本发明属于焊接材料
技术领域：
，涉及一种不锈钢焊丝材料，具体涉及一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝及其制备方法和应用。
背景技术：
：随着人类工业技术的日益多样化、成熟化，世界各国工业化发展过程中对钢材的性能要求也逐渐增高。在焊接生产作业中，常要求对一些表面硬度和耐磨性差、表面磨损或者局部区域破损的零部件表面进行堆焊制造或者修复。以渣、气或者渣气联合保护方式，在机械零件表面堆焊一层高强度耐磨、耐热或者耐腐蚀等金属层，赋予表面以特殊的性能，这项工艺已经为不少企业采用。所用的焊接材料有药皮焊条、实心焊丝和药芯焊丝，其中药皮焊条堆焊具有操作简单、灵活方便等优点，缺点是效率低；实心焊丝刚性强、工艺性能好，但过渡的合金元素量有限；药芯焊丝成分调节极为方便，根据需要可获得所需成分的堆焊合金，且以埋弧或气保护方式焊接具有熔敷效率高，更适合于企业生产。药芯焊丝作为新一代焊接材料，其焊接效率高、容易操作和焊丝品种多，使其应用越来越广泛，在药芯焊丝的应用中硬面堆焊领域是药芯焊丝的一个主要拓展方向。堆焊耐磨药芯焊丝分为铁基堆焊耐磨焊丝和非铁基堆焊耐磨焊丝两大类。铁基堆焊耐磨焊丝又分为高铬合金堆焊耐磨焊丝、碳化钨堆焊耐磨焊丝等，其主要优点是成本低、可焊性较好，适合各种钢铁件的修复，并能不同程度地增加20-80%的使用寿命。但是，由于材质所限，这类铁基堆焊耐磨焊丝存在一些难以避免的缺陷：硬度低、耐磨性有限、耐蚀性差及耐氧化性能差，难以满足严重磨损、腐蚀、高温等苛刻环境条件下零件的使用要求。非铁基堆焊耐磨焊丝又分为钴基堆焊耐磨焊丝和镍基堆焊耐磨焊丝，这类材料主要参照硬质合金材料制备的。目前，耐磨性和耐腐蚀性均较好的高铬铸铁，如以药芯焊丝形式供货，由于埋弧堆焊时焊缝热输入量大，所形成的碳化物过于粗大，堆焊合金韧性差，即使采用预热和焊后热处理等减小应力方式，埋弧堆焊时表面硬度依然很差，易开裂，这使得企业的生产效率较低，能源消耗大。多数小型企业采用其焊条手工堆焊操作，生产效率低，制造和修复成本高。堆焊合金的高硬度主要与其显微组织中的硬质相，如碳化物的形状和数量相关，耐氧化则取决于基体组织的致密性。广大的生产企业迫切需要一种具有硬度高、耐磨性好和耐氧化的堆焊药芯焊丝，以满足零部件的堆焊制造或者修复需要。技术实现要素：本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝及其制备方法和应用，采用本发明制备的高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝对母材进行堆焊处理后，能使母材表面熔覆层的硬度高、耐磨性优异和耐氧化性好。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝，由外用钢带和药芯组成，外用钢带为铁素体不锈钢带，药芯的各组分占所述药芯的质量百分比为：高氮铬铁18～20%、微碳铬铁10～12%、三元硼化物3～6%、碳化铬3～6%、铌粉1～3%、锰粉5～8%，氟化稀土2～4%、氟硅酸钠2～5%、氟化石墨5～8%、氧化铝粉1～3％、氧化镁粉2～3％、氟化钙2～4%、其余为金属铬粉，以上组分质量百分比之和为100％。进一步，上述所述的钢带为铬含量为16.0～18.0％的430铁素体不锈钢带，钢带宽度为5～7mm，厚度0.3～0.5mm。进一步，上述所述的钢带与药芯的质量比为1.5～3:1。进一步，上述所述的高氮铬铁中含铬量为68～75％，氮含量为8.0％～10.0％；微碳铬铁中含铬量为65～70％，碳含量不大于0.03％。进一步，上述所述的硼化物的质量组成为b15～20%，mo65～75%，ni5～15%。进一步，上述所述的氟化稀土与氟化石墨的质量比为1:2.5～4。