一種熔堆的耐熱金屬及其埋弧熔敷制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種耐熱金屬及其埋弧熔敷制備工藝，具體地說用埋弧焊絲及埋 弧焊接方法進行熔敷制造，主要組織特征為針狀鐵素體，其特別適用于制備適應(yīng)溫度 在-20~550°c、6~15mm直徑的圓形件或?qū)挾葹?~15mm的矩形件。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐熱鋼桿件材料應(yīng)用范圍較廣，如用于小型熱處理爐、焊材烘箱等裝置中的耐熱 金屬支撐桿制作等。耐熱鋼主要有1. 25%Cr-0. 5%Mo、2. 25%Cr-l. 0%M〇等，其組織通常為珠 光體，傳統(tǒng)的制造方法為鋼冶煉、棒軋制等工序，要求專用的冶煉及軋制設(shè)備，設(shè)備投資大， 不適應(yīng)小批量、多規(guī)格及短尺寸需求。
[0003] 增材制造（AM)是一種零件制造新工藝，具有滿足上述需求的特點。目前，增材制 造主要方法是激光AM、電子束AM，主要適應(yīng)于小型精密零件的制作。電弧AM方面，有用鎢 極氬弧焊（GTAW)及熔化極氣體保護焊（GMAW)進行的。GTAW及GMAW易于采用機器臂控制， 且可以實現(xiàn)平、立、仰多工位操作。只不過其用的細(xì)絲（On. 2mm以內(nèi)）制作成本較高，且工 作時由于是明弧，且釋放保護氣體，導(dǎo)致工作環(huán)境惡劣。
[0004] 埋弧焊（SAW)效率高于GTAW及GMAW，但一般情況下只用于水平位置操作，所以目 前在要求全位置AM制造方面往往不予考慮。但SAW有其優(yōu)點，其優(yōu)點在于：使用的熔絲較 粗，一般在〇4mm以上，制絲難度較低，且為暗弧，熔敷效率高。不釋放保護氣體，使工作條 件改善，因此采用埋弧AM制造小批量桿件的方法值得研宄。由于熔敷金屬為鑄態(tài)結(jié)構(gòu)，增 制金屬的性能取決于其成分。要想得到與軋制件或鍛件相同的性能，需要對通過熔絲及焊 劑的匹配得到相應(yīng)成分與性能的AM金屬進行研宄，以滿足使用要求。所以開展了本技術(shù)的 研宄，并取得了較好的效果。
[0005] 經(jīng)檢索，現(xiàn)有文獻主要涉及耐熱鋼的焊接，如一種低合金耐熱鋼埋弧焊絲（申請?zhí)?CN200810046589. 3)的文獻，并未將熔敷金屬作為工件的基體金屬使用，同時熔敷金屬性能 還不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種采用埋弧熔敷法制備耐熱金屬，其耐 熱金屬使用溫度為-20~550°c，且焊態(tài)常溫抗拉強度在630~780MPa，-20°c KV2沖擊韌性焊 態(tài)在45~110J ;經(jīng)熱處理后抗拉強度在565~680MPa，-20°C KV2沖擊韌性在53~126J，360°C 高溫強度達到550MPa以上。
[0007] 實現(xiàn)上述目的的措施： 一種熔堆的耐熱金屬，其組分及重量百分比含量為：C0.0 5~0. 10, MnO. 45~0. 75， P ^ 0. 020, S ^ 0. 012, SiO. 25-0. 45, Crl. 25-1. 45, M〇0. 55~0. 70, A1 ^ 0.030, N < 0. 015, Ti0.00 5~0. 020,其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)；金相組織為不低于70%的針狀鐵 素體，余為共析鐵素體；力學(xué)性能為：焊態(tài)常溫抗拉強度在630~780MPa，-20°C以 2沖擊韌性 焊態(tài)在45~110J ;經(jīng)熱處理后抗拉強度在565~680MPa，-20°C KV2沖擊韌性在53~126J，360°C 高溫強度達到550MPa以上。
[0008] -種熔堆的耐熱金屬的埋弧熔敷制備方法，其步驟： 1) 將埋弧焊絲與經(jīng)烘烤過的堿性焊劑配合使用，在厚度不低于25mm的兩鋼板端之間 進行埋弧焊接，其焊接電流為550~650A，電壓為27~30V，焊接速度為38~45cm/min，層間溫 度控制為130~170°C ;且每熔堆一層則全層用木錘敲擊其表面，如此往復(fù)，直至熔堆至設(shè)定 需要規(guī)格； 2) 將熔堆的金屬兩側(cè)的鋼板予以切除，并在溫度為700~720°C下進行熱處理，處理時間 為 60~120min。
