S450EW高耐蚀性耐候钢的焊接工艺

聂友明，陈增有，苏广宇

(中国北车集团 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161002)＊

0 引言

腐蚀，特别是大气中的腐蚀，是钢铁材料的主要损耗形式之一.目前全世界每年因钢结构腐蚀所造成的经济损失高达数千亿美元［1］.为了解决钢在大气中容易腐蚀的问题，Larrabee等［2-4］先后进行了大气腐蚀的数据积累工作，总结腐蚀规律，探讨了腐蚀机理.20世纪30年代，美国钢铁公司开发了耐候钢，并得到了广泛的应用［5］.我国从60年代开始进行耐候钢的研究和大气暴露试验［6］.耐候钢，是指通过添加少量合金元素，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢，其耐大气腐蚀性为普通碳钢的2～8倍，并且使用时间愈长，其耐大气腐蚀作用愈显著［7-9］.在我国，耐候钢主要用于制造集装箱和铁路货车车体［10］.

随着重载、提速的铁路主要技术政策的制定，选用高强度、高耐候的结构钢以降低车辆自重、提高整车性能问题显得尤为突出和迫切.S450EW高耐蚀性耐候钢是刚刚研制出的新型耐候钢材，主要特点是通过适当增加Cr含量，从而提高了钢材的耐腐蚀性能，具有很好的经济效益.本文针对S450EW高耐蚀性耐候钢的焊接接头进行了力学性能和耐腐蚀性能研究，为焊接工艺参数的优化提供理论依据，并成功应用于C70E型运煤敞车、C70C型焦炭运输车、80 t级通用敞车及80 t级通用棚车铁路货车.

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验母材为S450EW高耐蚀性耐候钢，热轧状态供货.其化学成分及力学性能见表1和表2.

表1 母材化学成 %

表2 母材力学性能

焊接材料的选择原则是从母材的力学性能出发，选择相应强度级别的焊接材料.根据设计使用要求和生产实际情况，选TH650EW-Ⅱ焊丝，焊丝直径为1.2 mm.其熔敷金属的化学成分、力学性能分别见表3、表4.

表3 实芯焊丝(TH650EW-Ⅱ)熔敷金属化学成分 %

表4 实芯焊丝(TH650EW-Ⅱ)熔敷金属机械性能

1.2 试验方法

1.2.1 冷裂敏感性试验

采用混合气体保护焊进行焊接，焊后按照4675.1-84《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》标准进行斜Y铁研裂纹试验，模拟工件温度分别为-5、0、5℃.

1.2.2 常规机械性能试验

分别对 TH650EW-Ⅱ实芯焊丝焊接的S450EW高耐蚀性耐候钢和ER309LSi-G实芯焊丝焊接的S450EW+T4003异种钢焊接接头按相关标准进行了拉伸、弯曲、低温冲击、等常规力学性能试验.接头取样标准为GB 2649—89《焊接接头机械性能试验取样方法》.拉伸试验按 GB 2651—89《焊接接头拉伸试验方法》进行.弯曲试验按GB 2653—89《焊接接头弯曲及压扁试验方法》进行，低温冲击试验按GB/T 2650—1989《焊接接头冲击试验方法》的相应规定进行.然后，对母材抛光、腐蚀，在显微镜进行观察和分析.

1.2.3 疲劳力学性能试验

分别对不锈钢与不锈钢钢对接、不锈钢与耐候钢对接、耐候钢与耐候钢对接、4003不锈钢对接(进口)、耐候钢与耐候钢对接(S450EW)进行疲劳试验.

1.2.4 周期浸润腐蚀试验

按照TB/T 2375—1993《铁路用耐候钢周期浸润试验方法》标准分别对 Q345B、Q450NQR1、S450EW进行对比试验.

2 试验结果及讨论

2.1 冷裂敏感性试验结果

试验件在焊后48 h进行着色及解剖工作，经检测，试样所有考核面均未发现表面裂纹、根部裂纹和断面裂纹.结果表明S450EW高耐蚀性耐候钢焊接接头具有良好的抗裂性能.

2.2 常规机械性能试验结果

TH650EW-Ⅱ实芯焊丝焊接的S450EW高耐蚀性耐候钢和ER309LSi-G实芯焊丝焊接S450EW+T4003异种钢焊接接头均具有良好的拉伸、弯曲和低温冲击性能，结果见表5.经金相组织检验，S450EW钢材的金相组织为回火索氏体(贝氏体+铁素体)，晶粒度为7～8级，非金属夹杂物中硫化物0.5～1级，氧化铝0级，符合标准要求.

表5 接头机械性能试验结果

2.3 典型焊接接头疲劳试验结果

焊接接头疲劳试验结果如表6所示，可以看出，S450EW的疲劳极限与传统耐候钢相比有大幅度提升.

表6 疲劳试验结果

2.4 周期浸润腐蚀试验

周期浸润腐蚀试验结果如表7所示，可以看出，S450EW高耐蚀性耐候钢的腐蚀失重率比传统的Q450NQ1耐候钢的腐蚀失重率低，且二者的远低于 Q345B低合金钢的腐蚀失重率.说明S450EW高耐蚀性耐候钢具有很好的耐腐蚀性能.

表7 周浸试验结果对比表

3 结论

(1)S450EW高耐蚀性耐候钢不需焊前预热，不改变现有的焊接工艺要求，焊接工艺性能可以满足铁路货车制造的工艺要求;

(2)采用TH650EW-Ⅱ焊丝对S450EW新型高耐蚀性耐候钢焊接时，可获得拉伸、冲击、弯曲及抗裂性能均良好的焊接接头;S450EW钢材的金相组织为回火索氏体(贝氏体+铁素体)，晶粒度7～8级，非金属夹杂物中硫化物0.5～1级，氧化铝0级;

(3)与传统耐候钢相比，S450EW高耐蚀性耐候钢焊接接头疲劳寿命得到一定提高，并且具有很好的耐腐蚀性能，可以延长铁路货车的使用寿命，为铁路货车的升级换代提供了有力的技术保障.

［1］侯文泰，梁彩凤.经济耐候钢［J］.钢铁研究学报，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.低合金钢在海洋环境中的腐蚀规律［J］.钢铁，1992，27(11):33-34.

［7］钟国腾.耐大气腐蚀钢及其应用［J］.铁道建筑，1982，10:1-5.

［8］杨松柏.我国耐候钢的发展前景［J］.铁道建筑，1989，6:19-21.

［9］王栋材，郭亮.耐候钢的现状与开发［J］.包钢科技，1993，3:59-78.

［10］杨松柏.铁道车辆用耐候钢耐腐蚀性能评价方法［J］.铁道车辆，2001，39(5):9-11.