本发明涉及碱性药芯焊丝
技术领域：
，尤其涉及一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝及制备方法。
背景技术：
：随着工业的发展，工业生产过程中各类机械设备和零件对焊接材料的耐磨性提出了更高的要求，现有的耐磨性焊丝多采用高铬铁系列，高铬铁系列的耐耐磨性主要依赖碳化物的种类、分布和面积化，整体的硬度查，无法满足高耐磨的要求；而一般满足高耐磨性能的焊丝价格高，增加了工业成本。药芯焊丝是近年来发展起来的新型焊接材料，根据药芯成分不同，分布碱性药芯焊丝、中性药芯焊丝和酸性药芯焊丝。与中性和酸性药芯焊丝相比，碱性药芯焊丝具有低氢、高韧性、耐磨和优异的力学性能，在造船、机械、石化、冶金、军工、钢结构制造和工程建设中广泛应用。但是碱性药芯焊丝工艺性能较差，在焊接过程中容易发生滞熔，产生飞溅，电弧的稳定性不佳的问题。因此，探索一种耐磨、焊接性能优良的碱性药芯焊丝，已经成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。技术实现要素：本发明提出了一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝及制备方法，焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，保证碱性药芯焊丝耐磨性，同时改善了药芯焊丝焊接工艺性能，满足了实际应用对碱性焊丝的性能要求。本发明提出的一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯组分按重量百分比包括：氧化钙10～20％，石墨3～8％，碱金属碳酸盐7～13％，镍4～7％，锰3～6％,金红石6～8％，铝镁合金5～9％，铌0.083～0.11％，铬铁2～3％，石英3～5％，氮0.01～0.03％，锆0.2～2％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，由下式规定的K值为0.013～0.032；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示铝镁合金折合成铝含量在药芯组分中的重量百分比,[Ti]表示金红石折合成钛含量在药芯组分中的重量百分比，[Nb]表示铌含量在药芯组分中的重量百分比，[N]表示氮含量在药芯组分中的重量百分比。优选地，氧化钙的含量可以为10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％，石墨的含量可以为3％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％、5％、5.2％、5.5％、5.7％、6％、6.2％、6.5％、6.8％、7％、7.2％、7.5％、7.8％、8％，碱金属碳酸盐的含量可以为7％、7.2％、7.5％、7.8％、8％、8.2％、8.5％、8.8％、9％、9.2％、9.5％、9.8％、10％、10.2％、10.5％、10.8％、11％、11.2％、11.5％、11.8％、12％、12.3％、12.5％、12.8％、13％，镍的含量可以为4％、4.2％、4.4％、4.5％、4.6％、4.8％、5％、5.2％、5.3％、5.5％、5.6％、5.8％、6％、6.1％、6.3％、6.5％、6.7％、6.8％、7％，锰的含量可以为3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％、5％、5.2％、5.5％、5.8％、6％，金红石的含量可以为6％、6.2％、6.4％、6.5％、6.6％、6.8％、7％、7.1％、7.3％、7.5％、7.6％、7.8％、8％，镁铝合金的含量可以为5％、5.2％、5.4％、5.5％、5.6％、6％、6.2％、6.4％、6.5％、6.6％、6.8％、7％、7.2％、7.4％、7.6％、7.8％、8％、8.2％、8.4％、8.6％、8.8％、9％，铌的含量可以为0.083％、0.084％、0.085％、0.086％、0.087％、0.088％、0.089％、0.090％、0.091％、0.092％、0.093％、0.094％、0.095％、0.096％、0.097％、0.098％、0.099％、0.10％、0.11％，铬铁的含量可以为2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％，石英的含量可以为3％、3.2％、3.4.％、3.5％、3.6％、3.7％、3.9％、4.