CN107186380A - 一种耐磨堆焊药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨堆焊药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯包括以下组分：Cr、C、Ti、Nb、Zr、B、W、Mo、Si、Mn、Mg、Cu、Ni、Sr、Sm、Sc、Y、Eu，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明提出的一种耐磨堆焊药芯焊丝，其组分合理，与母材结合强度大，堆焊层具有良好的韧性、硬度、抗蠕变性和耐磨性差，延长了金属构建的使用寿命。

Description

一种耐磨堆焊药芯焊丝
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种耐磨堆焊药芯焊丝。
背景技术
药芯焊丝作为一种高效的焊接材料，不仅具有焊条成分可调的优点，还克服了焊条不能连续、自动焊接的缺陷，同时其具有熔敷效率高，焊缝成型美观、焊接变形小等优点，被广泛应用于建筑、化工、石油、航空等领域；金属材料普遍存在磨损失效问题，严重影响金属构件的使用寿命，每年造成的经济损失非常巨大。堆焊作为材料表面改性的一种经济而快捷的工艺方法，能有效地改变材料表面的耐磨性、耐蚀性和其他力学性能，延长了金属构件的使用寿命。目前耐磨堆焊药芯焊丝还存在配方不合理，韧性、硬度、抗蠕变性和耐磨性差，从而使堆焊合金达不到使用要求，致使金属构件寿命不高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐磨堆焊药芯焊丝，其组分合理，与母材结合强度大，堆焊层具有良好的韧性、硬度、抗蠕变性和耐磨性差，延长了金属构建的使用寿命。
本发明中提出了一种耐磨堆焊药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：Cr：14-16％、C：0.5-0.8％、Ti：0.4-0.6％、Nb：0.2-0.3％、Zr：0.1-0.2％、B：0.2-0.3％、W：0.1-0.2％、Mo：0.2-0.4％、Si：0.5-0.9％、Mn：0.5-0.8％、Mg：0.1-0.3％、Cu：0.2-0.4％、Ni：0.4-0.6％、Sr：0.1-0.2％、Sm：0.2-0.4％、Sc：0.2-0.4％、Y：0.1-0.2％、Eu：0.1-0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
具体实施例中，Cr的质量分数还可以为14.2％、14.5％、14.8％、15％、15.4％、15.8％，C的质量分数还可以为0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％，Ti的质量分数还可以为0.44％、0.48％、0.5％、0.52％、0.55％、0.58％，Nb的质量分数还可以为0.22％、0.24％、0.25％、0.27％、0.29％，Zr的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.15％、0.17％、0.19％，B的质量分数还可以为0.22％、0.24％、0.25％、0.28％，W的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.16％、0.18％，Mo的质量分数还可以为0.25％、0.28％、0.3％、0.32％、0.35％、0.38％，Si的质量分数还可以为0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％，Mn的质量分数还可以为0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％，Mg的质量分数还可以为0.14％、0.18％、0.2％、0.25％、0.28％，Cu的质量分数还可以为0.22％、0.25％、0.3％、0.32％、0.35％、0.38％，Ni的质量分数还可以为0.44％、0.48％、0.5％、0.54％、0.58％，Sr的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.16％、0.18％，Sm的质量分数还可以为0.24％、0.28％、0.32％、0.35％、0.38％，Sc的质量分数还可以为0.24％、0.28％、0.32％、0.35％、0.38％，Y的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.16％、0.18％，Eu的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.16％、0.18％％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，药芯按质量分数包括以下组分：Cr：14.5-15.6％、C：