本發(fā)明涉及堿性藥芯焊絲
技術領域：
，尤其涉及一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲及制備方法。
背景技術：
：隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中各類機械設備和零件對焊接材料的耐磨性提出了更高的要求，現(xiàn)有的耐磨性焊絲多采用高鉻鐵系列，高鉻鐵系列的耐耐磨性主要依賴碳化物的種類、分布和面積化，整體的硬度查，無法滿足高耐磨的要求；而一般滿足高耐磨性能的焊絲價格高，增加了工業(yè)成本。藥芯焊絲是近年來發(fā)展起來的新型焊接材料，根據(jù)藥芯成分不同，分布堿性藥芯焊絲、中性藥芯焊絲和酸性藥芯焊絲。與中性和酸性藥芯焊絲相比，堿性藥芯焊絲具有低氫、高韌性、耐磨和優(yōu)異的力學性能，在造船、機械、石化、冶金、軍工、鋼結構制造和工程建設中廣泛應用。但是堿性藥芯焊絲工藝性能較差，在焊接過程中容易發(fā)生滯熔，產(chǎn)生飛濺，電弧的穩(wěn)定性不佳的問題。因此，探索一種耐磨、焊接性能優(yōu)良的堿性藥芯焊絲，已經(jīng)成為本領域技術人員亟需解決的技術問題。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提出了一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲及制備方法，焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲包括低碳鋼外皮和填充在低碳鋼外皮內藥芯，保證堿性藥芯焊絲耐磨性，同時改善了藥芯焊絲焊接工藝性能，滿足了實際應用對堿性焊絲的性能要求。本發(fā)明提出的一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和填充在低碳鋼外皮內藥芯，藥芯組分按重量百分比包括：氧化鈣10～20％，石墨3～8％，堿金屬碳酸鹽7～13％，鎳4～7％，錳3～6％,金紅石6～8％，鋁鎂合金5～9％，鈮0.083～0.11％，鉻鐵2～3％，石英3～5％，氮0.01～0.03％，鋯0.2～2％，余量為鐵和不可避免的雜質；其中，由下式規(guī)定的K值為0.013～0.032；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示鋁鎂合金折合成鋁含量在藥芯組分中的重量百分比,[Ti]表示金紅石折合成鈦含量在藥芯組分中的重量百分比，[Nb]表示鈮含量在藥芯組分中的重量百分比，[N]表示氮含量在藥芯組分中的重量百分比。優(yōu)選地，氧化鈣的含量可以為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％，石墨的含量可以為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％，堿金屬碳酸鹽的含量可以為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％，鎳的含量可以為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％，錳的含量可以為3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％、5％、5.2％、5.5％、5.8％、6％，金紅石的含量可以為6％、6.2％、6.4％、6.5％、6.6％、6.8％、7％、7.1％、7.3％、7.5％、7.6％、7.8％、8％，鎂鋁合金的含量可以為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％，鈮的含量可以為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％，鉻鐵的含量可以為2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％，石英的含量可以為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％，氮的含量可以為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％，鋯的含量可以為0.2％、0.5％、0.7％、0.9％、1％、1.1％、1.3％、1.5％、1.6％、1.8％、1.9％、2％。