低合金耐腐蝕鋼用焊條的研制和選配

尹士科等

1 概述

為了開發我國青海鹽湖中的鉀礦資源，在國家攻關項目中列入了低合金耐腐蝕鋼及其配套焊條的研制內容。由于鹽湖一帶的環境條件惡劣，腐蝕介質中有MgCl2 、KCl 和NaCl等，故要求采用耐腐蝕性優良的鋼種。國外在鹽田設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兩個成分系列，鋼板的合金成分和力學性能如表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，在力學性能指標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，開展了相關試驗工作。 2焊縫化學成分對腐蝕性能的影響

化學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；另外，又選擇了一種奧氏體焊條，即18%Cr-8%Ni的 A102焊條。試驗工作包括掛片腐蝕試驗和電化學腐蝕試驗，掛片腐蝕試驗又分為熔敷金屬掛片試驗和焊接接頭掛片試驗。

2.1掛片腐蝕試驗

熔敷金屬的腐蝕試片尺寸是3 mm×25 mm×30 mm，腐蝕介質為：MgCl2 23.3%，KCl 3.3%，NaCl 2.3%，水71.1%。介質溫度35℃，采用動態腐蝕方式，總腐蝕時間 796 h。不同熔敷成分的掛片腐蝕試驗結果見表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，鋼板采用Cr4-Al鋼。不同成分的焊接接頭掛片腐蝕試驗結果見表4。 表3不同成分的熔敷金屬掛片腐蝕結果焊條

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%以上時腐蝕率不穩定，原因待查。A102焊條的抗腐蝕性能明顯優于其它成分的焊縫。

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0.3 mm；采用Cr含量在3%以上的焊條焊接Cr4-Al系鋼時，焊縫金屬的腐蝕情況與母材相接近。可見，焊接Cr4-Al鋼時，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，熱影響區和母材則腐蝕嚴重。其原因一是不銹鋼本身的抗腐蝕性優良，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；而在實際的焊接結構中，母材所占的比例是很大的，這時母材腐蝕情況要明顯減輕。

2.2電化學腐蝕試驗

腐蝕介質與掛片試驗完全相同，采用美國進口的250A型腐蝕測定儀，掃描速度為100 mV/s，電化學腐蝕試驗結果如表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。電化學腐蝕試驗也證明，焊縫中鉻的量不能低于3%。總的來看，焊接Cr4-Al鋼時，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良。3化學成分及熱處理對焊縫力學性能的影響

為了滿足焊縫金屬力學性能要求，對Cr含量不同的焊條進行了試驗，也采用A102焊條作了對比試驗。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性能如表6所示。

5結論

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

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

（3）鐵研式裂紋試驗結果表明，Cr含量超過3%的焊條抗裂性能不好，即使預熱到100℃ 仍產生了嚴重裂紋。而A102焊條表現出了優良的抗裂紋能力，不預熱也不產生裂紋。

（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，開發出了A102T 焊條，已成功地應用到相關的輸電線路工程上。

1 概述

為了開發我國青海鹽湖中的鉀礦資源，在國家攻關項目中列入了低合金耐腐蝕鋼及其配套焊條的研制內容。由于鹽湖一帶的環境條件惡劣，腐蝕介質中有MgCl2 、KCl 和NaCl等，故要求采用耐腐蝕性優良的鋼種。國外在鹽田設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兩個成分系列，鋼板的合金成分和力學性能如表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，在力學性能指標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，開展了相關試驗工作。 2焊縫化學成分對腐蝕性能的影響

化學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；另外，又選擇了一種奧氏體焊條，即18%Cr-8%Ni的 A102焊條。試驗工作包括掛片腐蝕試驗和電化學腐蝕試驗，掛片腐蝕試驗又分為熔敷金屬掛片試驗和焊接接頭掛片試驗。

2.1掛片腐蝕試驗

熔敷金屬的腐蝕試片尺寸是3 mm×25 mm×30 mm，腐蝕介質為：MgCl2 23.3%，KCl 3.3%，NaCl 2.3%，水71.1%。介質溫度35℃，采用動態腐蝕方式，總腐蝕時間 796 h。不同熔敷成分的掛片腐蝕試驗結果見表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，鋼板采用Cr4-Al鋼。不同成分的焊接接頭掛片腐蝕試驗結果見表4。 表3不同成分的熔敷金屬掛片腐蝕結果焊條

