CN111774758A - Nm400工程机械用高强度耐磨钢板焊接配套药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接材料领域，具体是NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，包括低碳冷轧钢带制备的外皮和药芯，药芯含量为：中空笼状碳微球0.25％‑0.32％，纳米铍粉0.7％‑0.9％，纳米铜粉0.6％‑0.8％，纳米钛粉0.8％‑1.0％，纳米稀土3.2％‑3.6％，氟化锰粉3.8％‑4.6％，铬粉1.8％‑2.2％，钼粉1.6％‑1.8％，镍粉1.2％‑1.5％，FMW8雾化镁粉1.3％‑1.5％，FLPN20.0氮气雾化铝粉1.6％‑1.8％，余量为FHT100·25还原铁粉。本发明获得的熔敷金属强度和硬度高，断后伸长率和冲击吸收能量符合使用要求。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及NM400工程机械用高强度耐磨钢板焊接配套药芯焊丝。
背景技术
工程机械用高强度耐磨钢是经转炉或电炉冶炼后再进行炉外精炼得到的钢种，由此制备的钢板经过淬火加回火的热处理后，力学性能优异，广泛应用于矿山、建筑、电力机械等领域。将耐磨钢板应用在翻车斗、给料器、刮板机和抓斗等设备的多种工况条件时，必须进行焊接才能将耐磨钢板形成此类结构件。
本领域技术人员共知的常识是：焊接接头熔敷金属的抗拉强度一般不小于母材抗拉强度的70％，才能保证形成的结构件具有实际使用价值。对于工程机械用高强度耐磨钢板，其抗拉强度值和硬度值高，例如最常用的NM400牌号钢板的抗拉强度最小值为1200MPa(参见国家标准GB/T 24186－2009《工程机械用高强度耐磨钢板》中的表2)，则焊接接头熔敷金属的抗拉强度最小值应为840MPa，而且熔敷金属的耐磨性也要求较高，只有这样才能在使用过程中不会因焊缝的失效而造成整个结构件的报废。此种情况对焊接材料提出了极高的要求，由于其使用的特殊性，需要采用配套的专用焊接材料。为了达到使用目的，一般采用合金化优异的药芯焊丝进行焊接，目前尚未发现NM400工程机械用高强度耐磨钢板焊接配套药芯焊丝的相关文献报道。
因此，研制出NM400工程机械用高强度耐磨钢板焊接配套药芯焊丝，是本领域技术人员目前急待解决的问题。
发明内容
本发明提供NM400工程机械用高强度耐磨钢板焊接配套药芯焊丝，解决如下技术问题：熔敷金属具有高强度和较高的耐磨性，断后伸长率和冲击吸收能量符合使用要求。
本发明采用如下技术方案：
NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球0.25％-0.32％，纳米铍粉0.7％-0.9％，纳米铜粉0.6％-0.8％，纳米钛粉0.8％-1.0％，纳米稀土3.2％-3.6％，氟化锰粉3.8％-4.6％，铬粉1.8％-2.2％，钼粉1.6％-1.8％，镍粉1.2％-1.5％，FMW8雾化镁粉1.3％-1.5％，FLPN20.0氮气雾化铝粉1.6％-1.8％，余量为FHT100·25还原铁粉。
进一步的，所述中空笼状碳微球的外径为300nm-350nm，内径220nm-260nm，介孔直径25nm-40nm。
进一步的，所述纳米铍粉的粒径为60nm-80nm。
进一步的，所述纳米铜粉的粒径为60nm-80nm。
进一步的，所述纳米钛粉的粒径为60nm-80nm。
进一步的，所述纳米稀土的粒径为80nm-100nm。
进一步的，所述稀土为钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中的一种或几种。
进一步的，所述氟化锰粉、铬粉、钼粉、镍粉、FHT100·25还原铁粉的100目通过率为100％。
所述药芯的填充率为28％-32％。
所述外皮采用低碳冷轧钢带制备，钢带的厚度为0.8mm-1.6mm。
进一步的，所述低碳冷轧钢带的化学成分按质量百分比计为：碳0.0015％-0.003％，锰0.20％-0.32％，硅0.005％-0.01％，硫0-0.001％，磷0-0.001％，余量为铁；钢带的抗拉强度为380MPa-430MPa，断后伸长率不小于40％。
所述药芯焊丝直径为2.4mm-8.0mm，优选3.2mm-7.2mm。
一种如上所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢板焊接配套药芯焊丝，其制备步骤如下：
(1)选料：选择上述化学成分的原料进行质量纯度控制。
(2)药粉处理：将药粉放入敞口的石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度65℃±5℃，干燥时间1.5h-2.0h。
(3)筛粉：将氟化锰粉、铬粉、钼粉、镍粉、分别用100目筛网过筛，过筛后保存细粉，弃掉杂质。
(4)配粉和混粉：按比例称取过筛后的药粉加入到混粉机内进行搅拌混合，成混合药粉。
(5)钢带轧制及药粉封装：将低碳冷轧钢带放置在药芯焊丝成型机的放带装置上，通过成型机将低碳冷轧钢带制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤(4)得到的混合药粉，再通过成型机将U型槽碾压闭合形成O型，使药粉包裹其中，经拉丝机逐道拉拔减径，将其直径拉拔至2.4mm-8.0mm，得到药芯焊丝，盘成圆盘，密封包装。