優(yōu)選地，K值可以為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。優(yōu)選地，堿金屬碳酸鹽包括碳酸鋰、碳酸鉀、碳酸鈉中的一種或兩種以上混合物。優(yōu)選地，堿金屬碳酸鹽包括碳酸鋰、碳酸鉀和碳酸鈉。優(yōu)選地，碳酸鋰、碳酸鉀、碳酸鈉重量配比為7～9：3～5：2～4。優(yōu)選地，碳酸鋰、碳酸鉀、碳酸鈉重量配比為8：4：3。優(yōu)選地，藥芯占藥芯焊絲重量百分數(shù)為20-25％。優(yōu)選地，藥芯組分按重量百分比包括：氧化鈣15％，石墨5％，堿金屬碳酸鹽10％，鎳6％，錳4.5％,金紅石7％，鎂鋁合金8％，鈮0.095％，鉻鐵2.5％，石英4％，氮0.02％，鋯1.0％，余量為鐵和不可避免的雜質；一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲的制備方法，包括如下步驟：S1：按配比稱取藥芯中氧化鈣、石墨和堿金屬碳酸鹽，混合均勻，球磨，干燥得到混合物料；S2：按配比稱取藥芯中剩余原料，與S1得到的混合物料混合均勻，球磨，過篩得到藥芯粉；S3：將低碳鋼帶進行表明清洗，干燥，卷成U型形成U型低碳鋼帶，將藥芯粉加入U型低碳鋼帶內，將U型低碳鋼帶卷成O型形成O型低碳鋼帶；S4：將S3得到的O型低碳鋼帶拉拔成絲材，將拉好的絲材軋制后進行二次拉拔，得到焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲。優(yōu)選地，S1球磨時間為30-60min。優(yōu)選地，S1球磨后混合物料粒徑小于200目。優(yōu)選地，在S1中，干燥溫度為150℃，干燥時間為10-20min。優(yōu)選地，S2球磨時間為1-1.5h。優(yōu)選地，S2球磨后藥芯粉的粒徑小于400目。優(yōu)選地，S3干燥溫度為90-100℃，干燥時間為10-20min。優(yōu)選地，S4中將O型鋼帶拉拔至直徑為2.5-3.0mm的絲材。優(yōu)選地，S4中控制絲材出線速度為6m/s。優(yōu)選地，在S4中，二次拉拔后至焊絲的直徑為1.2-2.0mm。其中，各組分的作用如下：氧化鈣：調節(jié)熔渣堿度，提高焊縫金屬沖擊韌性，降低石英O2活度，有利于鋯O2形核，促使針狀鐵素體形核，從而提高焊縫金屬沖擊韌性。氧化鈣過少發(fā)揮不了提高韌性的作用；過多又會使熔渣熔點變高，渣聚集成團，焊縫成形變差，焊接時飛濺變多變大。石墨：增加焊縫的耐磨性和強度，增加焊絲的導電性，提高電離效率，與堿金屬碳酸配合使用提高電弧的穩(wěn)定性，增強焊縫金屬傳熱速度，減少擴散氫。堿金屬碳酸鹽：提高電弧的有效電離度，使電弧在焊接過程中易于上爬從而穩(wěn)定電弧，減少熔滴飛濺。鎳：有利于提高焊縫金屬的韌性尤其是低溫沖擊韌性，降低脆性轉變溫度；與鉻鐵合理搭配，可有效控制焊縫金屬的相轉變過程，得到馬氏體和一定比例的殘余奧氏體的復合組織，從而兼顧高的抗裂性、高強度和高韌性。錳：改善焊縫成型，提高熔敷金屬的塑性和韌性。金紅石：作為造渣劑，由于金紅石含量過高時TiO2會影響焊縫夾雜物的形態(tài)，金紅石的用量控制在6～8％范圍內。鎂鋁合金：與金紅石協(xié)同作為脫氧劑，同時能形成穩(wěn)定的氮化物，使焊絲固溶強化，改善焊絲的力學強度。鈮：細化晶粒，增強焊絲的塑性和韌性，同時與C形成碳化物，增強焊縫金屬的硬度和耐磨性，碳化鈮影響碳化鉻的析出數(shù)量和析出時間。本發(fā)明中金紅石、鎂鋁合金、鈮三者搭配使用，Ti、Al和Nb三者配比達到平衡時，能產(chǎn)生強烈的脫氧過程，使得焊接過程中焊縫金屬夾雜物在短時間內長大，促進了針狀鐵素體的生長，增強了焊縫的韌度。鉻鐵：鉻是提高焊縫金屬強度的有效元素之一，具有細化焊縫金屬組織，增加淬透性的功用。石英：主要成為為SiO2起到強化焊縫的作用，由于硅含量過多會降低焊縫的韌性，本發(fā)明控制石英含量為3～5％。氮：在焊接過程中形成氮化物，氮化物的數(shù)量超過一定極限,會造成焊縫金屬沖擊韌性的下降；而氮含量過低，熔覆金屬中的氮化物少，力學性能差，因此，控制氮含量為0.01～0.03％。