0.55-0.75％、Ti：0.45-0.56％、Nb：0.22-0.28％、Zr：0.12-0.18％、B：0.22-0.28％、W：0.12-0.18％、Mo：0.22-0.35％、Si：0.55-0.85％、Mn：0.55-0.75％、Mg：0.15-0.25％、Cu：0.25-0.34％、Ni：0.45-0.56％、Sr：0.12-0.18％、Sm：0.25-0.34％、Sc：0.25-0.34％、Y：0.12-0.18％、Eu：0.12-0.18％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，C、Ti、Nb、Zr的含量满足如下函数关系式：WC＝0.4×WTi+0.6×WNb+WZr+R,其中，R＝0.25％～0.35％，WC、WTi、WNb、WZr分别表示C、Ti、Nb、Zr在耐磨堆焊药芯焊丝组分中的质量分数。
优选地，药芯焊丝的填充率为30-35％。
优选地，药芯焊丝的直径为2.5-3.5mm。
优选地，焊接工艺参数为：焊接电压为24-26V，焊接电流为300-350A，送丝速度为500-540mm/min，药芯焊丝伸出长度30-35mm，层间温度为140-160℃，电源极性为直流反接。
本发明采用常规制备工艺制得。
本发明中通过控制C、Ti、Nb、Zr的含量，使其四者满足一定的函数关系，对堆焊层起到良好的强化和韧化效果，其生成的硬质相颗粒TiC、NbC和ZrC，弥散分布在堆焊层中，阻断了堆焊层中网状或枝状组织结构，提高位错密度，有效抑制了裂纹的线性传播，使应力在堆焊层上分布更加均匀，具有良好的耐磨性和抗开裂性，同时Ti、Nb、Zr与O元素结合生成的氧化物在堆焊层中起到变质剂的效果，充当异质形核的质点，促使针状铁素体的形成，且明显细化细化组织晶粒，抑制初生碳化物的生长，优化了堆焊层的组织结构，与堆焊层中强碳化物配合，在堆焊层中起到良好的钉扎效果，提高与母材的结合强度，增强了堆焊层的韧性、抗冲击性、耐磨性和抗蠕变性能，从而延长金属构件的使用寿命；通过控制Sm、Sc、Y、Eu的含量，使药芯焊丝具有良好的脱氧去硫效果，且改善堆焊层中夹杂物的形态和分布，在堆焊层中与其他元素生成Fe-B-RE相和Fe-Ni-RE相，其中RE为Sm、Sc、Y、Eu中的一种，起到弥散强化和细晶强化作用，进一步提高堆焊层的位错密度，起到均匀组织的作用，改善各向异性性能，提高堆焊层的综合力学性能及抗腐蚀性、耐磨性、抗蠕变性，且改善熔滴过渡过程，使其飞溅小，送丝速度快，使堆焊层组织致密、纯净，提高药芯焊丝的焊接性能，从而显著延长金属构件的使用寿命；通过控制Si、B、Mn和Mg的含量，具有良好的脱氧、脱氮效果，起到良好的自保护作用，Mn和Mg在堆焊层中起到固溶强化的效果，改善堆焊层的组织结构，使堆焊层中组织分布更均匀，进一步改善各向异性性能，且能改善堆焊层的晶间腐蚀，提高堆焊层的抗疲劳强度、硬度、韧性、耐磨性和抗氧化性，改善了Mn的加入导致的开裂倾向，提高了堆焊层的整体性能，提高了金属构件的使用寿命；通过合理设置药芯焊丝中各组分含量及焊接工艺，药芯焊丝具有送丝速度快，焊接性能高，熔滴过渡稳定，飞溅少，堆焊层组织分布良好，与金属构件结合强度大，从而提高其综合性能，延长金属构件的使用寿命。本发明提出的一种耐磨堆焊药芯焊丝，其组分合理，与母材结合强度大，堆焊层具有良好的韧性、硬度、抗蠕变性和耐磨性差，延长了金属构建的使用寿命。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种耐磨堆焊药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：Cr：14％、C：0.5％、Ti：0.4％、Nb：0.2％、Zr：0.1％、B：0.3％、W：0.2％、Mo：0.2％、Si：0.9％、Mn：0.5％、Mg：0.3％、Cu：0.2％、Ni：0.6％、Sr：0.1％、Sm：0.4％、Sc：0.2％、Y：0.2％、Eu：0.1％，其余为Fe及不可避免的杂质。
实施例2
本发明提出的一种耐磨堆焊药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：Cr：16％、C：0.8％、Ti：0.6％、Nb：0.3％、Zr：0.2％、B：0.2％、W：0.1％、Mo：0.4％、Si：0.5％、Mn：0.8％、Mg：0.1％、Cu：0.4％、Ni：0.4％、Sr：0.2％、Sm：0.2％、Sc：0.4％、Y：0.1％、Eu：0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
实施例3
本发明提出的一种耐磨堆焊药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：Cr：15.2％、C：0.8％、Ti：0.5％、Nb：0.25％、Zr：0.15％、B：0.25％、W：0.14％、Mo：0.32％、Si：0.72％、Mn：0.68％、Mg：0.18％、Cu：0.32％、Ni：0.48％、Sr：0.15％、Sm：0.33％、Sc：0.31％、Y：0.15％、Eu：0.13％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，药芯焊丝的填充率为32％；