[0009] 其在于：所述的埋弧焊絲的組分及重量百分比含量為：C0.0 8~0. 16%， MnO. 40~0. 80%, SiO. 10~0. 30%,MoO. 55~0. 70%, Crl. 30~1. 50%, P ^ 0. 015%, S ^ 0. 012%, Ti0.0 4~0. 12%，A1彡0. 030%，N彡0. 010%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0010] 其在于：焊劑的烘烤溫度為350~400°C，烘烤時間為90~120min小時。
[0011] 由于埋弧焊（SAW)較適用于水平位置操作，桿件長度方向的尺寸遠(yuǎn)大于橫向尺 寸，熔敷時容易產(chǎn)生變形。因此，在用埋弧AM操作時，需將工件置水平位置，且對工件采取 防變形措施。
[0012] 經(jīng)過大量實驗研宄，采用本發(fā)明中的焊絲，再匹配以堿性焊劑，及采用埋弧方法， 直接得到了不同成分且具有耐熱性能的1. 25%Cr-0. 5%Mo系金屬，再進行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，?其熔堆制備的金屬的性能與軋制件或鍛件相同。
[0013] 由于熔敷金屬為鑄態(tài)結(jié)構(gòu)，與常規(guī)制鋼工藝有很大區(qū)別，要達到與鋼種相當(dāng)?shù)牧?學(xué)性能，化學(xué)成分與組織均與鋼板將有所不同。
[0014] 本發(fā)明主要合金元素對熔逋金屬性能影響分析如下： C :當(dāng)C含量低于0. 05%時，熔敷金屬強度較低；當(dāng)C含量高于0. 10%時，熔敷金屬韌性 下降，故將其控制在〇. 05~0. 10 %。
[0015] Si :對熔敷金屬有強化作用，但當(dāng)Si含量高于0. 45%時，會影響韌性，降低抗裂性 能。
[0016] Mn :是熔敷金屬強韌化的有效元素，防止引起熱裂紋的鐵硫化物的形成，當(dāng)其含量 低于0. 45%時，會影響熔敷金屬強度；當(dāng)其含量高于0. 75%時，會影響熔敷金屬韌性。故將 其限定在0. 45~0. 75%。
[0017] Cr:是一種有效的強化元素，并有細(xì)化鐵素體晶粒的作用，能提高焊縫耐蝕性能及 耐熱性能，當(dāng)其含量低于1. 25%時，會影響熔敷金屬耐熱性能；當(dāng)其含量高于1. 40%時，會降 低焊縫的韌性。故將其限定在1. 25~1. 45%。
[0018] Mo:是一種有效的強化元素，并有細(xì)化鐵素體晶粒的作用，提高焊縫熱處理性能、 耐蝕性能及耐熱性能，當(dāng)其含量低于〇. 55%時，會影響熔敷金屬耐熱性能；當(dāng)其含量高于 0. 70%時，會降低焊縫的韌性。故將其限定在0. 55~0. 70%。
[0019] 另外，微量的Al、Ti有利于在熔敷金屬中形成細(xì)小的氧化物夾雜，細(xì)化晶粒，提高 熔敷金屬的常溫及高溫強度、低溫韌性。
[0020] 本發(fā)明所制備的熔堆金屬使用溫度為-20~550 °c，且焊態(tài)常溫抗拉強 度在630~780MPa，-20 °C以2沖擊韌性焊態(tài)在45~110J ;經(jīng)熱處理后抗拉強度在 565~680MPa，-20°C KV2沖擊韌性在53~126J，具有良好的韌性，焊接時及焊后工件的變形也 小。
[0021] 本發(fā)明之所以在進行埋弧焊接時，控制焊接電流為550~650A，電壓為27~30V，焊 接速度為38~45cm/min，層間溫度控制為130~170°C，且每熔堆一層則全層用木錘敲擊其表 面，是因為這樣的焊接參數(shù)具有熔敷效率高、焊道成形好、微觀組織合適及抗裂性良好等綜 合效果。
【附圖說明】
[0022] 附圖熔堆金屬的金相組織。
【具體實施方式】
[0023] 下面對本發(fā)明予以詳細(xì)描述： 表1為本發(fā)明熔堆金屬各實施例及對比例的組分列表； 表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表； 表3為本發(fā)明各實施例及對比例埋弧焊絲的化學(xué)成分列表； 表4為本發(fā)明各實施例配用的焊劑組成列表； 表5為本發(fā)明各實施例焊后熔堆金屬的性能檢測情況列表。