本發(fā)明在藥芯中石墨在焊縫金屬中均勻分布，與造渣劑搭配使用形成硬質結構，增強焊縫金屬的拉伸強度和耐磨性，同時配用堿金屬碳酸鹽提高電弧的穩(wěn)定性，減小、減少熔滴飛濺，石墨加快了熔敷金屬的傳熱速度，使敷熔金屬在焊接時受熱均勻，減小焊縫金屬的內應力，有效減少了焊接裂紋，改善了堿金屬焊絲的焊接性能；控制鈦、鋁、鈮和氮的重量配比，并確定四者含量的函數(shù)關系：0.013≤0.29[Ti]+0.52[Al]+0.27[Nb]-[N]≤0.032，當鈦、鋁、鈮和氮處于所述函數(shù)關系時，焊絲的焊接性能最佳，能有效的減少冷裂紋的出現(xiàn)，兼顧了焊縫金屬的強度和韌性，加入鎳提高焊縫金屬的韌性尤其是低溫沖擊韌性，與鉻鐵合理發(fā)配可有效控制焊縫金屬的相轉變過程，得到馬氏體和一定比例的殘余奧氏體的復合組織，提高了焊縫的硬度和耐磨性。本發(fā)明在保證堿性藥芯焊絲耐磨性，兼顧了焊縫金屬的綜合力學性能，同時改善了藥芯焊絲焊接工藝性能，提高了電弧穩(wěn)定性，減少、減小了飛濺顆粒，滿足的實際生產(chǎn)對耐磨藥芯焊絲的要求。具體實施方式下面，通過具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。實施例1一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和填充在低碳鋼外皮內藥芯，藥芯按重量百分比包括：氧化鈣10％，石墨3％，堿金屬碳酸鹽7％，鎳4％，錳3％,金紅石6％，鎂鋁合金5％，鈮0.11％，鉻鐵2％，石英3％，氮0.03％，鋯0.2％，余量為鐵和不可避免的雜質；其中，由下式規(guī)定的K值為0.013；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示鋁鎂合金折合成鋁含量在藥芯組分中的重量百分比,[Ti]表示金紅石折合成鈦含量在藥芯組分中的重量百分比，[Nb]表示鈮含量在藥芯組分中的重量百分比，[N]表示氮含量在藥芯組分中的重量百分比。實施例2一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和填充在低碳鋼外皮內藥芯，藥芯按重量百分比包括：氧化鈣20％，石墨8％，碳酸鋰13％，鎳7％，錳6％,金紅石8％，鎂鋁合金9％，鈮0.083％，鉻鐵3％，石英5％，氮0.01％，鋯2％，余量為鐵和不可避免的雜質；其中，由下式規(guī)定的K值為0.032；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示鋁鎂合金折合成鋁含量在藥芯組分中的重量百分比,[Ti]表示金紅石折合成鈦含量在藥芯組分中的重量百分比，[Nb]表示鈮含量在藥芯組分中的重量百分比，[N]表示氮含量在藥芯組分中的重量百分比。實施例3一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和填充在低碳鋼外皮內藥芯，藥芯按重量百分比包括：氧化鈣15％，石墨5％，碳酸鉀5％、碳酸鈉5％，鎳6％，錳4.5％,金紅石7％，鎂鋁合金8％，鈮0.095％，鉻鐵2.5％，石英4％，氮0.02％，鋯1.0％，余量為鐵和不可避免的雜質；藥芯的填充率為20％，其中，由下式規(guī)定的K值為0.021；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示鋁鎂合金折合成鋁含量在藥芯組分中的重量百分比,[Ti]表示金紅石折合成鈦含量在藥芯組分中的重量百分比，[Nb]表示鈮含量在藥芯組分中的重量百分比，[N]表示氮含量在藥芯組分中的重量百分比。實施例4一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和填充在低碳鋼外皮內藥芯，藥芯按重量百分比包括：氧化鈣11％，石墨3.5％，碳酸鋰7％、碳酸鉀3％、碳酸鈉2％，鎳4.5％，錳5.2％,金紅石6.5％，鎂鋁合金5.5％，鈮0.088％，鉻鐵2.2％，石英3.5％，氮0.025％，鋯0.7％，余量為鐵和不可避免的雜質；藥芯的填充率為25％，其中，由下式規(guī)定的K值為0.015；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示鋁鎂合金折合成鋁含量在藥芯組分中的重量百分比,[Ti]表示金紅石折合成鈦含量在藥芯組分中的重量百分比，[Nb]表示鈮含量在藥芯組分中的重量百分比，[N]表示氮含量在藥芯組分中的重量百分比。焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲由如下方法制得：S1：按配比稱取藥芯中氧化鈣、石墨和堿金屬碳酸鹽，混合均勻，球磨，干燥得到混合物料；S2：按配比稱取藥芯中剩余原料，與S1得到的混合物料混合均勻，球磨，過篩得到藥芯粉；S3：將低碳鋼帶進行表明清洗，干燥，卷成U型形成U型低碳鋼帶，將藥芯粉加入U型低碳鋼帶內，將U型低碳鋼帶卷成O型形成O型低碳鋼帶；S4：將S3得到的O型低碳鋼帶拉拔成絲材，將拉好的絲材軋制后進行二次拉拔，得到焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲。實施例5一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和填充在低碳鋼外皮內藥芯，藥芯按重量百分比包括：氧化鈣16.5％，石墨5.2％，碳酸鋰4.5％、碳酸鉀2.5％、碳酸鈉2％，鎳6.3％，錳3.8％,金紅石7.1％，鎂鋁合金7.8％，鈮0.091％，鉻鐵2.8％，石英3.4％，氮0.018％，鋯1.3％，余量為鐵和不可避免的雜質；藥芯的填充率為22％，其中，由下式規(guī)定的K值為0.023；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示鋁鎂合金折合成鋁含量在藥芯組分中的重量百分比,[Ti]表示金紅石折合成鈦含量在藥芯組分中的重量百分比，[Nb]表示鈮含量在藥芯組分中的重量百分比，[N]表示氮含量在藥芯組分中的重量百分比。焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲由如下方法制得：S1：按配比稱取藥芯中氧化鈣、石墨和堿金屬碳酸鹽，混合均勻，球磨30min至混合物料粒徑小于200目，在溫度為150℃條件下干燥10min得到混合物料；S2：按配比稱取藥芯中剩余原料，與S1得到的混合物料混合均勻，球磨1h，過400目篩得到藥芯粉；S3：將低碳合金鋼帶進行表明清洗，在溫度為90℃條件下干燥10min，卷成U型形成U型低碳鋼帶，將藥芯粉加入U型鋼帶內，將鋼帶卷成O型形成O型低碳鋼帶；S4：將S3得到的O型鋼帶拉拔至直徑為2.5mm的絲材，控制絲材出線速度為6m/s，將拉好的絲材軋制后二次拉拔至直徑為1.2mm，得到焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲。實施例6一種焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和填充在低碳鋼外皮內藥芯，藥芯按重量百分比包括：氧化鈣19％，石墨6.8％，碳酸鋰4％、碳酸鉀2％、碳酸鈉1.5％，鎳5.3％，錳5.8％,金紅石8％，鎂鋁合金8.2％，鈮0.096％，鉻鐵0.27％，石英4.3％，氮0.012％，鋯0.9％，余量為鐵和不可避免的雜質；藥芯的填充率為23％，其中，由下式規(guī)定的K值為0.031；K＝29[Ti]+52[Al]+27[Nb]-100[N]；其中[Al]表示鋁鎂合金折合成鋁含量在藥芯組分中的重量百分比,[Ti]表示金紅石折合成鈦含量在藥芯組分中的重量百分比，[Nb]表示鈮含量在藥芯組分中的重量百分比，[N]表示氮含量在藥芯組分中的重量百分比。焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲由如下方法制得：S1：按配比稱取藥芯中氧化鈣、石墨和堿金屬碳酸鹽，混合均勻，球磨，干燥得到混合物料；S2：按配比稱取藥芯中剩余原料，與S1得到的混合物料混合均勻，球磨1.5h，過400目篩得到藥芯粉；S3：將低碳合金鋼帶進行表明清洗，在溫度為100℃條件下干燥20min，卷成U型形成U型低碳鋼帶，將藥芯粉加入U型鋼帶內，將鋼帶卷成O型形成O型低碳鋼帶；S4：將S3得到的O型鋼帶拉拔至直徑為3.0mm的絲材，控制絲材出線速度為6m/s，將拉好的絲材軋制后二次拉拔至直徑為2.0mm，得到焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲。將實施例5-6制得的焊接性能優(yōu)良的耐磨堿性藥芯焊絲與高鉻鐵焊絲的耐磨性能進行測試，測試結果如下表所示：相對耐磨性(ε)抗拉強度/MPa飛濺率/％實施例52.857501.6實施例62.867561.5高鉻鐵焊絲2.037032.8從上表可以看出本發(fā)明加入石墨和造渣劑搭配使用增強了焊縫的耐磨性，鎂鋁合金和金紅石協(xié)同作用強化了熔敷金屬的固溶相，進一步提高了焊縫金屬的耐磨性和強度，同時控制Ti、Al、Nb與N的配比，顯著減少了熔滴飛濺。與高鉻鐵焊絲相比本發(fā)明具有耐磨性更好，，同時具備很好的抗壓強度，焊接過程飛濺率低，焊接性能良好。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3