本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。
背景技术：
沉淀硬化型不绣钢具备了不锈钢特有的耐蚀性，还可通过时效处理实现沉淀硬化获得超高强度。这类不锈钢在淬火后具有不稳定的奥氏体组织。它能在塑性变形过程中或者冷处理后产生马氏体.然后通过时效产生沉淀硬化，使已相变的马氏体进一步强化。其化学成分中，ω(cr)在13％以上，保证了钢的耐蚀性。含ni能够使钢在固溶处理后具有亚稳的奥氏体组织。配合加入cr、ni、mn、mo、al等合金元素，使m点控制在室温～-78℃。mo、al、ti、nb、cu等析出金属间化合物和某些少量碳化物产生沉淀硬化。另外该类钢含碳量低，ω(c)在0.04％-0.13％，故耐蚀性能很好。
根据基体的金属组织情况，即根据铬当量和镍当量之间的平衡情况，沉淀硬化型不锈钢可分为马氏体系沉淀硬化型不锈钢、半奥氏体系沉淀硬化不锈钢、奥氏体-铁索体系沉淀硬化型不锈钢、奥氏体系沉淀硬化型不锈钢和铁素体系沉淀硬化不锈钢。
0cr14ni5mocunb不锈钢是fv520b不锈钢的改良版不锈钢，0cr14ni5mocunb不锈钢的化学成分为si0.3％-0.6％，mn0.5％-0.9％，ni6.0％-7.0％，cr13.0％-15.0％，mo0.60％-0.90％，cu1.3％-1.5％，nb0.3％-0.4％等，0cr14ni5mocunb不锈钢是在fv520b型马氏体不锈钢基础上研制的一种新型沉淀硬化马氏体不锈钢,具有更高的强度,良好的焊接性能、耐热性能、耐腐蚀性能，是天然气离心压缩机叶轮的常用材料。0cr14ni5mocunb不锈钢是当前新开发的钢种，它是一种强度超过1000mpa的钢，当前与0cr14ni5mocunb不锈钢匹配的药芯焊丝的研制比较少，本专利就是用于研发这种与之匹配的药芯焊丝以补充市场市场需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝，其具有良好的焊接工艺性能，焊接飞溅少，焊缝成型美观。
本发明的另一个目的是提供一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝，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％，锰粉3％-7％，铬粉20％-25％，铜粉7％-10％，铌铁粉2％-5％，金红石粉8％-15％，锆英砂粉6％-12％，氟化钡粉18％-26％，碳酸锂粉2％-6％，氧化铁粉3％-8％，氧化铝粉2％-5％，氧化镁粉2％-5％，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316不锈钢钢带。
药芯焊丝中药芯粉末的填充率为15wt％-20wt％。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种沉淀硬化不锈钢用自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％，锰粉3％-7％，铬粉20％-25％，铜粉7％-10％，铌铁粉2％-5％，金红石粉8％-15％，锆英砂粉6％-12％，氟化钡粉18％-26％，碳酸锂粉2％-6％，氧化铁粉3％-8％，氧化铝粉2％-5％，氧化镁粉2％-5％，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称取的氟化钡粉、碳酸锂粉、氧化铁粉、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉b；
步骤3：将步骤1称取的钼粉、镍粉、钴粉、电解铝粉、铁粉、金红石粉和钛铁矿粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中烘干，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，并采用成型机将316不锈钢钢带闭合，得到焊丝半成品，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，拉拔至直径为1.2mm-1.6mm；
步骤5：焊丝半成品经步骤4拉拔完毕后，清除焊丝表面上的油污，得到一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝。
本发明的特点还在于：
步骤2中：烧结温度为650℃-750℃，烧结时间为4h-6h，过筛粒度60-140目。
步骤3中：烘干温度为200℃-300℃，烘干时间为2h-3h。
步骤4中：316不锈钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm。
步骤4中：焊丝中药芯粉末的填充率为15wt％-20wt％。
步骤2中：水玻璃粘结剂的用量占药粉a总质量的15％-21％。
本发明的有益效果是，
(1)本发明药芯焊丝和不锈钢焊条、实心焊丝相比，具有焊接飞溅少、焊缝成型美观、良好焊接工艺性能的优点；可用于连续送丝自动焊机，具有节约保护气体和较高的生产效率；
(2)本发明药芯焊丝利用矿物渣系产生熔渣，使焊接时形成的熔池得到保护，起到了自保护的作用；
(3)本发明药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。
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。
本发明一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝，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％，锰粉3％-7％，铬粉20％-25％，铜粉7％-10％，铌铁粉2％-5％，金红石粉8％-15％，锆英砂粉6％-12％，氟化钡粉18％-26％，碳酸锂粉2％-6％，氧化铁粉3％-8％，氧化铝粉2％-5％，氧化镁粉2％-5％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。
焊皮为316不锈钢钢带。
药芯焊丝中药芯粉末的填充率为15wt％-20wt％。
一种沉淀硬化不锈钢用自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％，锰粉3％-7％，铬粉20％-25％，铜粉7％-10％，铌铁粉2％-5％，金红石粉8％-15％，锆英砂粉6％-12％，氟化钡粉18％-26％，碳酸锂粉2％-6％，氧化铁粉3％-8％，氧化铝粉2％-5％，氧化镁粉2％-5％，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称取的氟化钡粉、碳酸锂粉、氧化铁粉、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉b；步骤2中：烧结温度为650℃-750℃，烧结时间为4h-6h，过筛粒度60-140目；水玻璃粘结剂的用量占药粉a总质量的15％-21％；
步骤3：将步骤1称取的钼粉、镍粉、钴粉、电解铝粉、铁粉、金红石粉和钛铁矿粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中烘干，得到药芯粉末；步骤3中：烘干温度为200℃-300℃，烘干时间为2h-3h；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，并采用成型机将316不锈钢钢带闭合，得到焊丝半成品，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，拉拔至直径为1.2mm-1.6mm；步骤4中：316不锈钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm；步骤4中：焊丝中药芯粉末的填充率为15wt％-20wt％；
