CN109664045B - 一种Cr12N钢自保护药芯焊丝 - Google Patents

一种Cr12N钢自保护药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种利用空气渗N的Cr12N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:25~35%的微碳铬铁,20~35%的铬粉,20~35%的金红石,1~5%的大理石,5~9%的氟化锂,1~3%的氮化铬铁,0.1~0.3%的微碳锰铁,0.5~2%的氟硅酸钾,0.1~0.5%的海藻酸钠,0.1~0.5%的铝镁合金,余量为铁粉,药芯粉末占焊丝总重的28‑33%。本发明提供的自保护药芯焊丝,无需外加保护气体,在焊接气氛中保持一定的氮分压,利用空气中的N为原料,部分渗N入熔敷金属,其熔敷金属可以获得与Cr12N钢匹配的成分及显微组织,N气孔敏感性低,高温屈服强度优良,可用于Cr12N钢的连接或修复再制造作业。

Description

一种Cr12N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Cr12N钢自保护药芯焊丝。
背景技术
由于氮元素易使钢中发生“蓝脆”,冶金界一般将其归为有害元素一类。直到20世纪初,人们逐渐发现氮的有益作用。作为一种廉价资源,氮元素逐渐受到国内外钢铁冶金工作者的青睐,先后推出了一系列高氮钢种。其中,Cr12N高氮钢是一种特殊的铁素体不锈钢,虽然氮在Fe-Cr铁素体中的溶解度较低,但是铁素体中低氮含量的存在,形成的细小氮化物也会使铁素体晶粒更加细化,并提高钢的韧性。氮和碳原子占据了面心立方体的八面体位置,使晶格膨胀。氮和碳相比,氮元素的固溶强化效果更加明显。并且氮元素还能起到强化细晶的作用。此外,氮还可以提高不锈钢的耐局部腐蚀性能,如晶间腐蚀、缝隙腐蚀、点腐等。
作为一种性能优良的高氮钢材料,应用前景十分广阔。然而,目前冶金工作者的研究仍主要集中在钢铁冶金领域。主要通过不断改进钢铁冶炼工艺,调整合金成分,获得性能更佳的Cr12N高氮钢。钢铁冶金中氮的加入是通过通氮气的方式实现的。但是Cr12N高氮钢配套焊丝的技术尚远不成熟,鲜见报道。考虑到自保护药芯焊丝直接在空气中实施焊接,能够与空气中的氮气直接接触和作用,具备一定的渗氮条件,本发明开发了一种Cr12N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,本发明提供一种利用空气渗N的Cr12N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Cr12N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,所述的药芯成分质量百分含量范围如下:25~35%的微碳铬铁,20~35%的铬粉,20~35%的金红石,1~5%的大理石,5~9%的氟化锂,1~3%的氮化铬铁,0.1~0.3%的微碳锰铁,0.5~2%的氟硅酸钾,0.1~0.5%的海藻酸钠,0.1~0.5%的铝镁合金,余量为铁粉,药芯粉末占焊丝总重的28-33%。
优选地,所述的微碳铬铁含碳量为0.1wt%,含铬量为63~75wt%,其余为铁;所述的微碳锰铁含碳量为0.04wt%,含锰量为80~85wt%,其余为铁;所述的氮化铬铁含氮量为10wt%,含铬量为60wt%,其余为铁;所述的铝镁合金含铝量为47~53wt%,其余为镁。
优选地,所述的低碳钢带H08A成分为C:0.1%,Mn:0.3~0.55%,Si:0.3%,S:≤0.03%,P:≤0.03%。
优选地,所述药芯中的微碳铬铁、铬粉、微碳锰铁、金红石、大理石、氟化锂、氮化铬铁、氟硅酸钾、海藻酸钠、铝镁合金及铁粉组分的粒径均等于100目。
优选地,所述低碳钢带厚度×宽度为0.6×14mm。
优选地,所述焊丝的直径为1.6mm和2.0mm中的任意一种。
优选地,所述的Cr12N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1.6或2.0mm,得到最终产品。
在上述药芯中各组分主要作用如下:
铬粉:过渡Cr元素,保证熔敷金属中Cr含量,同时增加N在铁素体中的溶解度,当铬粉的含量低于20%时,N的溶解度降低,产生N气孔,同时导致熔敷金属的抗高温屈服强度下降。Cr含量过高时,得不到理想的Cr12N钢组织。
微碳铬铁:过渡Cr元素。
微碳锰铁:形成锰蒸汽、脱氧以增强自保护效果。
金红石:形成熔渣。
大理石:造气,并形成熔渣。
氟化锂:形成熔渣,改善熔渣覆盖性,并且Li元素有稳弧作用,F元素可以有效降低熔敷金属H含量。
氮化铬铁:过渡N及Cr元素。
氟硅酸钾:一方面F降低熔敷金属中的H含量,另外一方面K有稳定电弧作用。并形成熔渣,改善熔渣致密度。
海藻酸钠:形成熔渣;稳弧。
铝镁合金:脱氧;促进氮的合金化。
铁粉:过渡Fe到熔敷金属中。
由上述技术方案和药芯中各组分的作用简述可以明了,本发明提供的自保护药芯焊丝,无需外加保护气体,在焊接气氛中存在一定的氮分压,利用空气中的N为原料,部分渗N入熔敷金属,并通过同时在药芯中添加金红石、大理石、氟化锂、氟硅酸钾、海藻酸钠、铝镁合金等组分,在空气中部分氮元素进入熔池的同时,形成酥松熔渣;加入微碳锰铁起脱氧作用、形成优良的自保护效果。同时加入微碳铬铁、铬粉、氮化铬铁、以获得合适的Cr含量和N含量,加入铝镁合金促进氮元素的合金化。
有益效果:通过该焊丝实施焊接,能获得与Cr12N钢匹配的成分及显微组织,N气孔敏感性低,高温屈服强度优良,适用于Cr12N钢的连接或修复再制造作业。具有良好的工艺性能,无气孔,无裂纹,焊道成形较好。施焊时无需外加保护气体,设备简单,便于现场在线修复作业。
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微碳铬铁含碳量为0.1wt%,含铬量为63~75wt%,其余为铁;所述的微碳锰铁含碳量为0.04wt%,含锰量为80~85wt%,其余为铁;所述的氮化铬铁含氮量为10wt%,含铬量为60wt%,其余为铁;所述的铝镁合金含铝量为47~53wt%,其余为镁。
