專(zhuān)利名稱(chēng)：：高強(qiáng)耐磨耐高溫納米合金焊條的制作方法高強(qiáng)耐磨耐高溫納米合金焊條
技術(shù)領(lǐng)域：
本項(xiàng)發(fā)明屬于一種合金鋼材焊接及其堆焊所使用的焊條材料。技術(shù)背景自黑色冶金行業(yè)發(fā)達(dá)以來(lái)，鋼鐵材料就一直作為人類(lèi)社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)中最重要的結(jié)構(gòu)材料之一而被廣泛使用，而且正日益發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們期望生產(chǎn)制造出具有非常優(yōu)異綜合性能的先進(jìn)鋼鐵材料，以此滿(mǎn)足社會(huì)的特別需求。應(yīng)該說(shuō)近年來(lái)相關(guān)學(xué)科的技術(shù)創(chuàng)新為鋼鐵材料的發(fā)展提供了許多條件，使得鋼鐵材料的性能有了很大的改善，鋼材質(zhì)量顯著提高。鋼材質(zhì)量的顯著提高以及鋼材品種的增加無(wú)疑為鋼鐵材料的應(yīng)用帶來(lái)了更廣泛的前景。但是在其使用的過(guò)程中，使得鋼材熔接在一起的焊接材料(以下簡(jiǎn)稱(chēng)焊條)也同樣的重要。沒(méi)有焊接材料，鋼材間只能依靠螺栓等零件實(shí)現(xiàn)相互連接，如果真的如此，則鋼材特別是鋼板的利用將大打折扣。因此焊接材料的研究也越發(fā)活躍起來(lái)。目前，焊條的種類(lèi)和牌號(hào)正逐步增多，同時(shí)也出現(xiàn)了帶有特殊功能的合金焊條，以其作為特殊的堆焊材料使用，發(fā)揮出特殊的性能。作為堆焊料使用的合金焊條多應(yīng)用在軋輥表面，工程機(jī)械鏟頭或鋒刃處，依靠堆焊出的材料結(jié)構(gòu)致密，因而可以明顯提高產(chǎn)品的耐磨耐沖擊性能。
發(fā)明內(nèi)容本項(xiàng)申請(qǐng)完成了一種具有十分優(yōu)良性能的焊條發(fā)明。其發(fā)明的原理在于將一些能夠有效制約鋼晶粒長(zhǎng)大的合金元素混合在渣劑之中形成焊藥，當(dāng)焊藥內(nèi)的焊芯在電流的作用下高溫熔化時(shí)，焊藥一并熔化且其中的合金元素進(jìn)入到焊心和焊藥熔化后共同形成的高溫熔池之中，高度均勻分散到瞬間形成的鋼水中且很快凝固，形成鋼鐵合金材料，把鋼板等熔接在一起，或者形成堆焊層。與以往的焊條相比，本發(fā)明制造的焊條同樣由焊芯和包覆在焊芯外邊的焊藥兩部分構(gòu)成，采用一般的焊條制作設(shè)備及其工藝條件進(jìn)行生產(chǎn)，其中焊芯同樣使用的是市場(chǎng)所普遍出售的H08A鋼普通焊芯，但使用的焊藥是由本項(xiàng)發(fā)明所完成的特殊成分配制而成的。該種焊藥是由鎢W、鈮Nb、鉬Mo、鉻Cr、釩V、錳Mn、鐵Fe和渣劑等多種成分按指定比例組成，其具體比例如下表l所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>其中表l中所列的渣劑主要由自焊條渣劑市場(chǎng)購(gòu)進(jìn)的石英、長(zhǎng)石、太白粉、大理石、金紅石、螢石、白泥、石墨等物料組成，其中各種物料在焊藥材料中所占的重量百分?jǐn)?shù)如表2所列表2<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>如前所述，本項(xiàng)發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的納米合金焊條，采用的制作方法同普通焊條制作方法相同。即按照上述成分稱(chēng)量出各種合金元素，鑒于各種單一合金元素價(jià)格昂貴，也可以使用各元素的合金材料，如含有鎢元素的碳化鎢、含有金屬鈮的鈮鐵合金等，同時(shí)購(gòu)入渣劑中的各項(xiàng)成分，按比例配制混勻后加入配制焊藥普遍使用的粘結(jié)劑，制成焊藥待用，取普通的H08A鋼為焊條芯，利用普通的焊條壓制機(jī)將已經(jīng)配制好的焊藥壓在焊條表面，再經(jīng)干燥制得成品，包裝出廠。此種焊條的使用方法和普通焊條完全相同，利用普通的焊接設(shè)備，實(shí)施焊接作業(yè)，包括普通意義的焊接和特殊情況下的堆焊。.本項(xiàng)發(fā)明制取的納米合金鋼焊條，焊接后焊縫內(nèi)的金屬組織致密、堅(jiān)固，具有極好的焊接性能。其中作為堆焊材料使用時(shí)，堆焊形成的焊層合金組織經(jīng)過(guò)透射電子顯微鏡和X射線衍射儀進(jìn)行檢測(cè)，有80%晶粒粒度小于50納米(nm)，其中東北大學(xué)測(cè)試中心利用透射電鏡對(duì)試樣進(jìn)行了多角度監(jiān)測(cè)，試樣中的品粒平均粒徑為30-40納米。因此此項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)造的合金鋼焊條材料其焊接冷卻后形成的焊縫金屬可以稱(chēng)為納米結(jié)構(gòu)合金材料。