步骤5：焊丝半成品经步骤4拉拔完毕后，清除焊丝表面上的油污，得到一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝。
该焊丝中各组分的作用和功能如下：
硅，si也来自生铁与脱氧剂。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，mn是奥氏体稳定元素，锰的加入能够显著降低组织转变是的奥氏体向铁素体转变的温度。同时，锰在降低脆性转变温度方面效果明显。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；
铬，cr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。铬对强度的影响表现为适量的铬元素能提高焊缝金属的强韧性，但是随着铬含量的过量添加，一些金属间化合物的析出倾向逐渐增大，它们的形成与存在会显著降低钢的塑韧性及耐蚀性；
铜，cu是一种奥氏体形成元素.其能力远低于镍，约是镍的30％。在普通铬镍不锈钢中，钢可以改善耐蚀性，尤其是改善在还原性介质中的耐蚀性；但铜的加入将使钢的热加工性能变得困难.在马氏体沉淀硬化不锈钢中，铜的作用主要是引起二次硬化效应；
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，以此来抑制碳化铬的形成，提高不锈钢的各种形式的耐蚀性，特别是能推迟敏化时间而改善焊缝金属抵抗晶间腐蚀的性能。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。另外，铌的抗回火性能较好，即铌含量的增加导致的强度随回火温度的变化范围不大；
金红石属于低电离元素的物质，有稳弧的作用，可改善焊丝的引弧性能并且提高电弧燃烧的稳定性，而且金红石还具有一定的造渣功能；
氟化钡是很好的造气、造渣、去氢材料，适合于自保护药芯焊丝特殊的冶金过程以及良好的焊缝成形的需要。目前市面上比较成熟的药芯焊丝中都加入了这种氟化物，氟化钡在焊接时可以进行造气和造渣，从而形成较为有效的气-渣联合自保护环境，这样的焊丝就适合于特殊的施焊环境，而baf2也成为制备自保护药芯焊丝必需的矿物粉之一。
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；
适量的碳酸锂在焊接时能起到稳弧作用，同时，碳酸锂在高温下会分解放出co2气体，可以隔绝空气，防止气孔的产生，碳酸锂对焊缝起到保护作用。对s、p的结合能力较强，可以有效的降低焊缝金属中s、p含量；
氧化铁是自保护药芯焊丝渣系中非常重要的一种组分，可以改善熔渣的表面张力，使焊缝表面光洁。但是，氧化铁的加入同样会对自保护药芯焊丝的性能产生不良影响，所以氧化铁的含量不宜过高；
药芯中还需加入少量的氧化铝和氧化镁。氧化铝用来调整熔渣的粘度，保证焊缝表面质量；氧化铝可以调整熔渣碱度，保证焊缝金属的纯净度和改善脱渣性。
实施例1
一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：硅铁粉10g，锰粉60g，铬粉210g，铜粉100g，铌铁粉20g，金红石粉90g，锆英砂粉120g，氟化钡粉260g，碳酸锂粉20g，氧化铁粉40g，氧化铝粉50g，氧化镁粉20g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、碳酸锂粉、氧化铁粉、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入180g水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中650℃烧结4h，碾碎、过60目筛网，得到混合药粉b；
步骤3：将步骤1称取的硅铁粉、锰粉、铬粉、铜粉、铌铁粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中200℃烘干2h，得到药芯粉末；
步骤4：将宽度为7mm、厚度0.3mm的316不锈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，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16wt％，然后用成型机使u型槽碾压闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔至直径为1.2mm；
步骤5：焊丝半成品经步骤4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，得到一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝。
实施例1制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)，无需外加保护气体。焊接条件为：焊接电流为140-180a，焊接电压为15.5-24.5v。经测试，焊接接头的抗拉强度为942mpa，屈服极限为799mpa，断面收缩率55％，冲击功为61j。性能符合沉淀硬化不锈钢(0cr14ni5mocunb不锈钢)的使用要求。
实施例2
一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：称取硅铁粉20g，锰粉70g，铬粉220g，铜粉90g，铌铁粉30g，金红石粉100g，锆英砂粉100g，氟化钡粉200g，碳酸锂粉30g，氧化铁粉70g，氧化铝粉40g，氧化镁粉30g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、碳酸锂粉、氧化铁粉、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入180g水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中750℃烧结6h，碾碎、过140目筛网，得到混合药粉b；
步骤3：将步骤1称取的硅铁粉、锰粉、铬粉、铜粉、铌铁粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中300℃烘干3h，得到药芯粉末；
步骤4：将宽度为7mm、厚度0.3mm的316不锈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，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17wt％，然后用成型机使u型槽碾压闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔至直径为1.4mm；
步骤5：焊丝半成品经步骤4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，得到一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝。