％、4.1％、4.3.％、4.5％、4.6％、4.8％、5％，氮的含量可以为0.01％、0.011％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.018％、0.020％、0.022％、0.024％、0.025％、0.026％、0.028％、0.03％，锆的含量可以为0.2％、0.5％、0.7％、0.9％、1％、1.1％、1.3％、1.5％、1.6％、1.8％、1.9％、2％。优选地，K值可以为0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、0.019、0.020、0.021、0.022、0.023、0.024、0.025、0.026、0.027、0.028、0.029、0.030、0.031、0.032。优选地，碱金属碳酸盐包括碳酸锂、碳酸钾、碳酸钠中的一种或两种以上混合物。优选地，碱金属碳酸盐包括碳酸锂、碳酸钾和碳酸钠。优选地，碳酸锂、碳酸钾、碳酸钠重量配比为7～9：3～5：2～4。优选地，碳酸锂、碳酸钾、碳酸钠重量配比为8：4：3。优选地，药芯占药芯焊丝重量百分数为20-25％。优选地，药芯组分按重量百分比包括：氧化钙15％，石墨5％，碱金属碳酸盐10％，镍6％，锰4.5％,金红石7％，镁铝合金8％，铌0.095％，铬铁2.5％，石英4％，氮0.02％，锆1.0％，余量为铁和不可避免的杂质；一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：S1：按配比称取药芯中氧化钙、石墨和碱金属碳酸盐，混合均匀，球磨，干燥得到混合物料；S2：按配比称取药芯中剩余原料，与S1得到的混合物料混合均匀，球磨，过筛得到药芯粉；S3：将低碳钢带进行表明清洗，干燥，卷成U型形成U型低碳钢带，将药芯粉加入U型低碳钢带内，将U型低碳钢带卷成O型形成O型低碳钢带；S4：将S3得到的O型低碳钢带拉拔成丝材，将拉好的丝材轧制后进行二次拉拔，得到焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝。优选地，S1球磨时间为30-60min。优选地，S1球磨后混合物料粒径小于200目。优选地，在S1中，干燥温度为150℃，干燥时间为10-20min。优选地，S2球磨时间为1-1.5h。优选地，S2球磨后药芯粉的粒径小于400目。优选地，S3干燥温度为90-100℃，干燥时间为10-20min。优选地，S4中将O型钢带拉拔至直径为2.5-3.0mm的丝材。优选地，S4中控制丝材出线速度为6m/s。优选地，在S4中，二次拉拔后至焊丝的直径为1.2-2.0mm。其中，各组分的作用如下：氧化钙：调节熔渣碱度，提高焊缝金属冲击韧性，降低石英O2活度，有利于锆O2形核，促使针状铁素体形核，从而提高焊缝金属冲击韧性。氧化钙过少发挥不了提高韧性的作用；过多又会使熔渣熔点变高，渣聚集成团，焊缝成形变差，焊接时飞溅变多变大。石墨：增加焊缝的耐磨性和强度，增加焊丝的导电性，提高电离效率，与碱金属碳酸配合使用提高电弧的稳定性，增强焊缝金属传热速度，减少扩散氢。碱金属碳酸盐：提高电弧的有效电离度，使电弧在焊接过程中易于上爬从而稳定电弧，减少熔滴飞溅。镍：有利于提高焊缝金属的韧性尤其是低温冲击韧性，降低脆性转变温度；与铬铁合理搭配，可有效控制焊缝金属的相转变过程，得到马氏体和一定比例的残余奥氏体的复合组织，从而兼顾高的抗裂性、高强度和高韧性。锰：改善焊缝成型，提高熔敷金属的塑性和韧性。金红石：作为造渣剂，由于金红石含量过高时TiO2会影响焊缝夹杂物的形态，金红石的用量控制在6～8％范围内。镁铝合金：与金红石协同作为脱氧剂，同时能形成稳定的氮化物，使焊丝固溶强化，改善焊丝的力学强度。铌：细化晶粒，增强焊丝的塑性和韧性，同时与C形成碳化物，增强焊缝金属的硬度和耐磨性，碳化铌影响碳化铬的析出数量和析出时间。本发明中金红石、镁铝合金、铌三者搭配使用，Ti、Al和Nb三者配比达到平衡时，能产生强烈的脱氧过程，使得焊接过程中焊缝金属夹杂物在短时间内长大，促进了针状铁素体的生长，增强了焊缝的韧度。铬铁：铬是提高焊缝金属强度的有效元素之一，具有细化焊缝金属组织，增加淬透性的功用。石英：主要成为为SiO2起到强化焊缝的作用，由于硅含量过多会降低焊缝的韧性，本发明控制石英含量为3～5％。氮：在焊接过程中形成氮化物，氮化物的数量超过一定极限,会造成焊缝金属冲击韧性的下降；而氮含量过低，熔覆金属中的氮化物少，力学性能差，因此，控制氮含量为0.01～0.03％。