CN109317862A

CN109317862A - 25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN109317862A
Application number: CN201811339057.9A
Authority: CN
Inventors: 张敏; 仝雄伟; 程康康; 李洁; 贾芳; 许帅; 董玉凡
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2019-02-12

Abstract

本发明公开了25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：硅粉1％‑4％，锰粉3％‑7％，铬粉8％‑12％，镍粉7％‑11％，钼粉3％‑5％，钒粉2％‑5％，金红石粉8％‑13％，萤石粉25％‑30％，锆英砂粉6％‑13％，碳酸钙粉2％‑7％，氧化铁粉3％‑10％，铝镁合金粉2％‑7％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。本发明药芯焊丝焊缝成型美观，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。本发明还公开了其制备方法，该方法简单易操作。

Description

25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝及其制备方法

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用气保护型药芯焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。

背景技术

25CrNiMoV为低碳合金钢，含有沉淀强化元素Cr、Ni、Mo和V，一般用于制造汽轮机高中压转子(一般均用低碳或中碳Cr、Mo、V钢制造)，在较高温度(300～570℃)和较高应力(35～25MPa)下运转，有回火上贝氏体组织。25CrNiMoV要有较高的常温性能以外，还要有高的高温持久强度和高温蠕变强度，为此，除适当提高碳含量外，还需向钢中加入Cr、Mo、V等强化合金元素。为了获得均匀的组织和良好的强度性能，保证心部无自由铁素体析出，需向钢中加入Ni、Cr以提高淬透性。同时，25CrNiMoV正火后的组织为铁素体+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。25CrNiMoV低碳合金钢的化学成分为Si≤0.3％，Mn≤0.7％，Ni1.00％-1.50％，Cr1.00％-1.50％，Mo％0.25-0.45％，V0.05％-0.15％等。

发明内容

本发明的目的是提供一种25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝，其具有良好的焊接工艺性能，焊接飞溅少，焊缝成型美观。

本发明的另一个目的是提供一种25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：硅粉1％-4％，锰粉3％-7％，铬粉8％-12％，镍粉7％-11％，钼粉3％-5％，钒粉2％-5％，金红石粉8％-13％，萤石粉25％-30％，锆英砂粉6％-13％，碳酸钙粉2％-7％，氧化铁粉3％-10％，铝镁合金粉2％-7％，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。

药芯焊丝中药芯粉末的填充量为15wt％-20wt％。

本发明所采用的另一个技术方案是，上述25CrNiMoV用气保护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粉1％-4％，锰粉3％-7％，铬粉8％-12％，镍粉7％-11％，钼粉3％-5％，钒粉2％-5％，金红石粉8％-13％，萤石粉25％-30％，锆英砂粉6％-13％，碳酸钙粉2％-7％，氧化铁粉3％-10％，铝镁合金粉2％-7％，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称取的金红石粉、萤石粉、锆英砂粉、碳酸钙粉、氧化铁粉及铝镁合金粉混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉B；

步骤3：将步骤1称取的硅粉、锰粉、铬粉、镍粉、钼粉、钒粉及铁粉与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于烘干炉中烘干，得到药芯粉末；

步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3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，得到焊丝半成品，用丙酮擦拭干净再进行拉拔，拉拔至直径为1.2-1.6mm；

步骤5：焊丝半成品经步骤4拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布擦拭焊丝上的油污，得到25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝。

本发明的特点还在于，

步骤2中：烧结温度为650℃-750℃，烧结时间为4-6h，过筛粒度60-140目。

步骤3中：烘干温度为200℃-300℃，烘干时间为2h-3h。

步骤4中：低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm。

步骤4中：焊丝中药芯粉末的的填充量为15wt％-20wt％。

本发明的有益效果是：

(1)本发明药芯焊丝和不锈钢焊条、实心焊丝相比，具有焊接飞溅少、焊缝成型美观、良好焊接工艺性能的优点；可用于连续送丝自动焊机，具有节约保护气体和较高的生产效率；

(2)本发明药芯焊丝利用矿物渣系产生熔渣，使焊接时形成的熔池得到保护，起到了气保护的作用；

(3)本发明药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。

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用气保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：硅粉1％-4％，锰粉3％-7％，铬粉8％-12％，镍粉7％-11％，钼粉3％-5％，钒粉2％-5％，金红石粉8％-13％，萤石粉25％-30％，锆英砂粉6％-13％，碳酸钙粉2％-7％，氧化铁粉3％-10％，铝镁合金粉2％-7％，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。