分析此種納米結(jié)構(gòu)合金材料形成的原因，是因?yàn)樵摲N焊條在電弧的作用下熔化后瞬間形成一個(gè)不斷沿著焊接前進(jìn)方向移動(dòng)的瞬間熔池，熔池內(nèi)的金屬合金元素高度彌散，其粒子被彼此包圍、分隔，形成多個(gè)單相的超微粒子，一個(gè)相的超微粒子無(wú)法翻越進(jìn)入另一個(gè)相的超微粒子之中，從而避免了粒子的聚集和晶粒長(zhǎng)大，因此超粒微子大小比較穩(wěn)定，且由于其體積效應(yīng)，縮小了其它原子的溶入空間。同時(shí)超量處于非晶狀態(tài)的界面原子阻礙固態(tài)加熱過(guò)程中合金元素的原子和鐵原子的擴(kuò)散位移，故焊縫和堆焊材料即便是在升溫、降溫時(shí)也不會(huì)發(fā)生相變，淬火也無(wú)馬氏體轉(zhuǎn)變，所以它具有很高的熱穩(wěn)定性。例如，在生產(chǎn)上已經(jīng)試用于燒結(jié)機(jī)的單齒輥上，盡管單齒輥的負(fù)載溫度在8(KTC以上，可使用效果相當(dāng)良好。另外將其堆焊在釬具鋼刃處，可延長(zhǎng)壽命2—3倍。由于超微粒子的體積效應(yīng)；還有，隨著納米粒子的直徑減少，能級(jí)間隙增大，電子移動(dòng)困難，電阻率增大，從而材料的抗腐蝕性能也得到了明顯增強(qiáng)?？傊?，這種焊條材料焊接后所形成的納米合金鋼具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐熱性和高耐蝕性好，同時(shí)，具有良好的韌性。因此具有良好的應(yīng)用前景。主要包括可以代替高價(jià)進(jìn)口的耐磨焊條進(jìn)行堆焊，修復(fù)冶金、礦山用大型設(shè)備，甚至可以替代30萬(wàn)元左右/噸的萊立特合金鋼進(jìn)行使用。可用于石化工業(yè)耐磨、耐蝕且耐熱的部件上，比如堆焊在裂變反應(yīng)管的內(nèi)壁上。堆焊在大型冶金設(shè)備的耐磨部位，可以大大改善冶金設(shè)備的耐磨性能，獲得滿(mǎn)意的效果，且有望解決大型軋輥的耐用性問(wèn)題。本合金鋼在軍工方面可表現(xiàn)出更加卓越的性能，堆焊在隱形飛機(jī)外殼、坦克裝甲及履帶、發(fā)射管、潛艇外殼等，因其納迷級(jí)組織結(jié)構(gòu)，可以獲得十分滿(mǎn)意的效果，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效益等將十分顯著。在航空航天領(lǐng)域，通過(guò)堆焊。可以提高各類(lèi)飛行器的有關(guān)性能。實(shí)施例本項(xiàng)發(fā)明的具體實(shí)施例如下實(shí)施方式1按照本項(xiàng)發(fā)明制作1000千克焊條，所使用的焊藥配方如表3所列表3<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中表3中所列的渣劑物料組成，如表4所列:表4<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施方式2按照本項(xiàng)發(fā)明制作2000千克焊條，所使用的焊藥配方如表5所列表5<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中表5中所列的渣劑物料組成，如表6所列表6<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，實(shí)施例1獲得的1號(hào)焊條焊接完成后焊接處取下的焊肉有關(guān)指標(biāo)為:晶粒粒度平均粒度30.6mn硬度62HRC抗壓強(qiáng)度3980Mpa實(shí)施例2獲得的2號(hào)焊條焊接完成后焊接處取下的焊肉有關(guān)指標(biāo)為:晶粒粒度平均粒度34.6ran硬度65HRC抗壓強(qiáng)度3900Mpa權(quán)利要求1.一種合金鋼材焊接及其堆焊所使用的焊條材料，該種焊條以H08A鋼為焊芯，其特征在于包覆在焊芯外邊的焊藥成分為6.0≤鎢W≤16.0，1.0≤鈮Nb≤6.0，6.0≤鉬Mo≤14.0，2.0≤鉻Cr≤6.0，5.0≤釩V≤12.0，4.0≤錳Mn≤7.0，16.0≤鐵Fe≤21.0，2.0≤石英≤4.0，2.0≤長(zhǎng)石≤5.0，2.0≤太白粉≤5.0，11.0≤大理石≤14.0，10.0≤金剛石≤13.0，5.0≤螢石≤9.0，3.0≤白泥≤6.0，其余成分為石墨。全文摘要本項(xiàng)發(fā)明為一種合金鋼材焊接及其堆焊所使用的焊條材料，該種焊條材料以H08A鋼為焊芯，其特征在于包覆在焊芯外邊的焊藥成分由鎢w、鈮Nb、鉬Mo、鉻Cr、釩V、錳Mn、鐵Fe和渣劑等多種成分按指定比例組成。用該種焊條焊制的材料在焊縫處形成的晶粒組織致密，可以達(dá)到納米級(jí)，高強(qiáng)、高硬、耐熱、耐腐蝕?？蓮V泛用于鋼的焊接或?qū)⑵涠押赣谲堓伇砻?、工程機(jī)械刃件等處，提高部件的耐磨性能，效果極佳。文檔編號(hào)B23K35/30GK101214593SQ20081001016公開(kāi)日2008年7月9日申請(qǐng)日期2008年1月18日優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日發(fā)明者孫中強(qiáng)申請(qǐng)人:孫中強(qiáng)