CN107900549A

CN107900549A - 25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN107900549A
Application number: CN201710986796.6A
Authority: CN
Inventors: 张敏; 慕二龙; 程康康; 史杰; 李乐; 王裕
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2018-04-13
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: CN107900549B

Abstract

本发明公开了25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉12％‑15％，镍粉20％‑24％，钼粉3％‑6％，钒粉2％‑4％，铜粉2％‑4％，氟化钡25％‑30％，大理石5％‑8％，铝镁合金4％‑8％，金红石8％‑12％，石英砂6％‑10％，以上组分质量百分比之和为100％。其制备方法：将各原料组分添加到U型槽中，碾压闭合，拉拔拉直，盘成圆盘，密封包装即可。本发明药芯焊丝焊缝成型美观，焊接接头具有优良的力学性能。本发明公开了其制备方法，其制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。

Description

25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。

背景技术

近年来，随着我国工业化进程的推进，工业行业正大力开展节能降耗，进行产业升级和整合重组，工业基础设备需要大量更新。离心风机作为工业的重要配套设备，必将更多地应用于电力、水泥、石油化工、煤炭、矿山和环保等领域。离心风机是根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能(压力)，故属于从动的流体机械。随着大型风机在我国工业中的广泛使用，其工况也越来越复杂，为提高风机的整体寿命以及运行安全系数要求风机核心部位的叶片材料具有较高的强度、硬度和韧性等良好的综合力学性能。

25Cr2Ni4MoV合金钢主要由C：0.22-0.27wt％、Si：0.15-0.35wt％、Mn≤0.35wt％、Ni：3.25-4.00wt％、Cr：1.50-2.00wt％、Mo：0.20-0.50wt％、V：0.05-0.13wt％、Cu≤0.20wt％的组成。目前25Cr2Ni4MoV合金钢广泛应用于较大型发电转子的制造，具有高强度、高韧性及低的脆性转变温度等优点。在工业应用中，经调质处理(淬火+高温回火)使其获得优良的强韧性匹配。主要用来制造高负荷、大截面的重要轴类零件以及受冲击载荷的构件，如机床的主轴、汽轮机机轴和火箭发动机外壳等。调质钢的强度主要取决于α相的强度和碳化物的弥散强化作用，主加元素为Mn、Cr、Si、Ni等增大钢的淬透性和提高钢的综合力学性能，其中Ni不仅可以提高钢的疲劳极限和减小对缺口的敏感性，而且还能降低钢的韧脆转变温度；在此基础上辅加元素Mo、V等碳化物形成元素，起着降低热敏感性与回火脆性，消除某些冶金缺陷，进一步提高淬透性，与此同时Mo、V还阻止α相的再结晶，能保持细小的晶粒，使α相也能保持足够的强度。

目前，市场上25Cr2Ni4MoV合金钢的匹配焊材种类特别稀少，而且冲击韧性较差，往往导致其在工程应用中失效。另外关于25Cr2Ni4MoV合金钢焊接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，尚未见关于其熔焊自保护型药芯焊丝的报道。

发明内容

本发明的目的是提供25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝，其具有良好的焊接工艺性能，焊接飞溅少，焊缝成型美观。

本发明的另一个目的是提供25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉12％-15％，镍粉20％-24％，钼粉3％-6％，钒粉2％-4％，铜粉2％-4％，氟化钡25％-30％，大理石5％-8％，铝镁合金4％-8％，金红石8％-12％，石英砂6％-10％，以上组分质量百分比之和为100％。

本发明的特点还在于：

焊皮为低碳钢钢带。

药芯焊丝中药芯粉末的的填充率为20wt％-30wt％。

本发明所采用的另一个技术方案是，25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比分别称取铬粉12％-15％，镍粉20％-24％，钼粉3％-6％，钒粉2％-4％，铜粉2％-4％，氟化钡25％-30％，大理石5％-8％，铝镁合金4％-8％，金红石8％-12％，石英砂6％-10％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉B；

步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、钒粉、铜粉、金红石粉和与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末；

步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，然后进行第一道拉拔工序，第一次拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm；

步骤5：第一道拉拔工序完毕后，后序拉拔工序采用的磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；

步骤6：焊丝拉拔完毕后，去除药芯焊丝表面的油污，最终得到25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝。