进一步，一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝的制备方法，具体步骤如下：（1）：按质量百分比分别称取高氮铬铁18～20%、微碳铬铁10～12%、三元硼化物3～6%、碳化铬3～6%、铌粉1～3%、锰粉5～8%，氟化稀土2～4%、氟硅酸钠2～5%、氟化石墨5～8%、氧化铝粉1～3％、氧化镁粉2～3％、氟化钙2～4%、其余为金属铬粉，以上组分质量百分比之和为100％；（2）：将步骤1称取的高氮铬铁、微碳铬铁、氟化稀土、氟硅酸钠、氟化钙、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘连剂并混合均匀，然后放置于加热炉中700～750℃烧结，碾碎、过筛，得到粒径为90～120目的混合药粉b；（3）：先将步骤（1）中剩余的原料中矿物干粉原料全部通过100目筛，金属粉原料过40目筛，然后与步骤（2）得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中180～200℃下干燥3-5h，得到药芯粉末，药芯粉末中水含量＜400ppm；（4）：通过药芯焊丝制丝机把步骤（3）得到的药芯粉末包裹在u型430铁素体不锈钢带内，并采用成型机将430铁素体不锈钢带闭合，得到焊丝半成品，再进行拉拔，拉拔至直径为1.2～1.6mm；（5）：焊丝半成品经步骤（4）拉拔完毕后，用蘸有乙醇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，得到高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝。进一步，上述所述步骤（2）中水玻璃为钾水玻璃，波美度为44～46，模数2.7～2.9，氧化钾质量百分含量为14～17％，其中二氧化硅质量百分含量为28～31％，其余为水。进一步，一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝在混合叶片堆焊修补时的应用。进一步，上述所述焊丝堆焊时的条件为：电流220-240a，电压28-30v，焊接速度450-500mm/min，采用二氧化碳气体保护。本发明具有如下的有益效果：（1）本发明的一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝，药芯中的各成份用量配比合理，各组分间协同作用效果佳，焊丝堆焊后金属具有硬度高、强度高等较优的力学性能，且耐氧化性性效果较好。（2）本发明的一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝，加入的氟化石墨和稀土具有较好的协同作用，氟化石墨较小的粒径和三维立体球状结构，使得不锈钢的焊丝熔覆表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻止了大气中氧向钢铁基体渗入，减缓了氧化向钢铁材料纵深发展，大大提高了钢铁材料的耐氧化能力；氟化稀土在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，提高钢的抗氧化性。（3）本发明的一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝，采用三元硼化物作为硬质相加入到合金基体中，一方面自身具有较好的硬度，另一方面和碳化铬协同作用改善合金基体的晶体相图，大大提高了堆焊后钢材的硬度。（4）本发明的一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝的制备方法，简单易于操作，综合成本低，效率高，合金系统涉及合理，适合规模化生产，经济效益显著。（5）本发明适用于硬度、强度和耐氧化性要求高的零部件和设备的堆焊制造与修复，特别适用于混合叶片修补时的应用。具体实施方式现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。实施例1一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝，由宽度为5mm，厚度0.3mm的铬含量为16.0％的430铁素体不锈钢带作为外用钢带和药芯组成，外用钢带为铁素体不锈钢带，药芯的各组分占所述药芯的质量百分比为：高氮铬铁20%、微碳铬铁10%、三元硼化物6%、碳化铬6%、铌粉2%、锰粉5%，氟化稀土2%、氟硅酸钠3%、氟化石墨6%、氧化铝粉1％、氧化镁粉2％、氟化钙4%、其余为金属铬粉，以上组分质量百分比之和为100％，其中氟化稀土与氟化石墨的质量比为1:3；所述的高氮铬铁中含铬量为68％，氮含量为8.0％％；微碳铬铁中含铬量为70％，碳含量不大于0.03％；所述的硼化物的质量组成为b20%，mo65%，ni15%，。