CN109530958B - 一种低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝,以低碳钢带为外皮,药芯成分按质量百分比为:65~85%的锰粉,4~8%的铬粉,3~6%的氟化锂,1.5~4%的硅铁,1~4%的钛白粉,0.5~4%的石墨,1~2%的氟硅酸钾,0.1~2%的海藻酸钠,0.1~1%的白泥,0.1~1%的金云母,余量为铁粉。本发明提供的焊丝,可以获得均匀的奥氏体高锰钢显微组织,具有优良的耐冲击磨损性能,可用于高锰钢部件的连接或修复再制造。

Description

一种低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝
技术领域
本发明属于材料加工工程中的焊接领域,具体地涉及一种低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝。
背景技术
奥氏体高锰钢在受到冲击载荷后会发生表面加工硬化,呈现表硬里韧的特性,具备良好的耐冲击磨损性能,被广泛应用于冶金工具、挖掘机铲齿、坦克履带等耐磨部件上。为了进一步降低成本、延长这些易损件的服役寿命,常常采用堆焊的方法在磨损表面堆敷一层耐磨材料。目前企业普遍采用较为成熟的高锰钢焊条来实施堆焊修复工作。为了进一步提高修复效率,本发明开发了一种低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝。
发明内容
发明目的:为解决现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝及其制备方法。
技术内容:为实现上述技术目的,本发明提出一种低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝,包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,所述药芯包含如下质量百分比的组分:65~85%的锰粉,4~8%的铬粉,3~6%的氟化锂,1.5~4%的硅铁,1~4%的钛白粉,0.5~4%的石墨,1~2%的氟硅酸钾,0.1~2%的海藻酸钠,0.1~1%的白泥,0.1~1%的金云母,余量为铁粉,药芯粉末占焊丝总重的26-32%。
优选地,所述,所述的硅铁含硅量为72~80wt%,其余为铁。
优选地,所述药芯中的锰粉、铬粉、氟化锂、硅铁、钛白粉、石墨、氟硅酸钾、海藻酸钠、白泥、金云母和铁粉组分的粒径均为100~150目。
优选地,所述低碳钢带厚度×宽度为0.6×14mm或0.5×12mm。
优选地,所述焊丝的直径为2mm和2.4mm中的任意一种。
本发明的低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝熔敷金属为均匀的奥氏体微观组织。
本发明进一步提出了上述低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成U形,然后通过送粉装置将药芯粉末按焊丝总重的26-32%加入到U形槽中;
(2)将U形槽合口,使药芯包裹其中,通过拉丝模,逐道拉拔、减径,最后使其直径达到2.0或2.4mm,得到最终产品。
在上述药芯中各组分主要作用如下:
氟化锂:一方面降低熔敷金属中的H含量,另外一方面Li有稳定电弧作用。并与钛白粉、氟硅酸钾、海藻酸钠、白泥、金云母形成复合薄层熔渣,并调整熔渣物化性能改善脱渣性。氟化锂的合适含量范围为3~6%,在本焊丝中,当氟化锂的含量小于3%时,会产生氢气孔;当氟化锂的含量大于6%时,脱渣性不良。
锰粉:过渡合金元素Mn形成奥氏体高锰钢,同时起到部分脱氧、造蒸气作用。
铬粉:向熔敷金属中过渡合金元素Cr,强化奥氏体高锰钢金属。
硅铁:脱氧并过渡合金元素Si。
钛白粉:改善熔池流动性,优化熔渣物化性能,并与氟化锂、氟硅酸钾、海藻酸钠、白泥、金云母形成复合薄层熔渣。
石墨:脱氧形成CO,并降低焊接气氛中的氧分压和氮分压,并向熔敷金属中过渡C元素。
氟硅酸钾:降低熔敷金属中的H含量,此外,K可以改善电弧稳定性,并与氟化锂、钛白粉、海藻酸钠、白泥、金云母形成复合薄层熔渣。
海藻酸钠:造气,有先期脱氧作用,此外,Na可以改善电弧稳定性,并与氟化锂、钛白粉、氟硅酸钾、白泥、金云母形成复合薄层熔渣。
白泥:调整熔渣成分、熔点及物化性能,并与氟化锂、钛白粉、氟硅酸钾、海藻酸钠、金云母形成复合薄层熔渣,增强熔渣覆盖性。
金云母:与氟化锂、钛白粉、氟硅酸钾、海藻酸钠形成复合薄层熔渣,调整熔渣熔点,增加熔渣密度,改善脱渣性。
铁粉:过渡Fe到熔敷金属中。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)通过该焊丝实施焊接,能够获得均匀的奥氏体组织,获得奥氏体高锰钢熔敷金属,具有优异的耐冲击磨损性能;
(2)具有良好的工艺性能,无气孔,无裂纹,焊道熔渣覆盖性好,脱渣性佳;
(3)本焊丝无需外加保护气体,设备简单,便于现场在线修复;
(4)焊丝中未添加Ni等贵重元素,制造成本低廉,大大降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例焊丝焊接熔敷金属的奥氏体微观组织示意图。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本发明。然而,实施例所描述的具体的药芯组分配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。其中,下列各实施例中所使用的硅铁含硅量为72~80wt%,其余为铁。
实施例1
一种低成本高锰钢自保护药芯焊丝,包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:65g的锰粉,8g的铬粉,6g的氟化锂,3g的硅铁,4g的钛白粉,4g的石墨,2g的氟硅酸钾,2g的海藻酸钠,0.5g的白泥,0.1g的金云母,5.4g的铁粉。所有粉末过100目筛。将所取各种粉末置入混粉机内,混合30分钟,然后把混合粉末加入U形的14×0.6mm的H08A碳钢钢带槽中,填充率为26%。再将U形槽合口,使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm、2.55mm、2.4mm、2.2mm、2mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为2mm的产品。焊接电流为260~320A,焊接电压为28~32V,焊接速度为0.35m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。气孔发生率、熔渣覆盖率、脱渣率、金相组织及堆焊层耐磨性见表1。
实施例2