本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明采用外径为纳米级的中空笼状碳微球作为碳源，纳米级的碳微球在金属熔体中比石墨等碳源更容易扩散，焊接时碳微球分布均匀，铍、铜、钛、锰、铬、钼、镍、镁、铝、铁等原子可以通过介孔进入空笼进而将空笼胀破，碳分布均匀，焊接熔池凝固时熔敷金属形成了大量细小均匀的针状铁素体与少量珠光体共存的混合组织，碳化物等第二相分布均匀，熔敷金属的强度和硬度高，断后伸长率和冲击吸收能量符合使用要求。
2、本发明采用多种合金化元素组合进行微合金化的作用机制，铍、铜、钛、稀土对铁素体有很好的固溶强化作用，中空笼状碳微球、铍粉、铜粉、钛粉和稀土五种组分协同作用，配以其他的必要组分，提高了熔敷金属的抗拉强度和硬度，断后伸长率和冲击吸收能量符合使用要求。
3、本发明中铍粉、铜粉、钛粉和稀土采用粒径为纳米级的颗粒，保证了具有高密度的短程扩散路径，在焊接熔池中更容易分散均匀，避免了部分区域的元素富集或缺失造成的合金化不均匀现象；而且纳米级颗粒还可以作为非自发形核的质点，有效细化了熔敷金属的显微组织，提高了熔敷金属的强度和硬度，断后伸长率和冲击吸收能量符合使用要求。
4、本发明熔敷金属的抗拉强度最小值为1025MPa，达到母材规定最小抗拉强度的85％，远大于行业公知的70％，显微硬度不小于435HV10(换算成布氏硬度为424HBW)，达到母材规定最小值的105％，具有较高的耐磨性，断后伸长率最小值为12.2％，达到母材规定最小值的122％，冲击吸收能量最小值为36.9J，达到母材规定最小值的153％，完全符合使用要求。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例和对比例只用于解释本发明，并非限定本发明的范围。
实施例1：
NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球0.25％，纳米铍粉0.7％，纳米铜粉0.6％，纳米钛粉0.8％，纳米稀土3.2％，氟化锰粉3.8％，铬粉1.8％，钼粉1.6％，镍粉1.2％，FMW8雾化镁粉1.3％，FLPN20.0氮气雾化铝粉1.6％，余量为FHT100·25还原铁粉。
中空笼状碳微球的外径为300nm-350nm，内径220nm-260nm，介孔直径25nm-40nm。
纳米铍粉的粒径为60nm-80nm。
纳米铜粉的粒径为60nm-80nm。
纳米钛粉的粒径为60nm-80nm。
纳米稀土的粒径为80nm-100nm。
氟化锰粉、铬粉、钼粉、镍粉、FHT100·25还原铁粉的100目通过率为100％。
药芯的填充率为32％。
外皮采用低碳冷轧钢带制备，钢带的厚度为0.8mm。
药芯焊丝直径为2.4mm。
如上所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢板焊接配套药芯焊丝，其制备步骤如下：
(1)选料：选择上述化学成分的原料进行质量纯度控制。
(2)药粉处理：将药粉放入敞口的石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度65℃±5℃，干燥时间1.5h-2.0h。
(3)筛粉：将氟化锰粉、铬粉、钼粉、镍粉、分别用100目筛网过筛，过筛后保存细粉，弃掉杂质。
(4)配粉和混粉：按比例称取过筛后的药粉加入到混粉机内进行搅拌混合，成混合药粉。
(5)钢带轧制及药粉封装：将低碳冷轧钢带放置在药芯焊丝成型机的放带装置上，通过成型机将低碳冷轧钢带制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤(4)得到的混合药粉，再通过成型机将U型槽碾压闭合形成O型，使药粉包裹其中，经拉丝机逐道拉拔减径，将其直径拉拔至2.4mm，得到药芯焊丝，盘成圆盘，密封包装。
实施例2：
NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球0.32％，纳米铍粉0.9％，纳米铜粉0.8％，纳米钛粉1.0％，纳米稀土3.6％，氟化锰粉4.6％，铬粉2.2％，钼粉1.8％，镍粉1.5％，FMW8雾化镁粉1.5％，FLPN20.0氮气雾化铝粉1.8％，余量为FHT100·25还原铁粉。
中空笼状碳微球的外径为300nm-350nm，内径220nm-260nm，介孔直径25nm-40nm。
纳米铍粉的粒径为60nm-80nm。
纳米铜粉的粒径为60nm-80nm。
纳米钛粉的粒径为60nm-80nm。
纳米稀土的粒径为80nm-100nm。
氟化锰粉、铬粉、钼粉、镍粉、FHT100·25还原铁粉的100目通过率为100％。
药芯的填充率为28％。
外皮采用低碳冷轧钢带制备，钢带的厚度为1.6mm。
药芯焊丝直径为8.0mm。
如上所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢板焊接配套药芯焊丝，其制备步骤如实施例1，经拉丝机逐道拉拔减径，将其直径拉拔至8.0mm。
实施例3：
NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球0.28％，纳米铍粉0.8％，纳米铜粉0.7％，纳米钛粉0.9％，纳米稀土3.4％，氟化锰粉4.2％，铬粉2.0％，钼粉1.7％，镍粉1.3％，FMW8雾化镁粉1.4％，FLPN20.0氮气雾化铝粉1.7％，余量为FHT100·25还原铁粉。