药芯焊丝的直径为3mm；
焊接工艺参数为：焊接电压为25V，焊接电流为330A，送丝速度为520mm/min，药芯焊丝伸出长度32mm，层间温度为150℃，电源极性为直流反接。
实施例4
本发明提出的一种耐磨堆焊药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：Cr：14.6％、C：0.78％、Ti：0.55％、Nb：0.24％、Zr：0.116％、B：0.22％、W：0.18％、Mo：0.24％、Si：0.85％、Mn：0.58％、Mg：0.26％、Cu：0.24％、Ni：0.56％、Sr：0.12％、Sm：0.36％、Sc：0.24％、Y：0.18％、Eu：0.12％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，药芯焊丝的填充率为30％；
药芯焊丝的直径为2.5mm；
焊接工艺参数为：焊接电压为24V，焊接电流为300A，送丝速度为500mm/min，药芯焊丝伸出长度30mm，层间温度为140℃，电源极性为直流反接。
实施例5
本发明提出的一种耐磨堆焊药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：Cr：15.4％、C：0.75％、Ti：0.45％、Nb：0.22％、Zr：0.138％、B：0.28％、W：0.12％、Mo：0.34％、Si：0.62％、Mn：0.75％、Mg：0.13％、Cu：0.35％、Ni：0.46％、Sr：0.18％、Sm：0.24％、Sc：0.34％、Y：0.12％、Eu：0.8％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，药芯焊丝的填充率为35％；
药芯焊丝的直径为3.5mm；
焊接工艺参数为：焊接电压为26V，焊接电流为350A，送丝速度为540mm/min，药芯焊丝伸出长度35mm，层间温度为160℃，电源极性为直流反接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：Cr：14-16％、C：0.5-0.8％、Ti：0.4-0.6％、Nb：0.2-0.3％、Zr：0.1-0.2％、B：0.2-0.3％、W：0.1-0.2％、Mo：0.2-0.4％、Si：0.5-0.9％、Mn：0.5-0.8％、Mg：0.1-0.3％、Cu：0.2-0.4％、Ni：0.4-0.6％、Sr：0.1-0.2％、Sm：0.2-0.4％、Sc：0.2-0.4％、Y：0.1-0.2％、Eu：0.1-0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳钢带外皮组成，药芯按质量分数包括以下组分：Cr：14.5-15.6％、C：0.55-0.75％、Ti：0.45-0.56％、Nb：0.22-0.28％、Zr：0.12-0.18％、B：0.22-0.28％、W：0.12-0.18％、Mo：0.22-0.35％、Si：0.55-0.85％、Mn：0.55-0.75％、Mg：0.15-0.25％、Cu：0.25-0.34％、Ni：0.45-0.56％、Sr：0.12-0.18％、Sm：0.25-0.34％、Sc：0.25-0.34％、Y：0.12-0.18％、Eu：0.12-0.18％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1-2中任一项所述耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，C、Ti、Nb、Zr的含量满足如下函数关系式：WC＝0.4×WTi+0.6×WNb+WZr+R,其中，R＝0.25％～0.35％，WC、WTi、WNb、WZr分别表示C、Ti、Nb、Zr在耐磨堆焊药芯焊丝组分中的质量分数。
4.根据权利要求1-2中任一项所述耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝的填充率为30-35％。
5.根据权利要求1-2中任一项所述耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝的直径为2.5-3.5mm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，焊接工艺参数为：焊接电压为24-26V，焊接电流为300-350A，送丝速度为500-540mm/min，药芯焊丝伸出长度30-35mm，层间温度为140-160℃，电源极性为直流反接。
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