CN109317860A - 25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝，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1.0％‑4.0％，锰铁粉7.0％～10.0％，镍粉10.0％～13.0％，铬粉9.0％～16.0％，钼铁粉3.0％～8.0％，钒铁粉1.0％～3.0％，钛铁粉3.0％～5.0％，稀土粉末1.0％～2.0％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。本发明药芯焊丝焊接得到的焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性，能够得到马氏体焊缝组织，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性；本发明还开了其制备方法，该方法简单，操作方便，适用于自动焊机，具有较高的生产效率。
Description
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。
背景技术
25CrNiMoV合金钢，含有沉淀强化元素Cr、Ni、Mo和V，可用于制造汽轮机主轴、叶轮，一般用于制造汽轮机高中压转子，能够在较高温度(300～570℃)及较高应力下运转，存在回火上贝氏体组织，为提高淬透性加入一部分Ni。该钢的成分是：C：0.22％～0.28％，Si：≤0.30％，Mn：≤0.70％，P：≤0.0020％，S：≤0.030％，Ni：1.00％～1.50％，Cr：1.00％～1.50％，Mo：0.25％～0.45％，V：0.05％～0.15％。由于Cr、Mo、V、Nb等强化合金元素的加入，因此该钢在具有较高的常温性能以外，同时还具有高的高温持久强度和高温蠕变强度。
25CrNiMoV正火后的组织为铁素体加珠光体，合金元素含量较少，总量在5％以下，为低合金耐热钢。在其使用温度范围内有足够的高温强度，抗氧化腐蚀性能和良好的组织性质稳定性，这类钢还具有良好的抗硫和氢腐蚀的能力，并且工艺性能良好，价格低廉，在石油、化工、电力和其他工业部门得到了广泛的应用。在火电行业中应用的最为广泛，普遍用于高温高压、超高压、亚临界及超临界机组中较高工作温度下的锅炉受热面管子、蒸汽管道、联箱、汽轮机转子、汽轮机汽缸铸件及紧固件等金属构件。
作为汽轮机转子用钢，25CrNiMoV合金钢在具有高强度的同时还具有良好的塑性。由于Ni、Cr的加入，该钢淬透性良好，无自由铁素体析出，保证了在整个截面上能够获得均匀的组织和强度性能，并有高的抗疲劳的能力。钢中碳含量不超过0.20％～0.28％，焊接性良好。
25CrNiMoV合金钢目前常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、电渣焊及钨极氩弧焊等，关于25CrNiMoV合金钢焊接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，尚未见关于其熔焊金属型药芯焊丝的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝，焊接后能够得到低合金钢焊缝组织，且焊接接头具有优良的力学性能。
本发明的另一个目的是提供一种25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝，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1.0％-4.0％，锰铁粉7.0％～10.0％，镍粉10.0％～13.0％，铬粉9.0％～16.0％，钼铁粉3.0％～8.0％，钒铁粉1.0％～3.0％，钛铁粉3.0％～5.0％,稀土粉末1.0％～2.0％，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：
焊皮为低碳钢钢带，低碳钢钢带杂质元素的质量百分比为：P≦0.035％，S≦0.03％。
药芯焊丝中药芯粉末的填充率为20wt％-25wt％。
本发明所采用的另一个技术方案是，上述25CrNiMoV合金钢用金属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1.0％-4.0％，锰铁粉7.0％～10.0％，镍粉10.0％～13.0％，铬粉9.0％～16.0％，钼铁粉3.0％～8.0％，钒铁粉1.0％～3.0％，钛铁粉3.0％～5.0％,稀土粉末1.0％～2.0％，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称取的所有原料混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为200-300℃，烘干时间为2-3h，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔，第一道拉拔磨具孔径为2.5mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，减小拉拔磨具孔径，拉拔至1.18mm成型；
步骤5：经步骤4焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮或无水乙醇的棉布擦拭焊丝上的油污，得到25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝。
本发明的特点还在于，
步骤3中，低碳钢钢带宽度为7mm，厚度为0.4mm。
步骤3中，焊丝中药芯粉末的填充量为20wt％-25wt％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明药芯焊丝焊接得到的焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性，能够得到马氏体焊缝组织，焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性；
(2)本发明药芯焊丝形成的焊缝表面光洁，无气孔无夹渣，焊后无需清理，可连续施焊；
(3)本发明药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，适用于自动焊机，具有较高的生产效率。
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25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝，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1.0％-4.0％，锰铁粉7.0％～10.0％，镍粉10.0％～13.0％，铬粉9.0％～16.0％，钼铁粉3.0％～8.0％，钒铁粉1.0％～3.0％，钛铁粉3.0％～5.0％,稀土粉末1.0％～2.0％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
焊皮为低碳钢钢带，低碳钢钢带钢带杂质元素的质量百分比为：P≦0.035％，S≦0.03％；
该焊丝中药芯粉末的的填充量为20wt％-25wt％。
该焊丝中各组分的作用和功能如下：
