CN107900552A - 一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉4％‑7％，铬粉20％‑25％，铌粉4％‑7％，铜粉8％‑12％，稀土粉末1％～2％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。本发明公开了其制备方法：将原料粉按比例配好，混合后真空烘干，添加到316不锈钢钢带轧制成的U型槽、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，能够得到马氏体不锈钢焊缝组织，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性；焊后无需清理焊道，可进行连续施焊，提高了焊接生产率；焊丝制备方法简单，适用于自动焊机，适合批量化生产。
Description
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。
背景技术
沉淀硬化(PH)不锈钢是通过热处理析出微细的金属间化合物和某些少量碳化物以产生沉淀硬化，而获得高强度和一定耐蚀性相结合的高强度不锈钢，它兼有铬镍奥氏体不锈钢耐蚀性好和马氏体铬钢强度高的优点。自20 世纪40年代以来，以适应迅速发展的航空、航天工业的需要，开发了几种沉淀硬化不锈钢，如PH17-4、17-7PH、Stainless W、FV520B等。我国离心鼓风机叶轮常用材料主要有不锈钢和低合金高强度钢两大类，针对离心压缩机叶轮高强度、高耐腐蚀性、高耐磨性的要求，马氏体型不锈钢成为首选。
0Cr14Ni5MoCuNb不锈钢属于马氏体沉淀硬化不锈钢，是在FV520B的基础上发展起来的不锈钢，主要由13.0～15.0wt％的Cr、6.0～7.0wt％的Ni、 1.3～1.5wt％的Cu、0.6～0.9wt％的Mo组成。采用了弥散强化和低碳板条状位错马氏体双强化手段，固溶和调整处理产生板条状马氏体组织，在时效过程中铜、铌、铝、镍等合金元素析出强化相来提高强度。由于Ni元素的加入，高温时效有逆变奥氏体生成，增加了0Cr14Ni5MoCuNb的韧性。另外合金元素的加入有效阻碍了晶界处铬元素的析出，提高了钢的抗晶间腐蚀能力，因此0Cr14Ni5MoCuNb不锈钢因其优秀的综合性能而被广泛应用，且主要应用在鼓风机的叶片、定子，以及泵件等领域。
目前，关于0Cr14Ni5MoCuNb马氏体沉淀硬化不锈钢焊接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，尚未见关于其熔焊连接焊接材料的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝，焊接后能够得到马氏体不锈钢焊缝组织，且焊接接头具有优良的力学性能。
本发明的另一个目的是提供一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉4％-7％，铬粉20％-25％，铌粉4％-7％，铜粉8％-12％，稀土粉末1％～2％，其余为铁，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316不锈钢钢带，316不锈钢钢带中杂质元素的质量百分比为： P≦0.035％，S≦0.030％。
该焊丝中药芯粉末的填充率为20wt％-25wt％。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种沉淀硬化不锈钢用金属型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锰粉4％-7％，铬粉20％-25％，铌粉 4％-7％，铜粉8％-12％，稀土粉末1％～2％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内加入，加热温度150℃-200℃，保温时间2.5h-3.5h，去除药粉中的结晶水，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在焊皮内，并采用药芯焊丝成型机将焊皮闭合，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：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5：经步骤4焊丝拉拔完毕后，去除药芯焊丝表面的油污，最终得到一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝。
本发明的特点还在于：
步骤3中：焊皮为316不锈钢钢带，焊皮的宽度为7mm，焊皮的厚度为0.4mm。
步骤3中：焊丝中药芯粉末的填充率为20wt％-25wt％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明药芯焊丝焊接得到的焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性，能够得到马氏体沉淀硬化不锈钢焊缝组织，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性；
(2)本发明药芯焊丝形成的焊缝表面光洁，无气孔无夹渣，焊后无需清理，可连续施焊；
(3)本发明药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，适用于自动焊机，具有较高的生产效率。
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。
本发明一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝(0Cr14Ni5MoCuNb不锈钢用金属型药芯焊丝)，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉4％-7％，铬粉20％-25％，铌粉4％-7％，铜粉8％-12％，稀土粉末1％～2％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。
焊皮为316不锈钢钢带，焊皮的宽度为7mm，焊皮的厚度为0.4mm， 316不锈钢钢带杂质元素的质量百分比为：P≦0.035％，S≦0.030％。
该焊丝中药芯粉末的填充率为20wt％-25wt％。
该焊丝中各组分的作用和功能如下：
锰是奥氏体稳定元素，锰的加入能够显著降低奥氏体向铁素体转变的温度。在后期热处理过程中，焊缝金属中的锰主要作为固溶强化的核心，在锰的含量≤2.0wt％时，针状铁素体的数量随着锰含量的增加而增加，而先共析铁素体和侧板条铁素体的数量则随着锰含量的增加而减少，并且锰在提高焊缝金属韧性的同时，焊缝金属的强度也有一定的提高，即随着焊缝中锰含量的增加，焊缝金属的屈服强度和抗拉强度均呈线性增加；