实施例2制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)，无需外加保护气体。焊接条件为：焊接电流为140-180a，焊接电压为15.5-24.5v。经测试，焊接接头的抗拉强度为951mpa，屈服极限为803mpa，断面收缩率51％，冲击功为49j。性能符合沉淀硬化不锈钢(0cr14ni5mocunb不锈钢)的使用要求。
实施例3
一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：称取硅铁粉30g，锰粉40g，铬粉200g，铜粉80g，铌铁粉40g，金红石粉80g，锆英砂粉70g，氟化钡粉260g，碳酸锂粉40g，氧化铁粉80g，氧化铝粉30g，氧化镁粉40g，铁粉10g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、碳酸锂粉、氧化铁粉、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入180g水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中700℃烧结5h，碾碎、过100目筛网，得到混合药粉b；
步骤3：将步骤1称取的硅铁粉、锰粉、铬粉、铜粉、铌铁粉、铁粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中250℃烘干2.5h，得到药芯粉末；
步骤4：将宽度为7mm、厚度0.3mm的316不锈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，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20wt％，然后用成型机使u型槽碾压闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔至直径为1.6mm；
步骤5：焊丝半成品经步骤4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，得到一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝。
实施例3制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)，无需外加保护气体。焊接条件为：焊接电流为140-180a，焊接电压为15.5-24.5v。经测试，焊接接头的抗拉强度为971mpa，屈服极限为811mpa，断面收缩率50％，冲击功为51j。性能符合沉淀硬化不锈钢(0cr14ni5mocunb不锈钢)的使用要求。
实施例4
一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：称取硅铁粉40g，锰粉30g，铬粉250g，铜粉70g，铌铁粉50g，金红石粉120g，锆英砂粉60g，氟化钡粉220g，碳酸锂粉50g，氧化铁粉50g，氧化铝粉20g，氧化镁粉30g，铁粉10g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、碳酸锂粉、氧化铁粉、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入210g水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中720℃烧结4.5h，碾碎、过120目筛网，得到混合药粉b；
步骤3：将步骤1称取的硅铁粉、锰粉、铬粉、铜粉、铁粉、铌铁粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中280℃烘干2.7h，得到药芯粉末；
步骤4：将宽度为7mm、厚度0.3mm的316不锈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，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19wt％，然后用成型机使u型槽碾压闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔至直径为1.4mm；
步骤5：焊丝半成品经步骤4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，得到一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝。
实施例4制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)，无需外加保护气体。焊接条件为：焊接电流为140-180a，焊接电压为15.5-24.5v。经测试，焊接接头的抗拉强度为973mpa，屈服极限为821mpa，断面收缩率48％，冲击功为53j。性能符合沉淀硬化不锈钢(0cr14ni5mocunb不锈钢)的使用要求。
实施例5
一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：称取硅铁粉30g，锰粉50g，铬粉220g，铜粉80g，铌铁粉20g，金红石粉150g，锆英砂粉80g，氟化钡粉180g，碳酸锂粉60g，氧化铁粉30g，氧化铝粉30g，氧化镁粉50g，铁粉20g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、碳酸锂粉、氧化铁粉、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入150g水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中650℃烧结4h，碾碎、过140目筛网，得到混合药粉b；
步骤3：将步骤1称取的硅铁粉、锰粉、铬粉、铜粉、铁粉、铌铁粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中300℃烘干2h，得到药芯粉末；
步骤4：将宽度为7mm、厚度0.3mm的316不锈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，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16wt％，然后用成型机使u型槽碾压闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔至直径为1.4mm；
步骤5：焊丝半成品经步骤4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，得到一种沉淀硬化不锈钢用自保护型药芯焊丝。
实施例5制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)，无需外加保护气体。焊接条件为：焊接电流为160-180a，焊接电压为16.5-24.5v。经测试，焊接接头的抗拉强度为965mpa，屈服极限为830mpa，断面收缩率52％，冲击功为55j。性能符合沉淀硬化不锈钢(0cr14ni5mocunb不锈钢)的使用要求。
本发明有如下优点：
(1)本发明药芯焊丝和不锈钢焊条、实心焊丝相比，具有焊接飞溅少、焊缝成型美观、良好焊接工艺性能的优点；可用于连续送丝自动焊机，具有节约保护气体和较高的生产效率；
(2)本发明药芯焊丝利用矿物渣系产生熔渣，使焊接时形成的熔池得到保护，起到了自保护的作用；
(3)本发明药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。