实施例1
一种Cr12N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。钢带H08A成分为C:0.1%,Mn:0.3~0.55%,Si:0.3%,S:≤0.03%,P:≤0.03%。药芯成分按以下质量进行配制:35g的微碳铬铁,20g的铬粉,20g的金红石,5g的大理石,9g的氟化锂,1g的氮化铬铁,0.1g的微碳锰铁,2g的氟硅酸钾,0.1g的海藻酸钠,0.5g的铝镁合金,7.3g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33%。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、1.8mm、1.6mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为1.6mm的产品。焊接电流为280~340A,焊接电压为28~34V,焊接速度为0.4m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。堆焊层熔敷金属成分、气孔敏感性及高温屈服强度见表1。
实施例2
一种Cr12N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。钢带H08A成分为C:0.1%,Mn:0.3~0.55%,Si:0.3%,S:≤0.03%,P:≤0.03%。药芯成分按以下质量进行配制:25g的微碳铬铁,35g的铬粉,25g的金红石,1g的大理石,5g的氟化锂,3g的氮化铬铁,0.3g的微碳锰铁,0.5g的氟硅酸钾,0.5g的海藻酸钠,0.1g的铝镁合金,4.6g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280~340A,焊接电压为28~34V,焊接速度为0.4m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。堆焊层熔敷金属成分、气孔敏感性及高温屈服强度见表1。
实施例3
一种Cr12N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。钢带H08A成分为C:0.1%,Mn:0.3~0.55%,Si:0.3%,S:≤0.03%,P:≤0.03%。药芯成分按以下质量进行配制:26g的微碳铬铁,22g的铬粉,35g的金红石,2g的大理石,6g的氟化锂,2g的氮化铬铁,0.2g的微碳锰铁,1g的氟硅酸钾,0.2g的海藻酸钠,0.2g的铝镁合金,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28%。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、1.8mm、1.6mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为1.6mm的产品。焊接电流为280~340A,焊接电压为28~34V,焊接速度为0.4m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。堆焊层熔敷金属成分、气孔敏感性及高温屈服强度见表1。
对比例1
一种Cr12N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。钢带H08A成分为C:0.1%,Mn:0.3~0.55%,Si:0.3%,S:≤0.03%,P:≤0.03%。药芯成分按以下质量进行配制:30g的微碳铬铁,10g的铬粉,35g的金红石,1g的大理石,9g的氟化锂,1g的氮化铬铁,0.2g的微碳锰铁,2g的氟硅酸钾,0.1g的海藻酸钠,0.3g的铝镁合金,11.4g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29%。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、1.8mm、1.6mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为1.6mm的产品。焊接电流为280~340A,焊接电压为28~34V,焊接速度为0.4m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。堆焊层熔敷金属成分、气孔敏感性及高温屈服强度见表1。
对比例2
一种Cr12N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。钢带H08A成分为C:0.1%,Mn:0.3~0.55%,Si:0.3%,S:≤0.03%,P:≤0.03%。药芯成分按以下质量进行配制:30g的微碳铬铁,10g的铬粉,35g的金红石,1g的大理石,9g的氟化锂,1g的氮化铬铁,0.2g的微碳锰铁,2g的氟硅酸钾,0.1g的海藻酸钠,0.3g的铝镁合金,11.4g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29%。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、1.8mm、1.6mm的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为1.6mm的产品。焊接电流为280~340A,焊接电压为28~34V,焊接速度为0.4m/min,层间温度控制在150~250℃,堆焊3层。堆焊层熔敷金属成分、气孔敏感性及高温屈服强度见表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。
表1各实施例堆焊金属化学成分
Figure BDA0001726643800000061