本发明的特点还在于：

步骤2中：烧结温度为650-750℃，烧结时间为4-6h，过筛粒度60-140目。

步骤3中：烘干温度为200-250℃，烘干时间为2h。

步骤4中：低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm。

步骤4中：焊丝中药芯粉末的的填充率为20wt％-30wt％。

步骤2中混合药粉A与水玻璃粘结剂的质量比为5：1。

本发明的有益效果是：

(1)本发明药芯焊丝和合金钢焊条、实心焊丝相比，具有焊接飞溅少、焊缝成型美观、良好焊接工艺性能的优点；可用于连续送丝自动焊机，具有节约保护气体和较高的生产效率；

(2)本发明药芯焊丝利用矿物渣系产生熔渣和保护气体，使焊接时形成的熔池得到保护，起到了自保护的作用；

(3)本发明药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉12％-15％，镍粉20％-24％，钼粉3％-6％，钒粉2％-4％，铜粉2％-4％，氟化钡25％-30％，大理石5％-8％，铝镁合金4％-8％，金红石8％-12％，石英砂6％-10％，以上组分质量百分比之和为100％。

焊皮为低碳钢钢带；低碳钢钢带主要成分：C为0.021wt％，Mn为0.15wt％，P≤0.009wt％，S≤0.008wt％。

药芯焊丝中药芯粉末的的填充率为20wt％-30wt％。

该焊丝中各组分的作用和功能如下：

铬的作用主要是增加焊缝的淬透性，作用机理是Cr元素溶入奥氏体后，使得珠光体转变C曲线显著右移，甚至珠光体转变的C曲线在图上消失，其特点是在珠光体转变区，过冷奥氏体具有十分高的稳定性，降低了临界冷却速度，从而提高焊缝的淬透性；

镍是强奥氏体稳定元素，不仅可以提高焊缝的淬透性，而且可以提高焊缝的疲劳极限并减小对缺口的敏感性，与此同时还能降低焊缝的韧脆转变温度；

钼、钒等碳化物形成元素，起着降低热敏感性与回火脆性，消除某些冶金缺陷，进一步提高淬透性，与此同时还能细化晶粒，从而提高焊缝的强度；

铜的加入不仅可以改善合金焊缝的抗大气腐蚀性能，同时还能提高焊缝的强度和屈强比；

氟化钡的加入比较容易获得理想的气保护和渣保护气氛，能起到很好的造渣、造气和去氢的作用，另外BaF₂还具有更好的脱磷作用；

大理石主要成分为CaCO₃，其不存在融化相，在电弧空间能直接由固相分解，形成CaO和大量的CO₂气体，一方面可以提高熔渣碱度、净化焊缝，另一方面生成的气体能够包围在焊接反应区外，将熔熔池与有害的空气隔离开，起到有效的气体保护作用；

铝和镁都是很好的脱氧剂，在自保护药芯焊丝中加入适量的Al和Mg可以起到很好的先期脱氧以及固氮的作用，其氧化反应产物A1₂O₃和MgO是作为重要的中性氧化物和碱性氧化物，能够调节熔渣的碱度，改善焊丝的工艺性能；

金红石的加入，可以使焊丝药芯在焊接熔化的过程中实现“短渣”的特性，由于TiO₂在焊接高温下粘度较低，对焊缝熔态金属的铺展十分有利，而当电弧移开某一区域，这一区域TiO₂的粘度将急剧增加，从而可以有效保证焊丝对全位置立向下的焊接的适应性。同时金红石还可以起到稳定电弧的作用；

石英砂主要用作造渣剂，另外可与氧化铁反应可以脱去焊缝中的气体，并加速焊速。

25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤2：将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉B；步骤2中：烧结温度为650-750℃，烧结时间为4-6h，过筛粒度60-140目；

步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、钒粉、铜粉、金红石粉和与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末；步骤3中：烘干温度为200-250℃，烘干时间为2h；

步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，然后进行第一道拉拔工序，第一次拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm；步骤4中：低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm；步骤4中：焊丝中药芯粉末的的填充率为20wt％-30wt％；

实施例1

25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比分别称取铬粉12％，镍粉20％，钼粉6％，钒粉2％，铜粉4％，氟化钡25％，大理石6％，铝镁合金8％，金红石8％，石英砂9％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中750℃烧结4h，碾碎、过60-140目筛，得到混合药粉B；

步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、钒粉、铜粉、金红石粉和与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于真空烘干炉中200℃烘干2h，得到药芯粉末；

步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内(低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm)，焊丝中药芯粉末的的填充率为20wt％，并采用药芯焊丝成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm，拉拔药芯焊丝第一道工序前，低碳钢钢带用丙酮擦拭干净；

步骤5：第一道工序拉拔完毕后，磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；

步骤6：焊丝拉拔完毕后，药芯焊丝用蘸有丙酮的棉布擦拭上边的油污，最终经绕丝机把药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。

实施例1制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)。焊接条件为：焊接电流为190-240A，焊接电压为21-25.0V。经测试，焊接接头的抗拉强度为1035Mpa，屈服极限为910Mpa，延伸率15.4％，断面收缩率56％，冲击功为84J。性能符合25Cr2Ni4MoV合金钢的使用要求。

