專利名稱：一種金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到不銹鋼焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種金屬粉芯型奧氏體不銹鋼藥芯焊絲及其制備。
背景技術(shù)：
不銹鋼的焊接方法一般有焊條電弧焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊、埋弧焊等。不銹鋼藥芯焊絲焊接是不銹鋼焊接的一場(chǎng)革命，不銹鋼藥芯焊絲的研制和應(yīng)用加快了這場(chǎng)革命的進(jìn)行。不銹鋼藥芯焊絲活性氣體保護(hù)焊與碳鋼CO2焊相同，半自動(dòng)和自動(dòng)焊時(shí)具有效率高、操作簡(jiǎn)單的特性。因此在船舶、橋梁、壓力容器、石油化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前，市場(chǎng)上藥芯焊絲基本上都是有渣型焊絲，是在藥芯成分中添加一定量的造渣劑，一般分為酸性渣、堿性渣以及中性渣。而金屬粉芯型藥芯焊絲不添加造渣物，從而提高了熔敷效率。這類藥芯焊絲在國外已有一定程度的發(fā)展，但國內(nèi)關(guān)于此種藥芯焊絲的研究卻較少，在新修訂的低合金鋼藥芯焊絲標(biāo)準(zhǔn)GB/T17493-2008中，已將低合金鋼用金屬粉芯型藥芯焊絲納入其中，可見金屬粉芯型藥芯焊絲已越來越被我國所重視。而近年來不銹鋼市場(chǎng)起伏很大，主要受鎳和鉻原材料的影響。在原材料上我國是一個(gè)缺鎳少鉻的國家，尤其是鎳主要依靠進(jìn)口，加上我國生產(chǎn)的鋼種以奧氏體不銹鋼為主，在成本和價(jià)格上受國際鎳行情影響較大。因此，我們更加需要研究資源節(jié)約型不銹鋼一高氮鋼。高氮奧氏體不銹鋼即高氮鋼是一種高強(qiáng)高韌的資源節(jié)約型不銹鋼，其N元素質(zhì)量含量一般大于O. 4%，利用N元素代替合金元素Ni作為奧氏體穩(wěn)定元素以獲得奧氏體組織。而且N的加入，在韌性不損失的前提下有效的提高了鋼的強(qiáng)度，提高奧氏體不銹鋼的N含量，鋼的屈服強(qiáng)度能夠提高近2倍。因此，高氮鋼具有良好的強(qiáng)韌性和耐蝕性，而且這種鋼具有順磁性特點(diǎn)以及低溫(4K)時(shí)仍具有高的強(qiáng)度和韌性配合在低溫工程領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。故高氮鋼的研制和應(yīng)用也越來越受到各國學(xué)者的關(guān)注。高氮鋼(HNS)材料體系和現(xiàn)用其它鋼種體系不同，高氮鋼含氮高導(dǎo)致其焊接性具有不同于其它中碳低合金鋼的特點(diǎn)，高氮鋼焊接最本質(zhì)的問題是避免氮的流失，保證熔敷金屬的氮含量，氮流失會(huì)造成力學(xué)性能、抗沖擊性能和耐腐蝕性能下降。焊接過程中，焊條、焊絲在電弧熱源的作用下與坡口母材共同熔化、形成熔敷金屬，并產(chǎn)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，凝固形成焊縫，熔敷金屬成分、特別是氮元素含量與焊接材料密切相關(guān)，需要適合高氮鋼熔池復(fù)雜物化過程的專用焊接材料，保證獲得與母材性能相匹配的焊接接頭性能。焊接材料是高氮鋼結(jié)構(gòu)材料制造的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)弧焊方法、保證焊縫性能的核心，是高氮鋼材料制造的技術(shù)瓶頸，只有突破高氮焊接材料成分與制備技術(shù)，形成完善的高氮鋼焊接技術(shù)體系，高氮鋼材料才能發(fā)揮其綜合性能優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀提供一種焊接接頭強(qiáng)度高、抗沖擊性能好且焊接質(zhì)量穩(wěn)定、成本低的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種焊接接頭強(qiáng)度高、抗沖擊性能好且焊接質(zhì)量穩(wěn)定、成本低的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲的制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，包括碳鋼包芯殼體以及填充在所述殼體內(nèi)的藥粉，其特征在于所述藥粉的重量百分組成如下
金屬鉻35 45
鎳粉15 25
氮化鉻鐵3 6
硅錳合金10 15
鉬粉2 8
鈦鐵粉0.5 2.5
碳酸鉀穩(wěn)弧劑0.5 I
鋁鎂粉0.5 I
氧化鉍0.5 I
氧化鈉0.3 0.5
稀十鈰0.01 O.1
