CN108555478A - 25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接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25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铝粉1％～4％，低碳锰铁粉3％～10％，镍粉20％～35％，铬粉10％～20％，钼铁粉5％～15％，钒铁粉1％～5％，氧化铈粉末1％～2％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％。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，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性，且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。

Description

25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝及 其制备方法
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25Cr2Ni4MoV 合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术
近年来，大型风机在我国工业中的使用日益广泛，使用工况也越来越复杂，为提高风机的整体质量，要求风机核心部位的叶片材料具有较高的强韧性和硬度等良好的综合力学性能。25Cr2Ni4MoV为风机核心部位应用比较广的低合金结构钢，比如在风机转子上的应用，其成分是C：0.22％～0.27％， Si：0.15％～0.35％，Mn：≤0.35％，P：≤0.015，S：≤0.018，Ni：3.25％～4.00％， Cr：1.50％～2.00％，Mo：0.20％～0.50％，V：0.05％～0.13％，Cu：≤0.20％。
25Cr2Ni4MoV钢由于其具有高强度、高韧性及低的脆性转变温度等优点而被广泛应用于国防及机械行业重要零件等方面，比如，大型发电转子的制造、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。
G520不锈钢是FV520B不锈钢的改良版不锈钢，G520不锈钢是在 FV520B型马氏体不锈钢基础上研制的一种新型沉淀硬化马氏体不锈钢，具有更高的强度，良好的焊接性能、耐热性能、耐腐蚀性能，是天然气离心压缩机叶轮的常用材料。
通过将25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接在一起，能极大地提高风机叶轮的寿命。目前，关于25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢异种焊接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，尚未见关于其熔焊金属型药芯焊丝的报道。
发明内容
本发明的目的是提供25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，该药芯焊丝焊接后焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性，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25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接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，25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铝粉1％～4％，低碳锰铁粉3％～10％，镍粉20％～35％，铬粉10％～20％，钼铁粉5％～15％，钒铁粉1％～5％，氧化铈粉末1％～2％，其余为铁粉，以上各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，低碳钢钢带中磷的质量百分比不大于0.035％，硫的质量百分比不大于0.03％。
药芯焊丝中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，25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接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：铝粉1％～4％，低碳锰铁粉3％～10％，镍粉20％～35％，铬粉10％～20％，钼铁粉5％～15％，钒铁粉1％～5％，氧化铈粉末1％～2％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2、将步骤1称取的铝粉、低碳锰铁粉、镍粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、氧化铈粉末和铁粉混合均匀，置于烘干炉中烘干，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，并采用成型机将焊皮闭合，得到药芯焊丝半成品，用丙酮擦拭干净焊皮，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；
步骤4、第一道拉拔工序完毕后，减小拉拔磨具孔径进行后序拉拔，直至药芯焊丝的直径为1.2mm～1.6mm；
步骤5、药芯焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝。
本发明的特点还在于，
步骤2中的烘干温度为200～300℃，烘干时间为2～3h。
步骤3中的焊皮为低碳钢钢带，钢带宽度为7mm，厚度为0.4mm，钢带中磷的质量百分比不大于0.035％，硫的质量百分比不大于0.03％。
步骤3中药芯焊丝中药芯粉末的填充量为20wt％～25wt％。
本发明的有益效果是，
(1)本发明25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝焊接后焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性，能够得到马氏体时效不锈钢焊缝组织，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性；
(2)本发明25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型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，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25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属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25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铝粉1％～4％，低碳锰铁粉3％～10％，镍粉20％～35％，铬粉10％～20％，钼铁粉5％～15％，钒铁粉1％～5％，氧化铈粉末1％～2％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％，其中，焊皮为低碳钢钢带，低碳钢钢带中磷的质量百分比不大于0.035％，硫的质量百分比不大于0.03％，药芯焊丝中药芯粉末的填充量为20wt％～25wt％。
该药芯焊丝中各组分的作用和功能如下：
铝是很好的脱氧剂，在自保护药芯焊丝中加入适量的Al＝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Al2O3是作为重要的中性氧化物，能够调节熔渣的碱度，改善焊丝的工艺性能；
钼铁能提高钢的强度、硬度，细化晶粒，防止回火脆性和过热倾向，提高高温强度、蠕变强度及持久强度。