实施例2

25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比分别称取铬粉13％，镍粉21％，钼粉4％，钒粉3％，铜粉3％，氟化钡25％，大理石8％，铝镁合金7％，金红石10％，石英砂6％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中650℃烧结6h，碾碎、过60-140目筛，得到混合药粉B；

步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、钒粉、铜粉、金红石粉和与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于真空烘干炉中250℃烘干2h，得到药芯粉末；

步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内(低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm)，焊丝中药芯粉末的的填充率为30wt％，并采用药芯焊丝成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm，拉拔药芯焊丝第一道工序前，低碳钢钢带用丙酮擦拭干净；

实施例2制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)。焊接条件为：焊接电流为190-240A，焊接电压为21-25.0V。经测试，焊接接头的抗拉强度为1005Mpa，屈服极限为875Mpa，延伸率15％，断面收缩率55％，冲击功为80J。性能符合25Cr2Ni4MoV合金钢的使用要求。

实施例3

25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比分别称取铬粉13％，镍粉24％，钼粉3％，钒粉2％，铜粉2％，氟化钡30％，大理石5％，铝镁合金7％，金红石8％，石英砂6％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中700℃烧结5h，碾碎、过60-140目筛，得到混合药粉B；

步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、钒粉、铜粉、金红石粉和与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于真空烘干炉中230℃烘干2h，得到药芯粉末；

步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内(低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm)，焊丝中药芯粉末的的填充率为25wt％，并采用药芯焊丝成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm，拉拔药芯焊丝第一道工序前，低碳钢钢带用丙酮擦拭干净；

实施例3制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)。焊接条件为：焊接电流为190-240A，焊接电压为21-25.0V。经测试，焊接接头的抗拉强度为960Mpa，屈服极限为825Mpa，延伸率14.5％，断面收缩率55％，冲击功为75J。性能符合25Cr2Ni4MoV合金钢的使用要求。

实施例4

25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比分别称取铬粉13％，镍粉21％，钼粉3％，钒粉4％，铜粉3％，氟化钡25％，大理石8％，铝镁合金5％，金红石12％，石英砂6％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中680℃烧结5h，碾碎、过60-140目筛，得到混合药粉B；

步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内(低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm)，焊丝中药芯粉末的的填充率为27wt％，并采用药芯焊丝成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm，拉拔药芯焊丝第一道工序前，低碳钢钢带用丙酮擦拭干净；

实施例4制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)。焊接条件为：焊接电流为190-240A，焊接电压为21-25.0V。经测试，焊接接头的抗拉强度为985Mpa，屈服极限为845Mpa，延伸率15％，断面收缩率56％，冲击功为78J。性能符合25Cr2Ni4MoV合金钢的使用要求。

实施例5

25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比分别称取铬粉15％，镍粉20％，钼粉4％，钒粉2％，铜粉2％，氟化钡26％，大理石7％，铝镁合金4％，金红石10％，石英砂10％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内(低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm)，焊丝中药芯粉末的的填充量为25wt％，并采用药芯焊丝成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm，拉拔药芯焊丝第一道工序前，低碳钢钢带用丙酮擦拭干净；

实施例5制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)。焊接条件为：焊接电流为190-240A，焊接电压为21-25.0V。经测试，焊接接头的抗拉强度为1025Mpa，屈服极限为880Mpa，延伸率16％，断面收缩率57％，冲击功为82J。性能符合25Cr2Ni4MoV合金钢的使用要求。

本发明的优点是：

Claims

1.25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝，其特征在于，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉12％-15％，镍粉20％-24％，钼粉3％-6％，钒粉2％-4％，铜粉2％-4％，氟化钡25％-30％，大理石5％-8％，铝镁合金4％-8％，金红石8％-12％，石英砂6％-10％，以上组分质量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝，其特征在于，所述焊皮为低碳钢钢带。

3.根据权利要求1所述的25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝中药芯粉末的的填充率为20wt％-30wt％。

4.25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中：烧结温度为650-750℃，烧结时间为4-6h，过筛粒度60-140目。

6.根据权利要求4所述的25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤3中：烘干温度为200-250℃，烘干时间为2h。

7.根据权利要求4所述的25Cr2Ni4MoV用自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤4中：低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm。

8.根据权利要求4所述的25Cr2Ni4MoV合金钢用气自保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤4中：焊丝中药芯粉末的的填充率为20wt％-30wt％。

9.根据权利要求4所述的25Cr2Ni4MoV用气保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中混合药粉A与水玻璃粘结剂的质量比为5：1。