CN108500507A - 51CrV4弹簧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51CrV4弹簧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10％‑16％、铬粉15％‑26％、钒粉7％‑12％、硅粉1％‑4％、铁粉50％‑65％，以上组分质量百分比之和为100％。利用本发明焊接得到的焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性，能够得到细小的珠光体组织，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性，且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，具有较高的生产率。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料及其制备方法技术领域，具体涉及一种51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术
弹簧钢为一类重要的建设钢材原料，其适用领域非常广泛，包括火车、汽车等基础设施。自从我国铁路车辆提出了“提速、重载、安全”的要求以来，在过去的几年里我国将铁路路线扩张了20000公里，其中13000公里的设计时速达350km。汽车行业同样是弹簧钢下游产业的主体，每年制造汽车所需要的弹簧杆成品大概份额是总量的六成以上。
51CrV4弹簧钢属于碳含量范围处于0.5％～0.7％的中碳钢，其主要是由C：0.47～0.55、S：≤0.025、Si：≤0.4、Mn：0.7～1.1、P：≤0.025、Cr：0.9～1.2、V：0.1～0.25、Cu+Sn：Cu+Sn≤0.6的组成。目前51CrV4弹簧钢广泛应用于铁路建设、汽车制造，具有良好的力学性能和工艺性能，淬透性较高等优点。51CrV4弹簧钢在经过适当的精炼工艺与热处理后，能够获得具有高屈服强度与屈强比、高疲劳极限、较好的塑性及韧性、较好的可加工性与耐磨性等产品要求。在弹簧钢中加入多元微量元素主要是起到强烈析出强化或阻碍晶粒粗化作用，而此两种作用都是由微量元素碳化物、氮化物或碳氮化物的第二相析出引起的。
目前，关于51CrV4弹簧钢焊接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，51CrV4弹簧钢焊接过程中焊接飞溅多，导致安全性较低，并且焊缝不美观且焊接工艺性能差。
发明内容
本发明的目的是提供一种51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，该药芯焊丝在焊接后能够得到细小的珠光体焊缝组织，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51CrV4弹簧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，51CrV4弹簧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10％-16％、铬粉15％-26％、钒粉7％-12％、硅粉1％-4％、铁粉50％-65％，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。
焊丝中的药芯粉末的填充量为20wt％-25wt％。
本发明所采用的另一个技术方案是，51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉10％-16％、铬粉15％-26％、钒粉7％-12％、硅粉1％-4％、铁粉50％-65％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内进行加热，保温，去除药粉中结晶水，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低碳钢钢带内，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，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净；
步骤4，第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，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，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
本发明的特点还在于，
步骤2中：加热温度为150-200℃，保温时间为2.5-3.5h。
步骤3中：低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.4mm。
步骤3中：焊丝中药芯粉末的的填充量为20wt％-25wt％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，焊接得到的焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性，能够得到细小的珠光体组织，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性，且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；
(2)本发明51CrV4弹簧钢用自保护型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51CrV4弹簧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10％-16％、铬粉15％-26％、钒粉7％-12％、硅粉1％-4％、铁粉50％-65％，以上组分质量百分比之和为100％；焊皮为低碳钢钢带，钢带主要成分为：C0.021％，Mn0.15％，P≤0.009％，S≤0.008％；该焊丝中的药芯粉末的填充量为20wt％-25wt％。
本发明药芯焊丝中各组分的作用与功能如下：
锰是较好的脱氧剂和脱硫剂，在钢中添加适量Mn能够显著提高钢的淬透性。锰对钢的硬度和冲击韧性影响也很大，硬度随锰含量的提高而上升，冲击韧度则随之下降。锰既可以和铁形成固溶体，从而提高钢的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。此外，锰在钢中可以降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用。
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；
钒是钢的优良脱氧剂。钢中0.5％的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中。
51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉10％-16％、铬粉15％-26％、钒粉7％-12％、硅粉1％-4％、铁粉50％-65％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内进行加热，加热温度为150-200℃，保温时间为2.5-3.5h，去除药粉中结晶水，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低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为20wt％-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，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.4mm；
步骤4，第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，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，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
焊接51CrV4弹簧钢的方法，以熔化极气体保护焊(GMAW)进行焊接，焊接电流为200-240A，电压为20-24V，保护气体为CO2、Ar或20％Ar和80％CO2混合气体，气体流速为15-20L/min。
实施例1
51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉10％、铬粉26％、钒粉10％、硅粉3％、铁粉51％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内进行加热，加热温度为150℃，保温时间为3.5h，去除药粉中结晶水，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低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为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，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.4mm；
步骤4，第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，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，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，用绕丝机将得到的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523MPa，断后延伸率为16％，断面收缩率65％，冲击功为80J，性能符合51CrV4弹簧钢的使用要求。
实施例2
51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉15％、铬粉15％、钒粉7％、硅粉4％、铁粉59％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内进行加热，加热温度为200℃，保温时间为2.5h，去除药粉中结晶水，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低碳钢钢带内，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，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.4mm；
步骤4，第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，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，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，用绕丝机将得到的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1096MPa，屈服极限为540MPa，断后延伸率为18％，断面收缩率68％，冲击功为86J，性能符合51CrV4弹簧钢的使用要求。
实施例3
51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉16％、铬粉20％、钒粉7％、硅粉1％、铁粉56％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内进行加热，加热温度为175℃，保温时间为3h，去除药粉中结晶水，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低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为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，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.4mm；
步骤4，第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，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，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，用绕丝机将得到的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983MPa，屈服极限为574MPa，断后延伸率为15％，断面收缩率66％，冲击功为81J，性能符合51CrV4弹簧钢的使用要求。
实施例4
51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉10％、铬粉15％、钒粉9％、硅粉1％、铁粉65％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内进行加热，加热温度为200℃，保温时间为3.5h，去除药粉中结晶水，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低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为24wt％，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，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.4mm；
步骤4，第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，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，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，用绕丝机将得到的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615MPa，断后延伸率为22％，断面收缩率65％，冲击功为88J，性能符合51CrV4弹簧钢的使用要求。
实施例5
51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉13％、铬粉23％、钒粉12％、硅粉2％、铁粉50％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内进行加热，加热温度为150℃，保温时间为2.5h，去除药粉中结晶水，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低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为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，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.4mm；
步骤4，第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，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，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，用绕丝机将得到的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1125MPa，屈服极限为540MPa，断后延伸率为18％，断面收缩率69％，冲击功为85J，性能符合51CrV4弹簧钢的使用要求。
本发明51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，焊接得到的焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性，能够得到细小的珠光体组织，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性，且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，具有较高的生产率。
Claims (7)
1.51CrV4弹簧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10％-16％、铬粉15％-26％、钒粉7％-12％、硅粉1％-4％、铁粉50％-65％，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，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51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，其特征在于，焊丝中的药芯粉末的填充量为20wt％-25wt％。
4.51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉10％-16％、铬粉15％-26％、钒粉7％-12％、硅粉1％-4％、铁粉50％-65％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1中称取的所有原料混合均匀，将其置于真空加热炉内进行加热，保温，去除药粉中结晶水，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低碳钢钢带内，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，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净；
步骤4，第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，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，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
5.根据权利要求4所述的51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤2中：加热温度为150-200℃，保温时间为2.5-3.5h。
6.根据权利要求4所述的51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中：低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.4mm。
7.根据权利要求4所述的51CrV4弹簧钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中：焊丝中药芯粉末的的填充量为20wt％-25wt％。
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2018
- 2018-02-12 CN CN201810144767.XA patent/CN108500507A/zh active Pending
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