CN109317861A

CN109317861A - 25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝及制备方法

Info

Publication number: CN109317861A
Application number: CN201811338720.3A
Authority: CN
Inventors: 李继红; 董玉凡; 程康康; 李洁; 贾芳; 许帅; 仝雄伟
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2019-02-12

Abstract

本发明公开了25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝，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：硅铁粉1.0％‑4.0％，锰铁粉6.0％‑10.0％，镍粉6.0％‑15.0％，铬粉6％～9％，钼铁粉3％～10％，钒铁粉1％～5％，碳酸钙6％‑15％，碳酸锂5％‑10％，金红石粉5％‑15％，锆英砂粉5％‑10％，其余为铁粉，以上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；本发明还开了其制备方法，该方法简单，操作方便，适用于自动焊机，具有较高的生产效率。

Description

25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝及制备方法

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25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。

背景技术

25CrNiMoV为低碳合金结构钢，含有沉淀强化元素Cr、Ni、Mo和V，具有高强度、高韧性及低的韧脆转变温度等优点。工业应用中，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，如中、小型汽车、拖拉机的发动机和传动系统的齿轮，以及汽轮机主轴、叶轮，一般也可用于制造汽轮机高中压转子(一般均用低碳或中碳Cr、Mo、V钢制造)，有时也用来制造心部性能要求较高的渗碳零件，如石油钻探和冶金采矿用的牙轮钻头的牙爪和牙轮体。

25CrNiMoV低碳合金钢的主要化学成分为：碳0.22％～0.28％，锰≤0.70％，硅≤0.30％，铬1.00％～1.50％，镍1.00％～1.50％，钼0.25％～0.45％，钒0.05％～0.15％，硫≤0.02％，磷≤0.02％。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。25CrNiMoV正火后的组织为铁素体加珠光体，合金元素含量较少，总量在5％以下，为低合金耐热钢。在其使用温度范围内有足够的高温强度，抗氧化腐蚀性能和良好的组织性质稳定性，这类钢还具有良好的抗硫和氢腐蚀的能力，并且工艺性能良好，价格低廉，在石油、化工、电力和其他工业部门得到了广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝，焊接后能够得到低合金钢焊缝组织，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25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：硅铁粉1.0％-4.0％，锰铁粉6.0％-10.0％，镍粉6.0％-15.0％，铬粉6％～9％，钼铁粉3％～10％，钒铁粉1％～5％，碳酸钙6％-15％，碳酸锂5％-10％，金红石粉5％-15％，锆英砂粉5％-10％，其余为铁粉，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填充率为20wt％-25wt％。

本发明所采用的另一个技术方案是，25CrNiMoV气渣联合保护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：硅铁粉1％-4.0％，锰铁粉6.0％-10.0％，镍粉6.0％-15.0％，铬粉6％～9％，钼铁粉3％～10％，钒铁粉1％～5％，碳酸钙6％-15％，碳酸锂5％-10％，金红石粉5％-15％，锆英砂粉5％-10％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的所有硅铁粉，锰铁粉，镍粉，铬粉，钼铁粉，钒铁粉，碳酸钙，碳酸锂，金红石粉，锆英砂粉及铁粉混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为200-300℃，烘干时间为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低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，第一道拉拔磨具孔径为2.0mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，减小拉拔磨具孔径至成型；

步骤5：经步骤4焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布擦拭焊丝上的油污，得到25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝。

本发明的特点还在于，

步骤3中，低碳钢钢带宽度为7mm，厚度为0.4mm。

步骤3中，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；

(2)本发明药芯焊丝与不锈钢焊条、实心焊丝相比，具有焊接飞溅少、焊接烟尘少、形成的焊缝表面光洁，无气孔无夹渣，焊后无需清理，可连续施焊的优点；

(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25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：硅铁粉1％-4.0％，锰铁粉6.0％-10.0％，镍粉6.0％-15.0％，铬粉6％～9％，钼铁粉3％～10％，钒铁粉1％～5％，碳酸钙6％-15％，碳酸锂5％-10％，金红石粉5％-15％，锆英砂粉5％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；焊皮为低碳钢钢带，钢带主要化学成分为：碳0.1％～0.3％，锰1％～1.6％，硅≤0.55％，铌0.015％～0.06％，钒0.02％～0.15％，钛0.02％～0.2％，磷≤0.035％，硫≤0.03％。该焊丝中药芯粉末的的填充量为20％-25％。

该焊丝中各组分的作用和功能如下：

硅铁在焊接过程中脱氧，在焊缝中可排除焊缝中的氧，增加强度和硬度，还可以提高钢的耐酸、耐热性能及电阻率；Si脱氧能力比Mn强，是主要的脱氧剂，能消除FeO夹杂对钢的不良影响。Si能与FeO作用而形成SiO₂，然后进入炉渣而被排除。Si除了形成SiO₂作为杂质存在于钢中以外，在室温下Si大部分溶于铁素体中，因此Si对钢有强化作用；

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；药芯中的锰还有一定的脱氧脱硫作用，能够与锰结合生成氧化锰，并且还能够与硫反应生成稳定的硫化锰，以此来减少焊缝中低熔点相硫化铁的生成，提高了焊缝金属的抗热裂纹能力；