硅铁在焊接过程中脱氧，在焊缝中可排除焊缝中的氧，增加强度和硬度，还可以提高钢的耐酸、耐热性能及电阻率；
锰铁在焊接过程中脱氧、脱硫，放热并加快反应速度，提高焊缝的强度和硬度，其中锰为奥氏体稳定化元素，使奥氏体相变移向较低的温度，共析反应在较低的碳浓度和温度下进行，抑制其在较高温度下向多边形铁素体相变；
镍是一种可以在奥氏体中无限固溶，是奥氏体区无限扩大的元素，在焊接冷却过程中可以大大降低奥氏体的转变温度，从而抑制块状先共析铁素体的形成，有利于促进针状铁素体的形成，和较低的相转变温度也可以保证均匀细小的针状铁素体析出，使得焊缝韧性好，所以，镍是一种可以促进奥氏体含量并且改善焊缝金属韧性的元素；
铬对强度的提高有一定的作用，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，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；
钼铁能提高钢的强度、硬度，细化晶粒，防止回火脆性和过热倾向，提高高温强度、蠕变强度及持久强度，Mo元素能够推迟先共析铁素体转变而有利于形成贝氏体结构，少量加入即能够大大提高熔敷金属的强度。
钒铁可脱氧、脱氮，提高高温强度，限制加热时晶粒的长大，提高钢的密度，促使晶粒细化，提高机械强度，是有效形成碳化元素；
钛铁作为强脱氧剂，并且能够形成Ti(C、N)化合物，其熔点较高，可作为结晶核心，细化焊缝晶粒，起到弥散强化和细晶强化的作用，并能够有效提高焊接接头的冲击韧性；
稀土元素的加入能够起到变质及净化作用。
25CrNiMoV合金钢用金属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1.0％-4.0％，锰铁粉7.0％～10.0％，镍粉10.0％～13.0％，铬粉9.0％～16.0％，钼铁粉3.0％～8.0％，钒铁粉1.0％～3.0％，钛铁粉3.0％～5.0％,稀土粉末1.0％～2.0％，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称取的所有原料混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为200-300℃，烘干时间为2-3h，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝拔丝机将步骤2中得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，钢带宽度为7mm，厚度为0.4mm，焊丝中药芯粉末的的填充量为20wt％-25wt％，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔，第一道拉拔磨具孔径为2.5mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，减小拉拔磨具孔径，拉拔至1.18mm成型；
步骤5：经步骤4焊丝拉拔完毕后，用蘸有酒精的棉布擦拭焊丝上的油污，最终经拉丝机将焊丝拉直、盘成圆盘、密封包装，得到25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝。
焊接25CrNiMoV合金钢的方法：采用熔化极气体保护焊(GMAW)进行焊接，焊接电流为180-210A，电压为18-22V，保护气体为CO2、Ar或Ar20％-CO280％混合气体，气体流速为15-20L/min。
实施例1
步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉1.0％，锰铁粉9.0％，镍粉10.0％，铬粉16.0％，钼铁粉5.0％，钒铁粉2.0％，钛铁粉4.0％,稀土粉末2.0％，铁粉51.0％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为3h，得到药芯粉末；
步骤3：将宽度为7mm、厚度0.4mm的低碳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低碳钢钢带轧制成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20％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔至直径为1.18mm，用蘸有丙酮或无水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25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝。
用实施例1所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流180A，电压18V，保护气体为Ar气体，气体流速为15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为763Mpa，屈服极限为645Mpa，断面收缩率55％，冲击功为59J，性能符合25CrNiMoV合金钢焊接接头的使用要求。
实施例2
步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉3.0％，锰铁粉8.0％，镍粉13.0％，铬粉13.0％，钼铁粉5.0％，钒铁粉1.0％，钛铁粉3.0％,稀土粉末1.0％，铁粉53.0％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为250℃，烘干时间为2.5h，得到药芯粉末；
步骤3：将宽度为7mm、厚度0.4mm的低碳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低碳钢钢带轧制成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22％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔至直径为1.18mm，用蘸有丙酮或无水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25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝。
用实施例2所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流200A，电压18V，保护气体为Ar气体，气体流速为15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为760Mpa，屈服极限为642Mpa，断面收缩率58％，冲击功为63J，性能符合25CrNiMoV合金钢焊接接头的使用要求。
实施例3
步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉2.0％，锰铁粉7.0％，镍粉11.0％，铬粉9.0％，钼铁粉8.0％，钒铁粉2.0％，钛铁粉4.0％,稀土粉末2.0％，铁粉55.0％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为300℃，烘干时间为2h，得到药芯粉末；