一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝的制备方法，具体步骤如下：（1）：按质量百分比分别称取高氮铬铁20%、微碳铬铁10%、三元硼化物6%、碳化铬6%、铌粉2%、锰粉5%，氟化稀土2%、氟硅酸钠3%、氟化石墨6%、氧化铝粉1％、氧化镁粉2％、氟化钙4%、其余为金属铬粉，以上组分质量百分比之和为100％；（2）：将步骤1称取的高氮铬铁、微碳铬铁、氟化稀土、氟硅酸钠、氟化钙、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘连剂并混合均匀，然后放置于加热炉中700℃烧结，碾碎、过筛，得到粒径为90目的混合药粉b，其中水玻璃为钾水玻璃，波美度为44，模数2.7，氧化钾质量百分含量为17％，其中二氧化硅质量百分含量为31％，其余为水；（3）：先将步骤（1）中剩余的原料中矿物干粉原料全部通过100目筛，金属粉原料过40目筛，然后与步骤（2）得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中180℃下干燥5h，得到药芯粉末，药芯粉末中水含量＜400ppm；（4）：通过药芯焊丝制丝机把步骤（3）得到的药芯粉末包裹在u型430铁素体不锈钢带内，钢带与药芯的质量比为1.5:1，并采用成型机将430铁素体不锈钢带闭合，得到焊丝半成品，再进行拉拔，拉拔至直径为1.2mm；（5）：焊丝半成品经步骤（4）拉拔完毕后，用蘸有乙醇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，得到高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝。实施例2一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝，由宽度为6mm，厚度0.4mm的铬含量为17.0％的430铁素体不锈钢带作为外用钢带和药芯组成，外用钢带为铁素体不锈钢带，药芯的各组分占所述药芯的质量百分比为：高氮铬铁19%、微碳铬铁11%、三元硼化物3%、碳化铬3%、铌粉1%、锰粉8%，氟化稀土2%、氟硅酸钠2%、氟化石墨8%、氧化铝粉2％、氧化镁粉3％、氟化钙3%、其余为金属铬粉，以上组分质量百分比之和为100％，其中氟化稀土与氟化石墨的质量比为1：4；所述的高氮铬铁中含铬量为:70％，氮含量为9.0％；微碳铬铁中含铬量为68％，碳含量不大于0.03％；所述的硼化物的质量组成为b20%，mo75%，ni5%。一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝的制备方法，具体步骤如下：（1）：按质量百分比分别称取高氮铬铁19%、微碳铬铁11%、三元硼化物3%、碳化铬3%、铌粉1%、锰粉8%，氟化稀土2%、氟硅酸钠2%、氟化石墨8%、氧化铝粉2％、氧化镁粉3％、氟化钙3%、其余为金属铬粉，以上组分质量百分比之和为100％；（2）：将步骤1称取的高氮铬铁、微碳铬铁、氟化稀土、氟硅酸钠、氟化钙、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘连剂并混合均匀，然后放置于加热炉中720℃烧结，碾碎、过筛，得到粒径为105目的混合药粉b，其中水玻璃为钾水玻璃，波美度为45，模数2.8，氧化钾质量百分含量为16％，其中二氧化硅质量百分含量为29％，其余为水；（3）：先将步骤（1）中剩余的原料中矿物干粉原料全部通过100目筛，金属粉原料过40目筛，然后与步骤（2）得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中190℃下干燥4h，得到药芯粉末，药芯粉末中水含量＜400ppm；（4）：通过药芯焊丝制丝机把步骤（3）得到的药芯粉末包裹在u型430铁素体不锈钢带内，钢带与药芯的质量比为2:1，并采用成型机将430铁素体不锈钢带闭合，得到焊丝半成品，再进行拉拔，拉拔至直径为1.4mm；（5）：焊丝半成品经步骤（4）拉拔完毕后，用蘸有乙醇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，得到高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝。实施例3一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝，由宽度为7mm，厚度0.5mm的铬含量为18.0％的430铁素体不锈钢带作为外用钢带和药芯组成，外用钢带为铁素体不锈钢带，药芯的各组分占所述药芯的质量百分比为：高氮铬铁18%、微碳铬铁12%、三元硼化物6%、碳化铬4%、铌粉3%、锰粉5%，氟化稀土2.5%、氟硅酸钠5%、氟化石墨8%、氧化铝粉3％、氧化镁粉2％、氟化钙4%、其余为金属铬粉，以上组分质量百分比之和为100％；所述的高氮铬铁中含铬量为75％，氮含量为10.0％；微碳铬铁中含铬量为70％，碳含量不大于0.03％；所述的硼化物的质量组成为b18%，mo67%，ni15%，。一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝的制备方法，具体步骤如下：（1）：按质量百分比分别称取高氮铬铁18%、微碳铬铁12%、三元硼化物6%、碳化铬4%、铌粉3%、锰粉5%，氟化稀土2.5%、氟硅酸钠5%、氟化石墨8%、氧化铝粉3％、氧化镁粉2％、氟化钙4%、其余为金属铬粉，以上组分质量百分比之和为100％；（2）：将步骤1称取的高氮铬铁、微碳铬铁、氟化稀土、氟硅酸钠、氟化钙、氧化铝粉和氧化镁粉混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘连剂并混合均匀，然后放置于加热炉中750℃烧结，碾碎、过筛，得到粒径为120目的混合药粉b，其中水玻璃为钾水玻璃，波美度为46，模数2.9，氧化钾质量百分含量为17％，其中二氧化硅质量百分含量为31％，其余为水；（3）：先将步骤（1）中剩余的原料中矿物干粉原料全部通过100目筛，金属粉原料过40目筛，然后与步骤（2）得到的混合药粉b混合均匀，置于烘干炉中200℃下干燥3h，得到药芯粉末，药芯粉末中水含量＜400ppm；（4）：通过药芯焊丝制丝机把步骤（3）得到的药芯粉末包裹在u型430铁素体不锈钢带内，钢带与药芯的质量比为3:1，并采用成型机将430铁素体不锈钢带闭合，得到焊丝半成品，再进行拉拔，拉拔至直径为1.6mm；（5）：焊丝半成品经步骤（4）拉拔完毕后，用蘸有乙醇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，得到高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝。实施例1-3的一种高硬度耐氧化不锈钢堆焊焊丝在混合叶片堆焊修补时的应用；焊丝堆焊时的条件为：电流220-240a，电压28-30v，焊接速度450-500mm/min，采用二氧化碳气体保护。对比例1与实施例1比较：无氟化石墨，其他同实施例1。对比例2与实施例1比较：无氟化稀土，其他同实施例1。对比例3与实施例1比较：无三元硼化物，其他同实施例1。性能测试将实施例1-3与对比例1-3在钢材表面进行堆焊，对堆焊性能和熔覆进行测试，各项结果如表1。表1序号晶间腐蚀倾向电弧稳定性硬度（hrc）抗拉强度（mpa）耐腐蚀性（cpt）焊缝脱渣率（%）焊接飞溅率（%）实施例1小好65.8750641001.94实施例2小好64.6735621002.02实施例3小好65.071561.51002.15对比例1大好58.7681521003.68对比例2大好55.867350.3904.75对比例3小好41.865955.8905.29通过表1各项指标测试得到：本发明实施例1-3所制的本发明不锈钢堆焊焊丝，其晶间腐蚀倾向小，耐氧化性好，硬度高，抗拉强度高，电弧稳定性好，脱渣率高，焊接飞溅率低，其性能显著优于对比例1-3。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。当前第1页12