铬在熔敷金属中是促使铁素体形成并稳定的元素，此处添加铬元素，一方面是保证焊缝金属的耐腐蚀性能，另一方面对强度的提高也有一定的作用。研究表明，在低碳钢的基础上加入一定量的铬元素，既可以使钢在具有氧化性的介质中产生一种与基体组织牢固结合的铬铁氧化物的钝化膜；又能有效的提高钢的点蚀电位值，降低钢对点蚀的敏感性。铬对强度的影响表现为适量的铬元素能提高焊缝金属的强韧性；
铌是形成强碳化物的元素，高温下铌可以与碳形成稳定的NbC，以此来抑制碳化铬的形成，提高不锈钢的各种形式的耐蚀性，特别是能推迟敏化时间而改善焊缝金属抵抗晶间腐蚀的性能。同时，铌也是一种形成沉淀硬化相的元素，可以与焊缝金属中的铬和氮等形成一种沉淀强化相NbCrN，这个沉淀相因固溶处理而产生，具有提高强度和改善耐蚀性的作用。另外，铌的抗回火性能较好，即铌含量的增加导致的强度随回火温度的变化范围不大；
铜的加入不仅能使不锈钢有更好的耐蚀性，而且还可以提高不锈钢的高温蠕变强度，另外铜的加入有利于降低药芯焊丝的熔点；
稀土粉的加入是为了细化晶粒，提高焊缝的综合力学性能。
一种沉淀硬化不锈钢用金属型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锰粉4％-7％，铬粉20％-25％，铌粉 4％-7％，铜粉8％-12％，稀土粉末1％～2％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内加入，加热温度150-200℃，保温时间2.5-3.5h，去除药粉中的结晶水，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在焊皮内，并采用药芯焊丝成型机将焊皮闭合，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；拉拔药芯焊丝第一道工序前，焊皮用丙酮擦拭干净；步骤3中：焊皮为316不锈钢钢带，焊皮的宽度为7mm，焊皮的厚度为0.4mm；316不锈钢钢带杂质元素的质量百分比为：P≦0.035％，S≦ 0.030％；
步骤4：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5：经步骤4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，最终得到一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝，经绕丝机把药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
焊接0Cr14Ni5MoCuNb马氏体沉淀硬化不锈钢的方法，以熔化极气体保护焊(GMAW)进行焊接，焊焊接电流为200-240A，电压为20-24V，保护气体为CO2、Ar或20％Ar+80％CO2混合气体，气体流速为15-20L/min。
实施例1
步骤1：按质量百分比分别称取锰粉4％，铬粉25％，铌粉7％，铜粉12％，稀土粉末2％，铁粉50％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内加入，加热温度150℃，保温时间3.5h，去除药粉中的结晶水，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内(316不锈钢钢带宽度为7mm，厚度0.4mm)，焊丝中药芯粉末的填充率为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，316 不锈钢钢带用丙酮擦拭干净；
步骤4：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5：经步骤4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。
用实施例1所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流180-220A，电压20-24V，保护气体为Ar气体，气体流速为 15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为1020Mpa，屈服极限为810Mpa，断后延伸率25％，断面收缩率65％，冲击功为80J，性能符合0Cr14Ni5MoCuNb 马氏体沉淀硬化不锈钢的使用要求。
实施例2
步骤1：按质量百分比分别称取锰粉7％，铬粉20％，铌粉6％，铜粉11％，稀土粉末1％，铁粉55％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内加入，加热温度200℃，保温时间2.5h，去除药粉中的结晶水，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内(316不锈钢钢带宽度为7mm，厚度0.4mm)，焊丝中药芯粉末的填充率为23wt％，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，316 不锈钢钢带用丙酮擦拭干净；
步骤4：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5：经步骤4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。
用实施例2所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流180-220A，电压20-24V，保护气体为Ar气体，气体流速为 15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为1030Mpa，屈服极限为820Mpa，断后延伸率26％，断面收缩率68％，冲击功为83J，性能符合0Cr14Ni5MoCuNb 马氏体沉淀硬化不锈钢的使用要求。
实施例3
步骤1：按质量百分比分别称取锰粉6％，铬粉24％，铌粉6％，铜粉10％，稀土粉末1％，铁粉53％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内加入，加热温度180℃，保温时间3h，去除药粉中的结晶水，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内(316不锈钢钢带宽度为7mm，厚度0.4mm)，焊丝中药芯粉末的填充率为22wt％，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，316 不锈钢钢带用丙酮擦拭干净；