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%以上時腐蝕率不穩定，原因待查。A102焊條的抗腐蝕性能明顯優于其它成分的焊縫。

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0.3 mm；采用Cr含量在3%以上的焊條焊接Cr4-Al系鋼時，焊縫金屬的腐蝕情況與母材相接近。可見，焊接Cr4-Al鋼時，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，熱影響區和母材則腐蝕嚴重。其原因一是不銹鋼本身的抗腐蝕性優良，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；而在實際的焊接結構中，母材所占的比例是很大的，這時母材腐蝕情況要明顯減輕。

2.2電化學腐蝕試驗

腐蝕介質與掛片試驗完全相同，采用美國進口的250A型腐蝕測定儀，掃描速度為100 mV/s，電化學腐蝕試驗結果如表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。電化學腐蝕試驗也證明，焊縫中鉻的量不能低于3%。總的來看，焊接Cr4-Al鋼時，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良。3化學成分及熱處理對焊縫力學性能的影響

為了滿足焊縫金屬力學性能要求，對Cr含量不同的焊條進行了試驗，也采用A102焊條作了對比試驗。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性能如表6所示。

5結論

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

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

（3）鐵研式裂紋試驗結果表明，Cr含量超過3%的焊條抗裂性能不好，即使預熱到100℃ 仍產生了嚴重裂紋。而A102焊條表現出了優良的抗裂紋能力，不預熱也不產生裂紋。

（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，開發出了A102T 焊條，已成功地應用到相關的輸電線路工程上。

1 概述

為了開發我國青海鹽湖中的鉀礦資源，在國家攻關項目中列入了低合金耐腐蝕鋼及其配套焊條的研制內容。由于鹽湖一帶的環境條件惡劣，腐蝕介質中有MgCl2 、KCl 和NaCl等，故要求采用耐腐蝕性優良的鋼種。國外在鹽田設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兩個成分系列，鋼板的合金成分和力學性能如表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，在力學性能指標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，開展了相關試驗工作。 2焊縫化學成分對腐蝕性能的影響

化學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；另外，又選擇了一種奧氏體焊條，即18%Cr-8%Ni的 A102焊條。試驗工作包括掛片腐蝕試驗和電化學腐蝕試驗，掛片腐蝕試驗又分為熔敷金屬掛片試驗和焊接接頭掛片試驗。

2.1掛片腐蝕試驗

熔敷金屬的腐蝕試片尺寸是3 mm×25 mm×30 mm，腐蝕介質為：MgCl2 23.3%，KCl 3.3%，NaCl 2.3%，水71.1%。介質溫度35℃，采用動態腐蝕方式，總腐蝕時間 796 h。不同熔敷成分的掛片腐蝕試驗結果見表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，鋼板采用Cr4-Al鋼。不同成分的焊接接頭掛片腐蝕試驗結果見表4。 表3不同成分的熔敷金屬掛片腐蝕結果焊條

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%以上時腐蝕率不穩定，原因待查。A102焊條的抗腐蝕性能明顯優于其它成分的焊縫。

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0.3 mm；采用Cr含量在3%以上的焊條焊接Cr4-Al系鋼時，焊縫金屬的腐蝕情況與母材相接近。可見，焊接Cr4-Al鋼時，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，熱影響區和母材則腐蝕嚴重。其原因一是不銹鋼本身的抗腐蝕性優良，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；而在實際的焊接結構中，母材所占的比例是很大的，這時母材腐蝕情況要明顯減輕。

2.2電化學腐蝕試驗

腐蝕介質與掛片試驗完全相同，采用美國進口的250A型腐蝕測定儀，掃描速度為100 mV/s，電化學腐蝕試驗結果如表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。電化學腐蝕試驗也證明，焊縫中鉻的量不能低于3%。總的來看，焊接Cr4-Al鋼時，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良。3化學成分及熱處理對焊縫力學性能的影響

為了滿足焊縫金屬力學性能要求，對Cr含量不同的焊條進行了試驗，也采用A102焊條作了對比試驗。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性能如表6所示。

5結論

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

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

（3）鐵研式裂紋試驗結果表明，Cr含量超過3%的焊條抗裂性能不好，即使預熱到100℃ 仍產生了嚴重裂紋。而A102焊條表現出了優良的抗裂紋能力，不預熱也不產生裂紋。

（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，開發出了A102T 焊條，已成功地應用到相關的輸電線路工程上。