鐵粉I 10所述藥粉的重量為該焊絲總重量的40 50%。較好的，所述殼體可以為低碳鋼，并且該低碳鋼中C ( O. 050%, Mn ( O. 200%,Si ( O. 010%, S 彡 O. 010%, P 彡 O. 020%。優(yōu)選所述氮化鉻鐵中氮的重量含量為10%,鉻的重量含量為60% ;所述娃猛合金中硅的含量為20%，錳的含量為60% ;所述鈦鐵粉中鈦的重量含量為25-30% ;所述鋁鎂粉中鋁、鎂的含量各為50%。所述殼體的厚度為O. 3 O. 7mm,寬度為8 12mm。上述金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲的制備方法，其特征在于包括下述步驟I)按照配方稱量所述藥粉中各組分，并將各組分摻加到一起混合均勻；2)將所述的低碳鋼鋼帶通過成型機(jī)壓制成具有料槽的敞口形狀；3)將混合均勻后的藥粉裝入所述料槽內(nèi)，填充率為40 50%;然后將料槽的敞口對(duì)接或搭接封口，將所述藥粉密封在低碳鋼殼體內(nèi)；4)軋輥成直徑為1. O 4. Omm的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲。本發(fā)明所提供的金屬粉型含氮奧氏體藥芯焊絲，藥芯中的金屬鉻粉作為焊接時(shí)焊縫金屬中的過渡元素材料，鉻粉能夠改善抗點(diǎn)蝕能力，保證了焊縫金屬的耐腐蝕性和焊接的強(qiáng)度。上述所述的鎳粉也是作為一種焊縫金屬中過渡合金元素，是一種穩(wěn)定產(chǎn)生奧氏體顯微結(jié)構(gòu)的金屬元素，能增強(qiáng)焊縫金屬的耐腐蝕性和韌性。如果加入的量過低，則韌性不足，容易產(chǎn)生脆性裂紋；如果加入的量過高，則所形成的奧氏體分?jǐn)?shù)率會(huì)過大，從而使得強(qiáng)度趨于降低，會(huì)影響焊接后的焊縫金屬性能。同時(shí)由于其是擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素，其含量的高低也影響焊縫金屬中固溶氮的含量。鑰粉能夠起到在保證焊縫金屬的耐腐蝕性的前提下大幅度提高焊縫金屬的強(qiáng)度；同時(shí)，其與本發(fā)明中的其它組分配合具有較好的協(xié)同作用，能更好的保證焊縫金屬的高強(qiáng)度。鑰的加入量過低，焊縫金屬的耐腐蝕性和強(qiáng)度都不夠，焊縫固氮效果差；而加入量過高則會(huì)使焊縫金屬結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生金屬間化合物，從而使得韌性降低，增加了焊縫金屬的脆性。本發(fā)明通過大量時(shí)間所選定的鑰的用量既能夠保證焊縫金屬的耐腐蝕性，有能夠獲得高強(qiáng)度的焊縫金屬。硅錳合金起到脫氧劑及合金劑的作用，其在熔池中與氧結(jié)合起到脫氧作用，另一方面向焊縫金屬過渡錳和硅元素，(感覺這句不是很通順)向焊縫提供優(yōu)良的力學(xué)性能。硅能夠封閉奧氏體區(qū)，不利于氮元素的固溶；而錳能夠擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素，適當(dāng)?shù)暮坷诘氐墓倘?。鈦鐵和鋁鎂粉主要起到先期脫氧的作用，以避免氣孔等缺陷的產(chǎn)生。而鈦是一種強(qiáng)的鐵素體形成元素，如果加入的量過高，會(huì)擴(kuò)大鐵素體區(qū)，縮小奧氏體區(qū)，造成焊縫金屬在冷卻過程中不發(fā)生相變，也不會(huì)產(chǎn)生晶粒細(xì)化作用，從而大大降低焊縫金屬的塑性，造成焊縫金屬的脆性。本發(fā)明經(jīng)過大量試驗(yàn)所確定的用量范圍，能夠與其它元素協(xié)同作用，很好地解決了上述問題，同時(shí)焊縫金屬的塑性和韌性也更佳。而鎂元素則起到提高低溫沖擊韌性的作用。鉀類穩(wěn)弧劑和氧化鈉主要起到穩(wěn)弧作用，適當(dāng)?shù)挠昧磕軌蛱岣唠娀∪紵€(wěn)定性，減少飛濺，而含量過高時(shí)則會(huì)惡化工藝。氧化鉍可細(xì)化晶粒，提高低溫沖擊韌性，在與C、S1、Mn、Ti同時(shí)加入時(shí)具有顯著的提高沖擊韌性作用，而且可改善焊接熔池表面張力，改善焊縫的成型。稀土元素鈰起到凈化 晶界、細(xì)化晶粒的作用，有益于消除結(jié)晶裂紋、提高焊縫金屬的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。本發(fā)明碳鋼外皮的材質(zhì)為低碳鋼，所述的鋼帶厚度為O. 3 O. 7mm，寬度為8 12mm，所述低碳鋼中的成分占低碳鋼的重量百分比為C ( O. 050%, Mn ( O. 200%,Si ( O. 010%, S ^ O. 010%, P ^ O. 020%。選用上述的低碳鋼鋼帶更有利于實(shí)際生產(chǎn)操作，同樣能更有效的結(jié)合本發(fā)明所述的藥芯，使制成的藥芯焊絲質(zhì)量更佳。綜上所述，1、本發(fā)明所提供的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，藥芯中的各成份用量配比合理，各組分間協(xié)同作用效果佳，特別是通過藥粉向焊縫金屬中可過渡適量的氮，藥芯焊絲用于焊接高氮鋼后的焊縫金屬具有韌性好、強(qiáng)度高等較優(yōu)的力學(xué)性能，且耐腐蝕性效果較好。