药芯焊丝中药芯粉末的填充量为15wt％-20wt％。

该焊丝中各组分的作用和功能如下：

硅，Si也来自生铁与脱氧剂。Si脱氧能力比Mn强，是主要的脱氧剂，能消除FeO夹杂对钢的不良影响。Si能与FeO作用而形成SiO₂，然后进入炉渣而被排除。Si除了形成SiO₂作为杂质存在于钢中以外，在室温下Si大部分溶于铁素体中，因此Si对钢有强化作用；

锰，Mn是奥氏体稳定元素，锰的加入能够显著降低组织转变是的奥氏体向铁素体转变的温度。同时，锰在降低脆性转变温度方面效果明显。药芯中的锰还有一定的脱氧脱硫作用，能够与锰结合生成氧化锰，并且还能够与硫反应生成稳定的硫化锰，以此来减少焊缝中低熔点相硫化铁的生成，提高了焊缝金属的抗热裂纹能力；

铬，Cr在熔敷金属中是促使铁素体形成并稳定的元素，此处添加铬元素，一方面是保证焊缝金属的耐腐蚀性能，另一方面对强度的提高也有一定的作用。研究表明，在低碳钢的基础上加入一定量的铬元素，既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；又能有效的提高钢的点蚀电位值，降低钢对点蚀的敏感性。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，但是随着铬含量的过量添加，一些金属间化合物的析出倾向逐渐增大，它们的形成与存在会显著降低钢的塑韧性及耐蚀性；

镍，Ni可以在奥氏体中完全溶解，在焊接高温冷却过程，Ni可以大大降低奥氏体转变温度，低的相转变温度可以保证均匀细小的针状铁素体的析出，抑制块状先共析铁素体的形成，有利于提高焊缝韧性；

钼，Mo可以缩小奥氏体相区，其在焊缝中固溶于奥氏体或以强碳化合物的形式存在，可以推迟先共析铁素体转变而有利于形成贝氏体结构，加入少量的Mo就会使熔敷金属的强度大大提高而且还可以提高韧性。加入微量Ti后Mo-Ti的结合更能优化焊缝组织，使焊缝的组织更加均匀，冲击韧性得到明显提高；

萤石是低氢型焊条的一种重要材料，其主要作用是造渣，在碱性渣里，它能降低渣的熔点，粘度和表面张力，增加渣的流动性，可以减少焊缝金属中的气体杂质，有一定的去氢作用。

金红石，金红石属于低电离元素的物质，有稳弧的作用，可改善焊丝的引弧性能并且提高电弧燃烧的稳定性，而且金红石还具有一定的造渣功能，可以使焊丝药芯在焊接熔化的过程中实现“短渣”的特性，对焊缝熔态金属的铺展十分有利，还可以起到稳定电弧的作用，适量的金红石不仅稳弧，而且减少焊接飞溅，还能促进熔池金属的铺展，使焊缝成型良好以减少焊缝中气孔的形成；

锆英砂的主要作用是改善脱渣性能。锆英砂的主要成分是ZrO₂和SiO₂，其中ZrO₂是造渣的主要成分，同时可以调整渣的物理性能，改善脱渣性。如果配比含量太少起不到改善脱渣性的作用，配比含量过大时，在焊接过程中会有大颗粒金属液滴爆出，会产生较大的飞溅，而且熔池还会变得过大，不利于全位置焊接；

氧化铁是气保护药芯焊丝渣系中非常重要的一种组分，可以改善熔渣的表面张力，使焊缝表面光洁。但是，氧化铁的加入同样会对气保护药芯焊丝的性能产生不良影响，所以氧化铁的含量不宜过高；