一种低成本高锰钢自保护药芯焊丝,包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:70g的锰粉,6g的铬粉,5g的氟化锂,4g的硅铁,3g的钛白粉,2g的石墨,0.5g的氟硅酸钾,1g的海藻酸钠,0.5g的白泥,1g的金云母,7g的铁粉。所有粉末过100目筛。将所取各种粉末置入混粉机内,混合30分钟,然后把混合粉末加入U形的14×0.6mm的H08A碳钢钢带槽中,填充率为27%。再将U形槽合口,使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm、2.55mm、2.4mm、2.2mm、2mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为2mm的产品。焊接电流为260~320A,焊接电压为28~32V,焊接速度为0.35m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。气孔发生率、熔渣覆盖率、脱渣率、金相组织及堆焊层耐磨性见表1。
实施例3
一种低成本高锰钢自保护药芯焊丝,包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:80g的锰粉,6g的铬粉,3g的氟化锂,2g的硅铁,2g的钛白粉,0.5g的石墨,1.5g的氟硅酸钾,0.1g的海藻酸钠,1g的白泥,0.6g的金云母,3.3g的铁粉。所有粉末过100目筛。将所取各种粉末置入混粉机内,混合30分钟,然后把混合粉末加入U形的14×0.6mm的H08A碳钢钢带槽中,填充率为30%。再将U形槽合口,使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm、2.55mm、2.4mm、2.2mm、2mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为2mm的产品。焊接电流为260~320A,焊接电压为28~32V,焊接速度为0.35m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。气孔发生率、熔渣覆盖率、脱渣率、金相组织及堆焊层耐磨性见表1。
实施例4
一种低成本高锰钢自保护药芯焊丝,包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:85g的锰粉,4g的铬粉,4g的氟化锂,1.5g的硅铁,1g的钛白粉,1g的石墨,1g的氟硅酸钾,0.5g的海藻酸钠,0.1g的白泥,0.5g的金云母,1.4g的铁粉。所有粉末过100目筛。将所取各种粉末置入混粉机内,混合30分钟,然后把混合粉末加入U形的14×0.6mm的H08A碳钢钢带槽中,填充率为32%。再将U形槽合口,使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm、2.55mm、2.4mm、2.2mm、2mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为2mm的产品。焊接电流为260~320A,焊接电压为28~32V,焊接速度为0.35m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。气孔发生率、熔渣覆盖率、脱渣率、金相组织及堆焊层耐磨性见表1。
对比例1
一种低成本高锰钢自保护药芯焊丝,包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:85g的锰粉,6g的铬粉,1g的氟化锂,2g的硅铁,3g的钛白粉,1g的石墨,1.5g的氟硅酸钾,0.1g的海藻酸钠,0.5g的白泥,0.5g的金云母,1.4g的铁粉。所有粉末过100目筛。将所取各种粉末置入混粉机内,混合30分钟,然后把混合粉末加入U形的14×0.6mm的H08A碳钢钢带槽中,填充率为32%。再将U形槽合口,使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm、2.55mm、2.4mm、2.2mm、2mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为2mm的产品。焊接电流为260~320A,焊接电压为28~32V,焊接速度为0.35m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。气孔发生率、熔渣覆盖率、脱渣率、金相组织及堆焊层耐磨性见表1。
对比例2
一种低成本高锰钢自保护药芯焊丝,包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,药芯成分按以下质量进行配制:80g的锰粉,5g的铬粉,8g的氟化锂,1.5g的硅铁,1g的钛白粉,2g的石墨,2g的氟硅酸钾,1g的海藻酸钠,0.5g的白泥,0.5g的金云母,1.4g的铁粉。所有粉末过100目筛。将所取各种粉末置入混粉机内,混合30分钟,然后把混合粉末加入U形的14×0.6mm的H08A碳钢钢带槽中,填充率为32%。再将U形槽合口,使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm、2.55mm、2.4mm、2.2mm、2mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为2mm的产品。焊接电流为260~320A,焊接电压为28~32V,焊接速度为0.35m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。气孔发生率、熔渣覆盖率、脱渣率、金相组织及堆焊层耐磨性见表1。
表1中:
气孔敏感性试验:在200mm×80mm×20mm的试板上进行平板焊接,冷却3~5分钟后用铁锤敲掉熔渣,观察并记录焊缝表面上的气孔数目以为表面气孔。利用砂轮机对焊缝逐层打磨,观察并记录焊缝皮下气孔的数量,以为内部气孔。根据试验过程中记录到的气孔数量的多少,评价不同试样焊缝金属的气孔敏感性。
裂纹试验:在200mm×80mm×20mm的试板上进行平板焊接,焊后空冷至室温、敲渣,并利用着色探伤技术显示焊道上的裂纹,记录其总长度。
熔渣覆盖率测量方法:在200mm×80mm×20mm的试板上进行平板焊接,焊缝一次成型,长约为150mm,焊后空冷。不敲渣状态下,摄照并用于计算机图像软件分析,以熔渣覆盖面积占焊缝表面总面积比来评价熔渣覆盖率。
脱渣性的评定参照1989年全国焊条评定比赛中有关脱渣性的规定。使用与覆盖性相同试板。脱渣率按下式计算:
Figure BDA0001726639400000061
式中,D——脱渣率(%);
L——焊道总长度(mm);
L0——未脱渣长度(mm);
L1——严重粘渣长度(mm);
L2——轻微粘渣长度(mm)。
金相实验:采用在Neophot 21型显微镜上分析观察堆焊金属显微组织。
磨损实验:采用MLS-225型湿式橡胶轮磨损试验机。将每个实施例的堆焊层切五个尺寸为57×25×6mm磨损试样。磨损实验参数如下:橡胶轮直径:178mm,橡胶轮转速:240转/分,橡胶轮硬度:70(邵尔硬度),载荷:10Kg,橡胶轮转数:预磨1000转,正式试验转1000转,磨料:40~70目的石英砂。堆焊金属的耐磨性能以正式磨损的失重量来衡量。在每次实验前、后将试样置入盛有丙酮溶液的烧杯中,在超声波清洗仪中清洗3~5分钟,待干后称重记录。实验用Mn13高锰钢作为对比样,对比件失重量与测量件失重量之比作为堆焊样的相对耐磨性ε。
表1 各实施例堆焊金属硬度与耐磨性
Figure BDA0001726639400000062