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；

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；

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；

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；

碳酸钙，碳酸锂具有造气的作用，在焊接时的高温下会分解放出CO₂气体，可以隔绝空气，防止气孔的产生，对熔池起到保护作用；

金红石，可以使焊丝药芯在焊接熔化的过程中实现“短渣”的特性，对焊缝熔态金属的铺展十分有利，还可以起到稳定电弧的作用，适量的金红石不仅稳弧，而且减少焊接飞溅，还能促进熔池金属的铺展，使焊缝成型良好以减少焊缝中气孔的形成；

锆英砂的主要作用是改善脱渣性能。锆英砂的主要成分是ZrO₂和SiO₂，其中ZrO₂是造渣的主要成分，同时可以调整渣的物理性能，改善脱渣性。如果配比含量太少起不到改善脱渣性的作用，配比含量过大时，在焊接过程中会有大颗粒金属液滴爆出，会产生较大的飞溅，而且熔池还会变得过大，不利于全位置焊接；

铌，Nb是形成强碳化物的元素，高温下铌可以与碳形成稳定的碳化铌，提高钢的耐蚀性。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，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。

25CrNiMoV气渣联合保护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硅铁粉1％-4.0％，锰铁粉6.0％-10.0％，镍粉6.0％-15.0％，铬粉6％～9％，钼铁粉3％～10％，钒铁粉1％～5％，碳酸钙6％-15％，碳酸锂5％-10％，金红石粉5％-15％，锆英砂粉5％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的硅铁粉，锰铁粉，镍粉，铬粉，钼铁粉，钒铁粉，碳酸钙，碳酸锂，金红石粉，锆英砂粉及铁粉混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为200-300℃，烘干时间为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低碳钢钢带内，钢带宽度为7mm，厚度0.4mm，焊丝中药芯粉末的的填充量为20％-25％，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，减小拉拔磨具孔径至成型；

步骤5：经步骤4焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布擦拭焊丝上的油污，最终经拉丝机把焊丝拉直、盘成圆盘、密封包装，得到25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝。

焊接25CrNiMoV低碳合金钢的方法，以熔化极气体保护焊(GMAW)进行焊接，焊接电流为180-210A，电压为18-22V，保护气体为CO₂、Ar或Ar20％-CO₂80％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硅铁粉30g，锰铁粉75g，镍粉130g，铬粉75g，钼铁粉50g，钒铁粉10g，碳酸钙70g，碳酸锂80g，金红石粉80g，锆英砂粉80g，铁粉320g；

步骤3：将宽度为7mm、厚度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；

步骤4：将步骤3得到的药芯粉末放入U型槽中，药芯粉末的填充率控制在20％-25％，然后用成型机使低碳钢钢带U型槽碾压闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm，第一道工序拉拔完毕后，减小拉拔磨具孔径至直径为1.2mm，用蘸有丙酮的棉布擦拭焊丝上的油污，最终经拉丝机把焊丝拉直、盘成圆盘、密封包装，得到25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝。

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830Mpa，屈服极限为693Mpa，断面收缩率65％，冲击功为70J，性能符合25CrNiMoV低碳合金钢焊接的使用要求。

实施例2

步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉40g，锰铁粉60g，镍粉150g，铬粉65g，钼铁粉80g，钒铁粉50g，碳酸钙150g，碳酸锂100g，金红石粉50g，锆英砂粉50g，铁粉205g；

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890Mpa，屈服极限为719Mpa，断面收缩率76％，冲击功为75J，性能符合25CrNiMoV低碳合金钢焊接的使用要求。

实施例3

步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉20g，锰铁粉70g，镍粉110g，铬粉80g，钼铁粉50g，钒铁粉20g，碳酸钙110g，碳酸钙90g，金红石粉70g，锆英砂粉60g，铁粉320g；

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820Mpa，屈服极限为663Mpa，断面收缩率65％，冲击功为68J，性能符合25CrNiMoV低碳合金钢焊接的使用要求。

实施例4

步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉20g，锰铁粉80g，镍粉60g，铬粉70g，钼铁粉100g，钒铁粉40g，碳酸钙70g，碳酸锂60g，金红石粉50g，锆英砂粉50g，铁粉400g；

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838Mpa，屈服极限为679Mpa，断面收缩率60％，冲击功为73J，性能符合25CrNiMoV低碳合金钢焊接的使用要求。

实施例5

步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉30g，锰铁粉60g，镍粉140g，铬粉90g，钼铁粉50g，钒铁粉10g，碳酸钙130g，碳酸锂90g，金红石粉80g，锆英砂粉80g，铁粉240g；

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830Mpa，屈服极限为693Mpa，断面收缩率65％，冲击功为70J，性能符合25CrNiMoV低碳合金钢焊接的使用要求。

Claims

1.25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝，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：硅铁粉1.0％-4.0％，锰铁粉6.0％-10.0％，镍粉6.0％-15.0％，铬粉6％～9％，钼铁粉3％～10％，钒铁粉1％～5％，碳酸钙6％-15％，碳酸锂5％-10％，金红石粉5％-15％，锆英砂粉5％-10％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝，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25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝中药芯粉末的填充率为20wt％-25wt％。

4.25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

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，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，减小拉拔磨具孔径至成型；

5.根据权利要求4所述的25CrNiMoV气渣联合保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤3中，低碳钢钢带宽度为7mm，厚度为0.4mm。

6.根据权利要求4所述的25CrNiMoV气渣联合保护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量为20wt％-25wt％。