[0024] 本發(fā)明各實施例按照以下步驟生產(chǎn)： 1) 將埋弧焊絲與經(jīng)烘烤過的堿性焊劑配合使用，在厚度不低于25mm的兩鋼板端之間 進行埋弧焊接，其焊接電流為550~650A，電壓為27~30V，焊接速度為38~45cm/min，層間溫 度控制為130~170°C ;且每熔堆一層則全層用木錘敲擊其表面，如此往復(fù)，直至熔堆至設(shè)定 需要規(guī)格； 2) 將熔堆的金屬兩側(cè)的鋼板予以切除，并在溫度為700~720°C下進行熱處理，處理時間 為 60~120min。
[0025] 表1本發(fā)明恪堆金屬各實施例及對比例的化學(xué)成分列表（wt%)
【主權(quán)項】
1. 一種熔堆的耐熱金屬，其組分及重量百分比含量為：C0.0 5~0. 10, MnO. 45~0. 75， P ^ 0.020, S ^ 0. 012, SiO. 25~0. 45, Crl. 25~1. 45, MoO. 55~0. 70, Al ^ 0.030, N < 0. 015, Ti0.00 5~0. 020,其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)；金相組織為不低于70%的針狀鐵 素體，余為共析鐵素體；力學(xué)性能為：焊態(tài)常溫抗拉強度在630~780MPa，-20°C以 2沖擊韌性 焊態(tài)在45~110J ;經(jīng)熱處理后抗拉強度在565~680MPa，-20°C KV2沖擊韌性在53~126J，360°C 高溫強度達到550MPa以上。
2. -種熔堆的耐熱金屬的埋弧熔敷制備方法，其步驟： 1) 將埋弧焊絲與經(jīng)烘烤過的堿性焊劑配合使用，在厚度不低于25mm的兩鋼板端之間 進行埋弧焊接，其焊接電流為550~650A，電壓為27~30V，焊接速度為38~45cm/min，層間溫 度控制為130~170°C ;且每熔堆一層則全層用木錘敲擊其表面，如此往復(fù)，直至熔堆至設(shè)定 需要規(guī)格； 2) 將熔堆的金屬兩側(cè)的鋼板予以切除，并在溫度為700~720°C下進行熱處理，處理時間 為 60~120min。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種熔堆的耐熱金屬的埋弧熔敷制備方法，其特征在于：所述 的埋弧焊絲的組分及重量百分比含量為：C0.0 8~0. 16%，MnO. 40~0. 80%，SiO. 10~0. 30 %， MoO. 55-0. 70%, CrL 30-1. 50%, P^0.0 15%, S^0.0 12%, Ti0.0 4-0. 12%, Al ^ 0. 030%, N < 0. 010%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種熔堆的耐熱金屬的埋弧熔敷制備方法，其特征在于：焊劑 的烘烤溫度為350~400°C，烘烤時間為90~120min。
【專利摘要】一種熔堆的耐熱金屬，其組分及wt%為：C0.05~0.10，Mn0.45~0.75，P≤0.020，S≤0.012，Si0.25~0.45, Cr1.25~1.45, Mo0.55~0.70, Al≤0.030, N≤0.015，Ti0.005~0.020；制備方法：將埋弧焊絲與經(jīng)烘烤過的堿性焊劑配合使用，在厚度不低于25mm的兩鋼板端之間進行埋弧焊接；且每熔堆一層則用木錘敲擊其表面，如此往復(fù)直至熔堆至需要規(guī)格；將鋼板予以切除后進行熱處理。本發(fā)明采用焊絲加堿性焊劑，通過埋弧方式，直接得到了不同成分且具有耐熱性能的1.25%Cr-0.5%Mo系金屬，再進行熱處理，使熔堆制備的金屬性能與軋制件或鍛件相同。
【IPC分類】B23K9-18, B23K35-30, C22C38-28, B23K9-04, B23K9-235
【公開號】CN104745943
【申請?zhí)枴緾N201510132370
【發(fā)明人】黃治軍, 李書瑞, 胡因洪, 李立軍, 張云燕, 牟文廣, 岳江波
【申請人】武漢鋼鐵(集團)公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月25日