2、本發(fā)明所提供的一種金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，沒有普通不銹鋼藥芯焊絲所需添加的大量造渣物，提高了熔敷效率，用于焊接高氮鋼材料時(shí)具有熔敷速度快且煙塵較小，飛濺小，焊縫成型好，焊接穩(wěn)定性較高的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的焊接工藝適應(yīng)性。3、本發(fā)明采用優(yōu)質(zhì)碳鋼鋼帶通過包裹鉻、鎳等藥芯粉，采用全軋制工藝制成，原材料及制造成本低，適合工業(yè)化批量生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一、制備金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲1、按表I配方稱取配制藥芯用的各粉料，各組分均過80目標(biāo)準(zhǔn)篩，并將稱取好的粉料混合均勻，備用；2、將低碳鋼鋼帶通過成型機(jī)壓制成槽狀結(jié)構(gòu)；下述各實(shí)施例均選用牌號(hào)為SYHS的低碳鋼鋼帶，鋼帶厚O. 3mm、寬8. 25mm，鋼帶中各元素含量為C彡O. 050%, Mn ( O. 200%,Si ( O. 010%, S 彡 O. 010%, P 彡 O. 020%, Fe 余量。3、將混合均勻后的藥料裝入鋼帶壓制好的槽內(nèi)，填充率即粉料重量占焊絲重量的百分比為40 50% ;然后將槽的開口以對(duì)接或搭接的方式封口，將粉料密封在低碳鋼殼體內(nèi)；4、將密封盛裝有藥芯粉料的鋼帶軋輥成直徑為1. O 4. Omm的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲。

表I實(shí)施例1至實(shí)施例6中各組分配比以及填充率
權(quán)利要求
1.一種金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，包括碳鋼包芯殼體以及填充在所述殼體內(nèi)的藥粉，其特征在于所述藥粉的重量百分組成如下金屬鉻35 45鎳粉15 25氮化鉻鐵3 6娃猛合金IO 15鉬粉2 8鈦鐵粉0.5 2.5碳酸鉀穩(wěn)弧劑0.5 I鋁鎂粉0.5 I氧化鉍0.5 I氧化鈉0.3 0.5稀土鈰0.01-0.1鐵粉I IO 所述藥粉的重量為該焊絲總重量的40 50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，其特征在于所述殼體為低碳鋼，并且該低碳鋼中C彡O. 050%, Mn ( O. 200%, Si ( O. 010%, S彡O. 010%,P 彡 O. 020%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，其特征在于所述氮化鉻鐵中氮的重量含量為10%,鉻的重量含量為60% ;所述娃猛合金中娃的含量為20%,錳的含量為60% ;所述鈦鐵粉中鈦的重量含量為25-30% ;所述鋁鎂粉中鋁、鎂的含量各為50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，其特征在于所述殼體的厚度為O. 3 O. 7mm,寬度為8 12mm。
5.如權(quán)利要求1至4所述的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲的制備方法，其特征在于包括下述步驟 1)按照配方稱量所述藥粉中各組分，并將各組分摻加到一起混合均勻； 2)將所述的低碳鋼鋼帶通過成型機(jī)壓制成具有料槽的敞口形狀； 3)將混合均勻后的藥粉裝入所述料槽內(nèi)，填充率為40 50%;然后將料槽的敞口對(duì)接或搭接封口，將所述藥粉密封在低碳鋼殼體內(nèi)； 4)軋輥成直徑為1.O 4. Omm的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲及其制備方法，包括碳鋼包芯殼體以及填充在所述殼體內(nèi)的藥粉，其特征在于所述藥粉的重量百分組成如下金屬鉻35～45，鎳粉15～25，氮化鉻鐵3～6，硅錳合金10～15，鉬粉2～8，鈦鐵粉0.5～2.5，碳酸鉀穩(wěn)弧劑0.5～1，鋁鎂粉0.5～1，氧化鉍0.5～1，氧化鈉0.3～0.5，稀土鈰0.01~0.1，鐵粉1~10，所述藥粉的重量為該焊絲總重量的40～50%。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，、本發(fā)明所提供的金屬粉芯型含氮奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，用于焊接高氮鋼后的焊縫金屬具有韌性好、強(qiáng)度高等較優(yōu)的力學(xué)性能，且耐腐蝕性效果較好。
文檔編號(hào)B23K35/368GK103042321SQ20121056350
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者明珠, 都建國, 王有祁, 陳東高, 劉燕林, 王東, 馬冰, 王法科 申請(qǐng)人:中國兵器工業(yè)第五二研究所, 北京天一焊業(yè)有限公司