碳酸钙，CaO是碱性熔渣中重要的碱性氧化物，在焊材的研制中通常以CaCO₃的形式加入。CaCO₃不存在融化相，在电弧空间能直接由固相分解，形成CaO和大量的CO₂气体，一方面可以提高熔渣碱度、净化焊缝，另一方面生成的气体能够包围在焊接反应区外，将熔池与有害的空气隔绝开，起到有效的气体保护作用；

药芯中还需加入少量的铝镁合金。铝和镁都是很好的脱氧剂，自保护药芯焊丝中加入适量的Al和Mg可以起到很好的先期脱氧以及固氮作用，而反应生产的产物大部分会进入熔渣，调节熔渣的碱度，改善焊丝的工艺性能。

25CrNiMoV用气保护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：硅粉1％-4％，锰粉3％-7％，铬粉8％-12％，镍粉7％-11％，钼粉3％-5％，钒粉2％-5％，金红石粉8％-13％，萤石粉25％-30％，锆英砂粉6％-13％，碳酸钙粉2％-7％，氧化铁粉3％-10％，铝镁合金粉2％-7％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。

步骤2中：烧结温度为650℃-750℃，烧结时间为4-6h，过筛粒度60-140目；

步骤3中：烘干温度为200℃-300℃，烘干时间为2h-3h；

步骤4中：低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm；

步骤4中：焊丝中药芯粉末的的填充量为15wt％-20wt％；

步骤5：焊丝半成品经步骤4拉拔完毕后，用蘸有丙酮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用气保护型药芯焊丝。

实施例1

步骤1：按质量百分比分别称取硅粉20g，锰粉50g，铬粉120g，镍粉80g，钼粉30g，钒粉30g，金红石粉100g，萤石粉250g，锆英砂粉90g，碳酸钙粉40g，氧化铁粉60g，铝镁合金粉50g，铁粉80g；

步骤2：将步骤1称取的金红石粉，萤石粉，锆英砂粉，碳酸钙粉，氧化铁粉，铝镁合金粉混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中650℃烧结4h，碾碎、过60目筛网，得到混合药粉B；

步骤3：将步骤1称取的硅粉，锰粉，铬粉，镍粉，钼粉，钒粉及铁粉与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于烘干炉中200℃烘干2h，得到药芯粉末；

步骤4：将宽度为7mm、厚度0.3mm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不锈钢钢带轧制成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16％，然后用成型机使U型槽碾压闭合，用丙酮擦拭干净再进行拉拔至直径为1.2mm，用蘸有丙酮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用气保护型药芯焊丝。

实施例1制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)，保护气体为CO₂。焊接条件为：焊接电流为140-180A，焊接电压为15.5-24.5V。经测试，焊接接头的抗拉强度为760Mpa，屈服极限为599Mpa，断面收缩率18％，冲击功为51J。性能符合25CrNiMoV低碳合金钢的使用要求。

实施例2

步骤1：按质量百分比分别称取硅粉30g，锰粉40g，铬粉110g，镍粉70g，钼粉40g，钒粉20g，金红石粉130g，萤石粉260g，锆英砂粉60g，碳酸钙粉30g，氧化铁粉50g，铝镁合金粉70g，铁粉90g；

步骤2：将步骤1称取的金红石粉，萤石粉，锆英砂粉，碳酸钙粉，氧化铁粉，铝镁合金粉混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中650℃烧结5h，碾碎、过80目筛网，得到混合药粉B；

步骤3：将步骤1称取的硅粉，锰粉，铬粉，镍粉，钼粉，钒粉及铁粉与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于烘干炉中200℃烘干3h，得到药芯粉末；

实施例2制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)，保护气体为CO₂。焊接条件为：焊接电流为140-180A，焊接电压为15.5-24.5V。经测试，焊接接头的抗拉强度为756Mpa，屈服极限为589Mpa，断面收缩率20％，冲击功为55J。性能符合25CrNiMoV低碳合金钢的使用要求。

实施例3

步骤1：按质量百分比分别称取硅粉20g，锰粉60g，铬粉100g，镍粉90g，钼粉50g，钒粉40g，金红石粉80g，萤石粉270g，锆英砂粉100g，碳酸钙粉50g，氧化铁粉30g，铝镁合金粉60g，铁粉50g；

