭亮.耐候鋼的現狀與開發［J］.包鋼科技，1993，3:59-78.

［10］楊松柏.鐵道車輛用耐候鋼耐腐蝕性能評價方法［J］.鐵道車輛，2001，39(5):9-11.