中空笼状碳微球的外径为300nm-350nm，内径220nm-260nm，介孔直径25nm-40nm。
纳米铍粉的粒径为60nm-80nm。
纳米铜粉的粒径为60nm-80nm。
纳米钛粉的粒径为60nm-80nm。
纳米稀土的粒径为80nm-100nm。
氟化锰粉、铬粉、钼粉、镍粉、FHT100·25还原铁粉的100目通过率为100％。
药芯的填充率为30％。
外皮采用低碳冷轧钢带制备，钢带的厚度为1.2mm。
如上所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢板焊接配套药芯焊丝，其制备步骤如实施例1，经拉丝机逐道拉拔减径，将其直径拉拔至5.0mm。
对比例1：
与实施例3基本相同，其区别在于将药芯化学成分中的中空笼状碳微球换成石墨。
对比例2：
与实施例3基本相同，其区别在于药芯化学成分中无纳米铍粉。
对比例3：
与实施例3基本相同，其区别在于药芯化学成分中无纳米铜粉。
对比例4：
与实施例3基本相同，其区别在于药芯化学成分中无纳米钛粉。
对比例5：
与实施例3基本相同，其区别在于药芯化学成分中无纳米稀土。
对比例6：
与实施例3基本相同，其区别在于将药芯化学成分中纳米铍粉、纳米铜粉、纳米钛粉、纳米稀土换成普通粒径的铍粉、铜粉、钛粉、稀土。
将实施例1、2、3和对比例1、2、3、4、5、6制备的药芯焊丝对NM400钢进行对接焊接，按GB/T 2652－2008《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》、GB/T 2650－2008《焊接接头冲击试验方法》、GB/T 27552－2011《焊接接头显微硬度试验》进行力学性能测试，结果如表1所示。
表1
注：抗拉强度、断后伸长率、冲击吸收能量、显微硬度保证值按母材的70％计算。
1)实施例1、2、3可以看出：采用本发明的技术方案制备的药芯焊丝，熔敷金属的抗拉强度和显微硬度高，断后伸长率、冲击吸收能量值符合使用要求。
2)从对比例1-6可以看出：药芯化学成分中碳源采用石墨、药芯中不填加纳米铍粉、药芯中不填加纳米铜粉、药芯中不填加纳米钛粉、药芯中不填加纳米稀土、药芯中铍粉、铜粉、钛粉、稀土为普通尺寸时，熔敷金属的抗拉强度、显微硬度低，断后伸长率、冲击吸收能量值不符合使用要求。
需要指出的是，本发明的创新核心在于给出了药芯的组合物成分及用量，并优化各组分用量的合理范围，并非其中一种物质的加入起到了关键作用，组合物的综合作用才是本发明的核心创造。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，包括外皮和药芯，所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球0.25％-0.32％，纳米铍粉0.7％-0.9％，纳米铜粉0.6％-0.8％，纳米钛粉0.8％-1.0％，纳米稀土3.2％-3.6％，氟化锰粉3.8％-4.6％，铬粉1.8％-2.2％，钼粉1.6％-1.8％，镍粉1.2％-1.5％，FMW8雾化镁粉1.3％-1.5％，FLPN20.0氮气雾化铝粉1.6％-1.8％，余量为FHT100·25还原铁粉。
2.根据权利要求1所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，所述中空笼状碳微球的外径为300nm-350nm，内径220nm-260nm，介孔直径25nm-40nm。
3.根据权利要求1所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，所述纳米铍粉的粒径为60nm-80nm。
4.根据权利要求1所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，所述纳米铜粉的粒径为60nm-80nm。
5.根据权利要求1所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，所述纳米钛粉的粒径为60nm-80nm。
6.根据权利要求1所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，所述纳米稀土的粒径为80nm-100nm，所述稀土为钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，所述氟化锰粉、铬粉、钼粉、镍粉、FHT100·25还原铁粉的100目通过率为100％。
8.根据权利要求1所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的填充率为28％-32％。
9.根据权利要求1所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，所述外皮采用低碳冷轧钢带制备，钢带的厚度为0.8mm-1.6mm。
10.根据权利要求1所述的NM400工程机械用高强度耐磨钢焊接配套药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝直径为2.4mm-8.0mm，优选3.2mm-7.2mm。
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