本发明在药芯中石墨在焊缝金属中均匀分布，与造渣剂搭配使用形成硬质结构，增强焊缝金属的拉伸强度和耐磨性，同时配用碱金属碳酸盐提高电弧的稳定性，减小、减少熔滴飞溅，石墨加快了熔敷金属的传热速度，使敷熔金属在焊接时受热均匀，减小焊缝金属的内应力，有效减少了焊接裂纹，改善了碱金属焊丝的焊接性能；控制钛、铝、铌和氮的重量配比，并确定四者含量的函数关系：0.013≤0.29[Ti]+0.52[Al]+0.27[Nb]-[N]≤0.032，当钛、铝、铌和氮处于所述函数关系时，焊丝的焊接性能最佳，能有效的减少冷裂纹的出现，兼顾了焊缝金属的强度和韧性，加入镍提高焊缝金属的韧性尤其是低温冲击韧性，与铬铁合理发配可有效控制焊缝金属的相转变过程，得到马氏体和一定比例的残余奥氏体的复合组织，提高了焊缝的硬度和耐磨性。本发明在保证碱性药芯焊丝耐磨性，兼顾了焊缝金属的综合力学性能，同时改善了药芯焊丝焊接工艺性能，提高了电弧稳定性，减少、减小了飞溅颗粒，满足的实际生产对耐磨药芯焊丝的要求。具体实施方式下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例1一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯按重量百分比包括：氧化钙10％，石墨3％，碱金属碳酸盐7％，镍4％，锰3％,金红石6％，镁铝合金5％，铌0.11％，铬铁2％，石英3％，氮0.03％，锆0.2％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，由下式规定的K值为0.013；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示铝镁合金折合成铝含量在药芯组分中的重量百分比,[Ti]表示金红石折合成钛含量在药芯组分中的重量百分比，[Nb]表示铌含量在药芯组分中的重量百分比，[N]表示氮含量在药芯组分中的重量百分比。实施例2一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯按重量百分比包括：氧化钙20％，石墨8％，碳酸锂13％，镍7％，锰6％,金红石8％，镁铝合金9％，铌0.083％，铬铁3％，石英5％，氮0.01％，锆2％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，由下式规定的K值为0.032；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示铝镁合金折合成铝含量在药芯组分中的重量百分比,[Ti]表示金红石折合成钛含量在药芯组分中的重量百分比，[Nb]表示铌含量在药芯组分中的重量百分比，[N]表示氮含量在药芯组分中的重量百分比。实施例3一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯按重量百分比包括：氧化钙15％，石墨5％，碳酸钾5％、碳酸钠5％，镍6％，锰4.5％,金红石7％，镁铝合金8％，铌0.095％，铬铁2.5％，石英4％，氮0.02％，锆1.0％，余量为铁和不可避免的杂质；药芯的填充率为20％，其中，由下式规定的K值为0.021；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示铝镁合金折合成铝含量在药芯组分中的重量百分比,[Ti]表示金红石折合成钛含量在药芯组分中的重量百分比，[Nb]表示铌含量在药芯组分中的重量百分比，[N]表示氮含量在药芯组分中的重量百分比。实施例4一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯按重量百分比包括：氧化钙11％，石墨3.5％，碳酸锂7％、碳酸钾3％、碳酸钠2％，镍4.5％，锰5.2％,金红石6.5％，镁铝合金5.5％，铌0.088％，铬铁2.2％，石英3.5％，氮0.025％，锆0.7％，余量为铁和不可避免的杂质；药芯的填充率为25％，其中，由下式规定的K值为0.015；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示铝镁合金折合成铝含量在药芯组分中的重量百分比,[Ti]表示金红石折合成钛含量在药芯组分中的重量百分比，[Nb]表示铌含量在药芯组分中的重量百分比，[N]表示氮含量在药芯组分中的重量百分比。焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝由如下方法制得：S1：按配比称取药芯中氧化钙、石墨和碱金属碳酸盐，混合均匀，球磨，干燥得到混合物料；S2：按配比称取药芯中剩余原料，与S1得到的混合物料混合均匀，球磨，过筛得到药芯粉；S3：将低碳钢带进行表明清洗，干燥，卷成U型形成U型低碳钢带，将药芯粉加入U型低碳钢带内，将U型低碳钢带卷成O型形成O型低碳钢带；S4：将S3得到的O型低碳钢带拉拔成丝材，将拉好的丝材轧制后进行二次拉拔，得到焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝。实施例5一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯按重量百分比包括：氧化钙16.5％，石墨5.2％，碳酸锂4.5％、碳酸钾2.5％、碳酸钠2％，镍6.3％，锰3.8％,金红石7.1％，镁铝合金7.8％，铌0.091％，铬铁2.8％，石英3.4％，氮0.018％，锆1.3％，余量为铁和不可避免的杂质；药芯的填充率为22％，其中，由下式规定的K值为0.023；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示铝镁合金折合成铝含量在药芯组分中的重量百分比,[Ti]表示金红石折合成钛含量在药芯组分中的重量百分比，[Nb]表示铌含量在药芯组分中的重量百分比，[N]表示氮含量在药芯组分中的重量百分比。焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝由如下方法制得：S1：按配比称取药芯中氧化钙、石墨和碱金属碳酸盐，混合均匀，球磨30min至混合物料粒径小于200目，在温度为150℃条件下干燥10min得到混合物料；S2：按配比称取药芯中剩余原料，与S1得到的混合物料混合均匀，球磨1h，过400目筛得到药芯粉；S3：将低碳合金钢带进行表明清洗，在温度为90℃条件下干燥10min，卷成U型形成U型低碳钢带，将药芯粉加入U型钢带内，将钢带卷成O型形成O型低碳钢带；S4：将S3得到的O型钢带拉拔至直径为2.5mm的丝材，控制丝材出线速度为6m/s，将拉好的丝材轧制后二次拉拔至直径为1.2mm，得到焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝。实施例6一种焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯按重量百分比包括：氧化钙19％，石墨6.8％，碳酸锂4％、碳酸钾2％、碳酸钠1.5％，镍5.3％，锰5.8％,金红石8％，镁铝合金8.2％，铌0.096％，铬铁0.27％，石英4.3％，氮0.012％，锆0.9％，余量为铁和不可避免的杂质；药芯的填充率为23％，其中，由下式规定的K值为0.031；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示铝镁合金折合成铝含量在药芯组分中的重量百分比,[Ti]表示金红石折合成钛含量在药芯组分中的重量百分比，[Nb]表示铌含量在药芯组分中的重量百分比，[N]表示氮含量在药芯组分中的重量百分比。焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝由如下方法制得：S1：按配比称取药芯中氧化钙、石墨和碱金属碳酸盐，混合均匀，球磨，干燥得到混合物料；S2：按配比称取药芯中剩余原料，与S1得到的混合物料混合均匀，球磨1.5h，过400目筛得到药芯粉；S3：将低碳合金钢带进行表明清洗，在温度为100℃条件下干燥20min，卷成U型形成U型低碳钢带，将药芯粉加入U型钢带内，将钢带卷成O型形成O型低碳钢带；S4：将S3得到的O型钢带拉拔至直径为3.0mm的丝材，控制丝材出线速度为6m/s，将拉好的丝材轧制后二次拉拔至直径为2.0mm，得到焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝。将实施例5-6制得的焊接性能优良的耐磨碱性药芯焊丝与高铬铁焊丝的耐磨性能进行测试，测试结果如下表所示：相对耐磨性(ε)抗拉强度/MPa飞溅率/％实施例52.857501.6实施例62.867561.5高铬铁焊丝2.037032.8从上表可以看出本发明加入石墨和造渣剂搭配使用增强了焊缝的耐磨性，镁铝合金和金红石协同作用强化了熔敷金属的固溶相，进一步提高了焊缝金属的耐磨性和强度，同时控制Ti、Al、Nb与N的配比，显著减少了熔滴飞溅。与高铬铁焊丝相比本发明具有耐磨性更好，，同时具备很好的抗压强度，焊接过程飞溅率低，焊接性能良好。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3