专利名称：制造管状焊丝用的合金粉及其制备方法
制造管状焊丝用的合金粉及其制备方法技术领域
本发明属焊接技术领域，具体涉及一种制造管状焊丝用的合金粉及其制备方法。
技术背景
传统的埋弧焊合金管丝是采用常规混合型合金管丝，制备合金管丝用的合金粉料是按管丝成分配方配制各种合金粉料，采用混料桶进行机械混合而得到。这种方法很难消除由于配方合金料的比重差异而造成的焊层成分不均勻。
而预制合金粉制造管丝的工艺，首先对管丝合金配方采用非真空感应炉熔炼，熔炼过程中，尤其精炼期感应炉产生的电磁搅拌力对预制合金的金属熔池进行搅拌，从而保证预制合金粉的合金成分均勻性。根据管状焊丝用于埋弧堆焊工艺的用途，本发明设计了 Cr5系列的珠光体耐热不锈钢的合金配方，在研制过程中遇到了预制合金成分在批量生产过程中难以稳定不易重现，感应炉炉衬使用寿命短，预制合金熔液在浇注水雾化过程中容易堵塞钢包石墨坩埚通道等问题，为了克服上述弊端，申请人详细分析Cr5合金系中， C, Mn, Si, Cr, Mo, V，W等合金元素中，尤其是C，Mn, Si三种元素对合金铁碳相变中的S点(共析点碳份点)，E点(奥氏体最高碳份点)，C点(共晶点)及Al (共析温度)，A3 (共晶温度)的影响为最大，为了今后预制合金生产过程中能稳定且重现合金成分，首先重点确定C，Mn, Si 的配入量及合理确定，Cr, Mo, V，W的配入量(最佳配方设计)解决预制合金成分稳定性和重现性，其次改造传统的高压水雾化生产合金粉末的熔炼、浇注等工艺，采用块状合金料，确定块状合金料的采购技术标准(主要确定合金成分的允可范围)，通过对比熔炼试验，选择碱性炉衬，可延长炉衬使用寿命采用控制精炼期出钢温度(至1580°C)和捞尽浮渣及钢包浇注口预热600°C的技术措施，确保预制合金液顺利浇注，不堵塞坩埚。
申请人为了验证预制合金管丝工艺的优越性，对预制合金粉制造的管状焊丝(称中间合金管丝)的堆焊层的成分和性能进行检测，结果发现中间合金管丝堆焊层合金成分均勻，并且具有优良的抗裂纹性能。
申请人炼制Cr5合金系列的预制合金粉分别用来轧制硬度为HRC48-50的324M管丝和焊层硬度为HRC41-43的324L管丝，成功堆焊轧辊直径从Φ 500mm至Φ 1400mm的多支辊径不同的夹送辊和支撑辊，中间合金管丝堆焊工艺性能及焊层力学性能良好。发明内容
本发明的目的在于提供一种能使焊层成分充分均勻，因而能提高合金管状焊丝质量的合金粉及其制备方法。
本发明提出的合金粉的制备方法，综合了传统的高压水雾化工艺生产金属粉末合金成分均勻的技术特点和常规管丝轧制工艺生产的管丝产品椭圆度小，合金成分致密和生产效率高的技术优势，采用取长补短的方法，将高压水雾化工艺生产合金成分均勻的预制合金粉取代常规混合型管丝的混料桶机械混合的合金粉，供应给管丝生产线，经过轧制和拉拔工艺最终制成焊层成分均勻的和堆焊层抗裂性能优良的中间合金管丝。
本发明在合金钢相变理论指导下，经过几十炉配方冶炼工艺试验，不断优化预制合金粉配方设计，对C，Mn, Si, Cr, Mo, V，W七元素配入量确定，总结出强化C、Mn、Si三元素合理配入(适当低C、Si及适当高Mn )及采用块状合金料，按技术标准采购合金原材料；选择碱性炉衬，延长炉子使用寿命；提高精炼期出钢温度(至1580°C)和捞尽浮渣及钢包浇注口预热600°C等的技术措施，保证预制合金粉生产过程的顺利进行及确保预制合金成分和质量基本良好。
本发明提出的预制合金粉的制备方法，采用非真空感应炉炉衬；C，Mn, Si，Cr，Mo, V，W七元素的组分配方按重量百分比计为C 1. 5-2. 0% Mn 8. 5-10. 5% Si 1-1.6% Cr 25-30% Mo 3. 5-4. 5% W 3. 5-4. 5% V 0. 8-1. 6% 其余为铁。总量为100%。