铬对强度的提高有一定的作用，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，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。
镍是一种可以在奥氏体中完全溶解，在奥氏体区无限扩大的元素，在焊接冷却过程中可以大大降低奥氏体的转变温度，从而抑制块状先共析铁素体的形成，有利于促进针状铁素体的形成，和较低的相转变温度也可以保证均匀细小的针状铁素体析出，使得焊缝韧性好，所以，Ni是一种可以促进奥氏体含量并且改善焊缝金属韧性的元素。
钒铁可脱氧、脱氮，提高高温强度，限制加热时晶粒的长大，提高钢的密度，促使晶粒细化，提高机械强度，是有效形成碳化元素，提高钢的红硬性。
锰铁在焊接过程中脱氧、脱硫，放热并加快反应速度，提高焊缝的强度和硬度。
25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接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：铝粉1％～4％，低碳锰铁粉3％～10％，镍粉20％～35％，铬粉10％～20％，钼铁粉5％～15％，钒铁粉1％～5％，氧化铈粉末1％～2％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2、将步骤1称取的铝粉、低碳锰铁粉、镍粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、氧化铈粉末和铁粉混合均匀，置于烘干炉中，在200～300℃下烘干 2～3h，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宽度为 7mm，厚度为0.4mm的低碳钢钢带内，药芯焊丝中药芯粉末的填充量为 20wt％～25wt％，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到药芯焊丝半成品，用丙酮擦拭干净低碳钢钢带，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；
步骤4、第一道拉拔工序完毕后，减小拉拔磨具孔径进行后序拉拔，直至药芯焊丝的直径为1.2mm～1.6mm；
步骤5、药芯焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，用拉丝机将得到的焊丝拉直、缠绕在焊丝盘上、密封包装待用。
实施例1
25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接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：铝粉1％，低碳锰铁粉9％，镍粉27％，铬粉20％，钼铁粉10％，钒铁粉1％，氧化铈粉末1％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2、将步骤1称取的铝粉、低碳锰铁粉、镍粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、氧化铈粉末和铁粉混合均匀，置于烘干炉中，在220℃下烘干2.5h，得到药芯粉末；
步骤3、将宽度为7mm、厚度为0.4mm的低碳钢钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将不锈钢钢带轧制成U型槽，将步骤2 得到的药芯粉末放入U型槽中，药芯粉末的填充率控制在20wt％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，得到药芯焊丝半成品，用丙酮擦拭干净低碳钢钢带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；
步骤4、第一道拉拔工序完毕后，减小拉拔磨具孔径进行后序拉拔，直至药芯焊丝的直径为1.2mm；
步骤5、药芯焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，用拉丝机将得到的焊丝拉直、缠绕在焊丝盘上、密封包装待用。
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180A，电压18V，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927Mpa，屈服极限为785Mpa，断面收缩率53％，冲击功为57J，性能符合G520不锈钢与25Cr2Ni4MoV合金钢异种焊接的使用要求。
实施例2
25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接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：铝粉2％，低碳锰铁粉10％，镍粉20％，铬粉18％，钼铁粉13％，钒铁粉2％，氧化铈粉末2％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2、将步骤1称取的铝粉、低碳锰铁粉、镍粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、氧化铈粉末和铁粉混合均匀，置于烘干炉中，在200℃下烘干2h，得到药芯粉末；
步骤3、将宽度为7mm、厚度为0.4mm的低碳钢钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将不锈钢钢带轧制成U型槽，将步骤2 得到的药芯粉末放入U型槽中，药芯粉末的填充率控制在22wt％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，得到药芯焊丝半成品，用丙酮擦拭干净低碳钢钢带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；
步骤4、第一道拉拔工序完毕后，减小拉拔磨具孔径进行后序拉拔，直至药芯焊丝的直径为1.4mm；
步骤5、药芯焊丝拉拔完毕后，得到25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，用拉丝机将得到的焊丝拉直、缠绕在焊丝盘上、密封包装待用。
实施例2制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：焊接电流200A，电压为18V，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954Mpa，屈服极限为788Mpa，断面收缩率52％，冲击功为63J，性能符合G520不锈钢与25Cr2Ni4MoV合金钢异种焊接的使用要求。
实施例3
25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接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：铝粉3％，低碳锰铁粉5％，镍粉20％，铬粉18％，钼铁粉9％，钒铁粉3％，氧化铈粉末1％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2、将步骤1称取的铝粉、低碳锰铁粉、镍粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、氧化铈粉末和铁粉混合均匀，置于烘干炉中，在300℃下烘干3h，得到药芯粉末；
步骤3、将宽度为7mm、厚度为0.4mm的低碳钢钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将不锈钢钢带轧制成U型槽，将步骤2 得到的药芯粉末放入U型槽中，药芯粉末的填充率控制在24wt％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，得到药芯焊丝半成品，用丙酮擦拭干净低碳钢钢带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；
步骤4、第一道拉拔工序完毕后，减小拉拔磨具孔径进行后序拉拔，直至药芯焊丝的直径为1.6mm；
步骤5、药芯焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，用拉丝机将得到的焊丝拉直、缠绕在焊丝盘上、密封包装待用。
