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。
技术实现要素：
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