熔炼工艺参数如下 交流电压415 420V 直流电压40(T415V 直流电流12(Γ200Α 中频电压60(T620V 中频频率(Hz) :750^800 (Hz)； 熔炼流程为开炉前加入全部铁(具体可用废钢铁)、钨铁、碳粉和钒铁，以及一半低碳铬铁； 通交流电通电25 30分钟时，加入另一半低碳铬铁；通电30 35分钟时，加入单晶硅；通电35 50分钟时，加入全部钼铁；通电5(Γ55分钟时，加入电解锰；通电55飞0分钟时，加入硅钙，脱氧；通电6(Γ65分钟时，停电，捞渣，4飞分钟内捞尽浮渣；加大通电功率通直流电18(Γ200Α，加热8 12分钟，炉温升至1550°C 1600°C时，停电，打开高压水(水压一般为9(Γ110个大气压)，进行高压水雾化浇注，得到水雾化合金粉。
上述工艺中，所述钨铁，钒铁，铬铁，钼铁，均为钨，钒，铬，钼的原料合金；这些原料合金的用量，根据原料合金中元素钨、钒、铬、钼的含量，以及元素钨、钒、铬、钼在填充合金粉中的用量，计算得到。
本发明通过堆制各种不同厚度的中间合金管丝堆焊试板，分别检测各种厚度的堆焊层合金成分，寻找堆焊层合金成分随其焊层厚度变化规律，以实际产品形式验证中间合金管丝堆焊层合金成分的均勻性。本发明引进航天部急冷急热试验筛选材料的技术经验，对两种合金成分相同，但分别采用碱性和酸性炉衬炼制的两种中间合金管丝和合金成分相同，但按常规混合型工艺轧制的管丝堆焊层进行抗热烈对比试验，试验结果发现中间合金管丝堆焊层具有优良抗裂纹性能。
(1)、中间合金管丝堆焊层具有独特的合金成分均勻性。
以炉批号08#的中间合金管丝的一块堆焊七层，其堆焊层厚度为15毫米的大试板，呈台阶式取10毫米，8毫米和6毫米三个厚度层次和每一层次三个不同部位(没隔75毫米，150毫米，225毫米的距离)取试样，即三个层面，每个层面3个部位，共9个试验的实测焊层为例，实测结果如下所示
权利要求
1. 一种制造管状焊丝用的合金粉的制备方法，其特征在于采用非真空感应炉炉衬；C， Mn, Si，Cr，Mo, V，W七元素的组分配方按重量百分比计为C1. 5-2. 0%Mn8. 5-10. 5%Si1-1.6%Cr25-30%Mo3. 5-4. 5%W ；3. 5-4. 5%V ；0. 8-1. 6%其余为铁；总量为100% ； 熔炼工艺参数如下 交流电压415 420V ； 直流电压40(T415V ； 直流电流12(Γ200Α ； 中频电压60(T620V ； 中频频率 Hz :750"800Ηζ ； 熔炼流程为开炉前加入全部铁、钨铁、碳粉和钒铁，以及一半低碳铬铁； 通交流电通电25 30分钟时，加入另一半低碳铬铁；通电30 35分钟时，加入单晶硅；通电35 50分钟时，加入全部钼铁；通电5(Γ55分钟时，加入电解锰；通电55飞0分钟时，加入硅钙，脱氧；通电6(Γ65分钟时，停电，捞渣，4-5分钟内捞尽浮渣；加大通电功率通直流电18(Γ200Α，加热8 12分钟，炉温升至1550°C 1600°C时，停电，打开高压水，水压为9(Γ110个大气压，进行高压水雾化浇注，得到水雾化合金粉；上述工艺中，所述钨铁，钒铁，铬铁，钼铁，均为钨，钒，铬，钼的原料合金；这些原料合金的用量，根据原料合金中元素钨、钒、铬、钼的含量，以及元素钨、钒、铬、钼在填充合金粉中的用量，计算得到。
全文摘要
本发明属焊接技术领域，具体涉及一种制造管状焊丝用的合金粉及其制备方法。本发明根据合金相变理论，改变对预制合金粉配方，较大提高预制合金粉在批量生产过程中合金成分的重现性和稳定性。本发明采用经改造的高压水雾化生产金属粉末的熔炼浇注工艺，保证预制合金粉的合金成分均匀性。本发明用试板堆焊及焊层成分检测和抗热裂纹试验方法，验证由预制合金粉制造的中间合金管丝堆焊层成分均匀性和优良的抗热裂性能。采用本发明方法研制出的管丝产品，配套相应焊剂，在冷热夹送辊和支撑辊及立辊等实物辊堆焊表明堆焊工艺过程烟尘少，脱渣性好，焊道成型好，堆焊层和渣壳无气孔、裂纹，焊接质量及使用寿命完全符合工程要求。
文档编号B22F9/08GK102528324SQ20121001470
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者朱亚忠, 王俊明, 郭炎, 黄权 申请人:上海金刚冶金材料有限公司