Claims (6)

1.一种低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝,包括低碳钢带和药芯,药芯填充于钢带中,其特征在于,所述药芯包含如下质量百分比的组分:65~85%的锰粉、4~8%的铬粉、3~6%的氟化锂、1.5~4%的硅铁,1~4%的钛白粉、0.5~4%的石墨、1~2%的氟硅酸钾、0.1~2%的海藻酸钠,0.1~1%的白泥和0.1~1%的金云母,余量为铁粉,药芯粉末占焊丝总重的26-32%。
2.根据权利要求1所述的低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝,其特征在于,所述的硅铁含硅量为72~80wt%,其余为铁。
3.根据权利要求1所述的低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝,其特征在于,所述药芯中的锰粉、铬粉、氟化锂、硅铁、钛白粉、石墨、氟硅酸钾、海藻酸钠、白泥、金云母和铁粉组分的粒径均为100~150目。
4.根据权利要求1所述的低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝,其特征在于,所述低碳钢带厚度×宽度为0.6×14mm或0.5×12mm。
5.根据权利要求1所述的低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝,其特征在于,所述焊丝的直径为2mm和2.4mm中的任意一种。
6.权利要求1所述的低成本奥氏体高锰钢自保护药芯焊丝的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成U形,然后通过送粉装置将药芯粉末按焊丝总重的26-32%加入到U形槽中;
(2)将U形槽合口,使药芯包裹其中,通过拉丝模,逐道拉拔、减径,最后使其直径达到2.0或2.4mm,得到最终产品。
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Application publication date: 20190329

Assignee: Center for technology transfer Jiangsu University of Science and Technology

Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980006173

Denomination of invention: A low cost austenitic high manganese steel self protective flux cored wire

Granted publication date: 20210126

License type: Common License

Record date: 20210714

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Assignee: Center for technology transfer Jiangsu University of Science and Technology

Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980006173

Date of cancellation: 20210826

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