步骤3：将宽度为7mm、厚度0.4mm的低碳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低碳钢钢带轧制成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25％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔至直径为1.18mm，用蘸有丙酮或无水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25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝。
用实施例3所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流200A，电压20V，保护气体为Ar气体，气体流速为15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为753Mpa，屈服极限为638Mpa，断面收缩率54％，冲击功为55J，性能符合25CrNiMoV合金钢焊接接头的使用要求。
实施例4
步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉2.0％，锰铁粉10.0％，镍粉12.0％，铬粉10.0％，钼铁粉3.0％，钒铁粉3.0％，钛铁粉5.0％,稀土粉末1.0％，铁粉54.0％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为220℃，烘干时间为3h，得到药芯粉末；
步骤3：将宽度为7mm、厚度0.4mm的低碳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低碳钢钢带轧制成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22％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔至直径为1.18mm，用蘸有丙酮或无水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25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝。
用实施例4所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流220A，电压20V，保护气体为Ar气体，气体流速为15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为782Mpa，屈服极限为650Mpa，断面收缩率57％，冲击功为61J，性能符合25CrNiMoV合金钢焊接接头的使用要求。
实施例5
步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉4.0％，锰铁粉10.0％，镍粉12.0％，铬粉16.0％，钼铁粉3.0％，钒铁粉2.0％，钛铁粉4.0％,稀土粉末2.0％，铁粉47.0％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为250℃，烘干时间为2.5h，得到药芯粉末；
步骤3：将宽度为7mm、厚度0.4mm的低碳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低碳钢钢带轧制成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25％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔至直径为1.18mm，用蘸有丙酮或无水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25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝。
用实施例5所制得的药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊接条件为：电流220A，电压20V，保护气体为Ar气体，气体流速为15L/min；经测试，焊接接头的抗拉强度为794Mpa，屈服极限为654Mpa，断面收缩率59％，冲击功为66J，性能符合25CrNiMoV合金钢焊接接头的使用要求。
Claims (6)
1.25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝，其特征在于，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1.0％-4.0％，锰铁粉7.0％～10.0％，镍粉10.0％～13.0％，铬粉9.0％～16.0％，钼铁粉3.0％～8.0％，钒铁粉1.0％～3.0％，钛铁粉3.0％～5.0％,稀土粉末1.0％～2.0％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝，其特征在于，所述焊皮为低碳钢钢带，所述低碳钢钢带杂质元素的质量百分比为：P≦0.035％，S≦0.03％。
3.根据权利要求1所述的25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝中药芯粉末的填充率为20wt％-25wt％。
4.25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取硅铁粉1.0％-4.0％，锰铁粉7.0％～10.0％，镍粉10.0％～13.0％，铬粉9.0％～16.0％，钼铁粉3.0％～8.0％，钒铁粉1.0％～3.0％，钛铁粉3.0％～5.0％,稀土粉末1.0％～2.0％，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称取的所有原料混合均匀，置于烘干炉中烘干，烘干温度为200-300℃，烘干时间为2-3h，得到药芯粉末；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔，第一道拉拔磨具孔径为2.5mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，减小拉拔磨具孔径，拉拔至1.18mm成型；
步骤5：经步骤4焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮或无水乙醇的棉布擦拭焊丝上的油污，得到25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝。
5.根据权利要求4所述的25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤3中，低碳钢钢带宽度为7mm，厚度为0.4mm。
6.根据权利要求4所述的25CrNiMoV合金钢用金属型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤3中，焊丝中药芯粉末的填充量为20wt％-25wt％。
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