实施例3制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：焊接电流200A，电压为20V，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906Mpa，屈服极限为753Mpa，断面收缩率 48％，冲击功为58J，性能符合G520不锈钢与25Cr2Ni4MoV合金钢异种焊接的使用要求。
实施例4
25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接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：铝粉4％，低碳锰铁粉3％，镍粉35％，铬粉14％，钼铁粉5％，钒铁粉4％，氧化铈粉末2％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2、将步骤1称取的铝粉、低碳锰铁粉、镍粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、氧化铈粉末和铁粉混合均匀，置于烘干炉中，在250℃下烘干2.5h，得到药芯粉末；
步骤3、将宽度为7mm、厚度为0.4mm的低碳钢钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将不锈钢钢带轧制成U型槽，将步骤2 得到的药芯粉末放入U型槽中，药芯粉末的填充率控制在24wt％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，得到药芯焊丝半成品，用丙酮擦拭干净低碳钢钢带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；
步骤4、第一道拉拔工序完毕后，减小拉拔磨具孔径进行后序拉拔，直至药芯焊丝的直径为1.4mm；
步骤5、药芯焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，用拉丝机将得到的焊丝拉直、缠绕在焊丝盘上、密封包装待用。
实施例4制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：焊接电流210A，电压为20V，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865Mpa，屈服极限为657Mpa，断面收缩率 52％，冲击功为72J，性能符合G520不锈钢与25Cr2Ni4MoV合金钢异种焊接的使用要求。
实施例5
25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接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：铝粉3％，低碳锰铁粉7％，镍粉22％，铬粉10％，钼铁粉15％，钒铁粉5％，氧化铈粉末1％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2、将步骤1称取的铝粉、低碳锰铁粉、镍粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、氧化铈粉末和铁粉混合均匀，置于烘干炉中，在250℃下烘干3h，得到药芯粉末；
步骤3、将宽度为7mm、厚度为0.4mm的低碳钢钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将不锈钢钢带轧制成U型槽，将步骤2 得到的药芯粉末放入U型槽中，药芯粉末的填充率控制在25wt％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，得到药芯焊丝半成品，用丙酮擦拭干净低碳钢钢带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；
步骤4、第一道拉拔工序完毕后，减小拉拔磨具孔径进行后序拉拔，直至药芯焊丝的直径为1.6mm；
步骤5、药芯焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，用拉丝机将得到的焊丝拉直、缠绕在焊丝盘上、密封包装待用。
实施例5制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：焊接电流210A，电压为21V，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989Mpa，屈服极限为814Mpa，断面收缩率 54％，冲击功为68J，性能符合G520不锈钢与25Cr2Ni4MoV合金钢异种焊接的使用要求。
本发明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，能够得到马氏体时效不锈钢焊缝组织，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，且焊后无需清理，可连续施焊，具有较高的生产效率；该药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，适用于自动焊机。

Claims (7)

1.25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，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：铝粉1％～4％，低碳锰铁粉3％～10％，镍粉20％～35％，铬粉10％～20％，钼铁粉5％～15％，钒铁粉1％～5％，氧化铈粉末1％～2％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，其特征在于，所述焊皮为低碳钢钢带，低碳钢钢带中磷的质量百分比不大于0.035％，硫的质量百分比不大于0.03％。
3.根据权利要求1所述的25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝中药芯粉末的填充量为20wt％～25wt％。
4.制备如权利要求1～3任一项所述的25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1、按质量百分比分别称取：铝粉1％～4％，低碳锰铁粉3％～10％，镍粉20％～35％，铬粉10％～20％，钼铁粉5％～15％，钒铁粉1％～5％，氧化铈粉末1％～2％，其余为铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2、将步骤1称取的铝粉、低碳锰铁粉、镍粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、氧化铈粉末和铁粉混合均匀，置于烘干炉中烘干，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，并采用成型机将焊皮闭合，得到药芯焊丝半成品，用丙酮擦拭干净焊皮，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；
步骤4、第一道拉拔工序完毕后，减小拉拔磨具孔径进行后序拉拔，直至药芯焊丝的直径为1.2mm～1.6mm；
步骤5、药芯焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝。
5.根据权利要求4所述的25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的烘干温度为200～300℃，烘干时间为2～3h。
6.根据权利要求4所述的25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的焊皮为低碳钢钢带，钢带宽度为7mm，厚度为0.4mm，钢带中磷的质量百分比不大于0.035％，硫的质量百分比不大于0.03％。
7.根据权利要求4所述的25Cr2Ni4MoV合金钢与G520不锈钢焊接用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中药芯焊丝中药芯粉末的填充量为20wt％～25wt％。
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