步骤2：将步骤1称取的金红石粉，萤石粉，锆英砂粉，碳酸钙粉，氧化铁粉，铝镁合金粉混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中670℃烧结6h，碾碎、过90目筛网，得到混合药粉B；

步骤3：将步骤1称取的硅粉，锰粉，铬粉，镍粉，钼粉，钒粉及铁粉与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于烘干炉中300℃烘干2h，得到药芯粉末；

实施例3制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)，保护气体为CO₂。焊接条件为：焊接电流为140-180A，焊接电压为15.5-24.5V。经测试，焊接接头的抗拉强度为747Mpa，屈服极限为576Mpa，断面收缩率21％，冲击功为49J。性能符合25CrNiMoV低碳合金钢的使用要求。

实施例4

步骤1：按质量百分比分别称取硅粉30g，锰粉30g，铬粉110g，镍粉100g，钼粉30g，钒粉50g，金红石粉110g，萤石粉280g，锆英砂粉120g，碳酸钙粉20g，氧化铁粉80g，铝镁合金粉20g，铁粉20g；

步骤2：将步骤1称取的金红石粉，萤石粉，锆英砂粉，碳酸钙粉，氧化铁粉，铝镁合金粉混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中750℃烧结4h，碾碎、过110目筛网，得到混合药粉B；

步骤3：将步骤1称取的硅粉，锰粉，铬粉，镍粉，钼粉，钒粉及铁粉与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于烘干炉中300℃烘干3h，得到药芯粉末；

实施例4制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)，保护气体为CO₂。焊接条件为：焊接电流为140-180A，焊接电压为15.5-24.5V。经测试，焊接接头的抗拉强度为752Mpa，屈服极限为580Mpa，断面收缩率19％，冲击功为45J。性能符合25CrNiMoV低碳合金钢的使用要求。

实施例5

步骤1：按质量百分比分别称取硅粉40g，锰粉30g，铬粉90g，镍粉110g，钼粉30g，钒粉20g，金红石粉120g，萤石粉300g，锆英砂粉60g，碳酸钙粉70g，氧化铁粉90g，铝镁合金粉20g，铁粉20g；

步骤2：将步骤1称取的金红石粉，萤石粉，锆英砂粉，碳酸钙粉，氧化铁粉，铝镁合金粉混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中700℃烧结4h，碾碎、过140目筛网，得到混合药粉B；

实施例5制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)，保护气体为CO₂。焊接条件为：焊接电流为140-180A，焊接电压为15.5-24.5V。经测试，焊接接头的抗拉强度为761Mpa，屈服极限为590Mpa，断面收缩率18％，冲击功为53J。性能符合25CrNiMoV低碳合金钢的使用要求。

本发明药芯焊丝和不锈钢焊条、实心焊丝相比，具有焊接飞溅少、焊缝成型美观、良好焊接工艺性能的优点；可用于连续送丝自动焊机，具有节约保护气体和较高的生产效率；丝利用矿物渣系产生熔渣，使焊接时形成的熔池得到保护，起到了气渣联合的作用；制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。

Claims

1.25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝，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：硅粉1％-4％，锰粉3％-7％，铬粉8％-12％，镍粉7％-11％，钼粉3％-5％，钒粉2％-5％，金红石粉8％-13％，萤石粉25％-30％，锆英砂粉6％-13％，碳酸钙粉2％-7％，氧化铁粉3％-10％，铝镁合金粉2％-7％，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用气保护型药芯焊丝，其特征在于，所述焊皮为低碳钢钢带。

3.根据权利要求1所述的25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝中药芯粉末的填充量为15wt％-20wt％。

4.25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤2中：烧结温度为650℃-750℃，烧结时间为4-6h，过筛粒度60-140目。

6.根据权利要求4所述的25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中：烘干温度为200℃-300℃，烘干时间为2h-3h。

7.根据权利要求4所述的25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤4中：低碳钢钢带宽度为7mm，厚度0.3mm。

8.根据权利要求4所述的25CrNiMoV用气保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤4中：焊丝中药芯粉末的的填充量为15wt％-20wt％。