一、研究的背景与问题
十四五期间，国家大力发展战略性新兴产业，工程装备及焊接制造工艺的升级对焊接材料及生产工艺也提出了更高需求，亟待开展特种焊材及其生产工艺的相关研究。针对耐候钢桥的焊接制造，目前国内尚未制订耐候桥梁钢配套焊材标准，桥梁厂一般参考选用TB/T2374中的焊材成分体系，但该系列焊丝在实焊中常出现性能与母材不匹配等问题，严重制约了耐候桥梁钢在国内的推广应用。
传统的单丝埋弧焊焊接效率已无法满足需求，且现有的桥梁及容器用埋弧焊丝在采用高于50kJ/cm的多丝埋弧大热输入时，焊缝的低温韧性和强度因组织的过度粗化而显著降低，亟待开发可满足大热输入焊接的特种焊材成分体系及施焊工艺。目前国内80Kg及以上的焊接材料主要依赖进口，国内现有的高强焊材焊后存在熔敷金属伸长率不足及冲击韧性偏低等诸多问题。焊接材料细分品种中，高强焊丝占主导地位，开发出免退火连续拉拔焊丝，可节约退火成本的同时，缩短加工周期15%以上，具有显著的经济和社会效益。
二、解决问题的思路与技术方案
长期以来，国内钢铁企业对中厚板的研究较多，对各类应用场景的产品技术研究也比较超前，但对配套焊丝的研究缺远远落后于钢板，许多高端钢板材料研发完成后，无相应焊材或者被迫高价采购进口配套焊材。十四五期间，随着国家大力发展战略性新兴产业，工程装备及焊接制造工艺的升级对焊接材料及生产工艺也提出了更高需求，亟待开展特种焊材及其生产工艺的相关研究。为满足产品服役性能的要求，开展实芯焊丝钢成分设计、实验室试制、焊接试验、工业试制及示范评价等研究，完成研发-生产-评价-应用链。
焊缝熔敷金属性能匹配控制技术方面，采用合适的成分设计技术，提高熔敷金属耐候性能，满足大气环境耐候性能；采用Ti、Mo合金化，通过晶粒细化和沉淀强化影响焊缝金属的组织与性能，满足了耐候钢焊缝对高强、高韧、耐候、易焊接的需求；采用Ni+Mo+Ti的成分设计，焊接热输入最大可适应100KJ/cm以上，焊接效率相比传统焊接方式提高200%以上。
免退火拉拔控制技术方面，采用低碳低锰的成分设计，低温终轧低温吐丝+轧后缓冷工艺，杜绝盘条中产生马氏体组织，盘条面缩≥65%；采用小锥度拉拔量分配技术，减少拉拔过程加工硬化。通过此技术，盘条由Ф5.5mm规格，无需退火即可连续拉拔到Ф1.2mm。
三、主要创新性成果
创新性的采用耐候焊丝钢成分设计，解决了Cu-Cr-Ni耐候钢焊缝强韧性与焊缝冶金质量和耐腐蚀性难匹配的问题，该焊丝焊缝熔敷金属-40℃ KV2≥80J，耐候指数I≥6.5，与钢板的相对腐蚀率≤6%，填补了国内高性能耐候钢配套焊接材料研究领域的空白，属国内首创，技术处于国际领先水平；
开发了特种高强度焊丝用热轧盘条的生产工艺，实现了对盘条铁素体组织的定量化控制，其比例达到85%以上。同时采用小锥度并配合先进的拉拔量分配控制技术，率先解决了高强焊丝钢盘条连续拉拔断丝的问题，属国内首创，实现了70公斤级高强焊丝钢盘条免退火的连续拉拔，缩短加工周期15%以上，吨钢减少电能消耗320-350千瓦时，该技术达到了国际先进水平。
四、应用情况与效果
耐候焊丝钢：围绕“高性能耐候桥梁钢配套专用耐候焊材的开发及应用”，开展了多轮焊材成分设计、焊材产品试制、焊接性能、腐蚀性能检测评价等试验研究工作，研制开发出具有自主知识产权的耐候桥梁钢专用配套耐候二氧化碳气保护焊丝。成功应用于国内首座耐候铁路桥川藏铁路拉林藏木特大桥、国内首座耐候公路桥官厅水库大桥和首座中俄合建跨境公路桥黑河大桥；
大热输入焊丝钢：围绕大热输入高效埋弧焊丝(钢)ER50/55HW及配套高效焊剂的研发及应用，使其在热输入50～150kJ/cm多丝埋弧焊条件下具有优良的焊缝力学性能、冶金质量、工艺适应性及焊接效率。在合肥清溪路立交桥实现首次示范性应用，属国内首创；
高强焊丝钢：围绕高强焊材成份优化及熔敷金属组织性能与强化机理进行研究，使焊材能通过中联重科及徐工焊接评定，产品替代进口，产品技术指标达到国际焊丝巨头伯乐、伊萨产品同等水平；
摘自：中国金属学会
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