Claims (7)

1.一种利用空气渗N的Cr12N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,所述的药芯包含如下质量百分比的组分:25~35%的微碳铬铁、20~35%的铬粉、20~35%的金红石、1~5%的大理石、5~9%的氟化锂、1~3%的氮化铬铁、0.1~0.3%的微碳锰铁、0.5~2%的氟硅酸钾、0.1~0.5%的海藻酸钠、0.1~0.5%的铝镁合金,余量为铁粉,药芯粉末占焊丝总重的28-33%。
2.根据权利要求1所述的Cr12N钢自保护药芯焊丝,其特征在于,所述的低碳钢带为H08A,其成分为C:0.1%,Mn:0.3~0.55%,Si:0.3%,S:≤0.03%,P:≤0.03%,余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的Cr12N钢自保护药芯焊丝,其特征在于,所述的微碳铬铁含碳量为0.1wt%,含铬量为63~75wt%,其余为铁;所述的微碳锰铁含碳量为0.04wt%,含锰量为80~85wt%,其余为铁;所述的氮化铬铁含氮量为10wt%,含铬量为60wt%,其余为铁;所述的铝镁合金含铝量为47~53wt%,其余为镁。
4.根据权利要求1所述的Cr12N钢自保护药芯焊丝,其特征在于,所述药芯中的微碳铬铁、铬粉、微碳锰铁、金红石、大理石、氟化锂、氮化铬铁、氟硅酸钾、海藻酸钠、铝镁合金及铁粉组分的粒径均大于或等于100目。
5.根据权利要求1所述的Cr12N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。
6.根据权利要求1所述的Cr12N钢自保护药芯焊丝,其特征在于,所述焊丝的直径为1.6mm和2mm中的任意一种。
7.权利要求1所述的Cr12N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28-33%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1.6或2.0mm,得到最终产品。
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Application publication date: 20190423

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 self protective flux cored wire for cr12n steel

Granted publication date: 20210226

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