步骤4：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5：经步骤4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。
用实施例3所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流180-220A，电压20-24V，保护气体为Ar气体，气体流速为 15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为986Mpa，屈服极限为792Mpa，断后延伸率20％，断面收缩率55％，冲击功为72J，性能符合0Cr14Ni5MoCuNb 马氏体沉淀硬化不锈钢的使用要求。
实施例4
步骤1：按质量百分比分别称取锰粉7％，铬粉25％，铌粉7％，铜粉8％，稀土粉末2％，铁粉51％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内加入，加热温度190℃，保温时间3h，去除药粉中的结晶水，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内(316不锈钢钢带宽度为7mm，厚度0.4mm)，焊丝中药芯粉末的填充率为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，316不锈钢钢带用丙酮擦拭干净；
步骤4：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5：经步骤4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。
用实施例4所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流180-220A，电压20-24V，保护气体为Ar气体，气体流速为 15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为995Mpa，屈服极限为800Mpa，断后延伸率25％，断面收缩率67％，冲击功为82J，性能符合0Cr14Ni5MoCuNb 马氏体沉淀硬化不锈钢的使用要求。
实施例5
步骤1：按质量百分比分别称取锰粉6％，铬粉24％，铌粉4％，铜粉11％，稀土粉末2％，铁粉53％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内加入，加热温度200℃，保温时间3h，去除药粉中的结晶水，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内(316不锈钢钢带宽度为7mm，厚度0.4mm)，焊丝中药芯粉末的填充率为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，316 不锈钢钢带用丙酮擦拭干净；
步骤4：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5：经步骤4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。
用实施例5所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流180-220A，电压20-24V，保护气体为Ar气体，气体流速为 15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为1000Mpa，屈服极限为826Mpa，断后延伸率26％，断面收缩率70％，冲击功为81J，性能符合0Cr14Ni5MoCuNb 马氏体沉淀硬化不锈钢的使用要求。
本发明的优点为：本发明制备的药芯焊丝焊接得到的焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性，能够得到马氏体沉淀硬化不锈钢焊缝组织，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性；形成的焊缝表面光洁，无气孔无夹渣，焊后无需清理，可连续施焊；本发明的制备方法简单，操作方便，适用于自动焊机，具有较高的生产效率。
Claims (6)
1.一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝，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：锰粉4％-7％，铬粉20％-25％，铌粉4％-7％，铜粉8％-12％，稀土粉末1％～2％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝，其特征在于，所述焊皮为316不锈钢钢带，316不锈钢钢带杂质元素的质量百分比为：P≦0.035％，S≦0.030％。
3.根据权利要求1所述的一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝，其特征在于，该焊丝中药芯粉末的填充率为20wt％-25wt％。
4.一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取锰粉4％-7％，铬粉20％-25％，铌粉4％-7％，铜粉8％-12％，稀土粉末1％～2％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内加入，加热温度150℃-200℃，保温时间2.5h-3.5h，去除药粉中的结晶水，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在焊皮内，并采用药芯焊丝成型机将焊皮闭合，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：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5：经步骤4焊丝拉拔完毕后，去除药芯焊丝表面的油污，最终得到一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝。
5.根据权利要求4所述的一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤3中：所述焊皮为316不锈钢钢带，所述焊皮的宽度为7mm，所述焊皮的厚度为0.4mm。
6.根据权利要求4所述的一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤3中：焊丝中药芯粉末的填充率为20wt％-25wt％。
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