CN101406995A

CN101406995A - 超低碳氮强化自保护药芯焊丝

Info

Publication number: CN101406995A
Application number: CNA2007101756798A
Authority: CN
Inventors: 王清宝; 刘景凤; 白波; 眭向荣; 沈风刚
Original assignee: Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2027-10-10
Also published as: CN101406995B

Abstract

一种超低碳氮强化自保护药芯焊丝，以钢带为外皮，药芯组分为：铬粉：40～45％；镍：12～15％；钼：1.6～3％；75硅铁：2～4％；锰：4～6％；铁粉：1～10％；金红石：4～8％；萤石：3～7％；氟化锂：1～6％；氟化钡：5～10％；大理石：5～8％；碳酸钠：3～5％；铝镁合金：1～10％；氟化钠：0～1％；钛白粉：0～2％；铁红：0～2％；钛铁：0～5％；石英：0～5％；硅石灰：0～4％。

Description

超低碳氮强化自保护药芯焊丝

技术领域

本发明涉及一种自保护药芯焊丝，具体地说涉及一种超低碳氮强化自保护药芯焊丝。

背景技术

连铸辊处于高温钢坯和冷却水的双重作用，表面易产生冷热疲劳裂纹、腐蚀、磨损等缺陷。作为堆焊修复材料，其堆焊合金的堆焊层要求具有优良的耐冷热疲劳性、耐磨损性、耐腐蚀性，以提高连铸辊的使用寿命。

自保护药芯焊丝堆焊是一种新型表面强化技术。在堆焊过程中无须任何保护气体和焊剂，操作简便。它以效率高、稀释率低、综合成本低等优势，成为目前较经济、方便的焊接技术之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接工艺性能和机械性能良好的超低碳氮固溶强化自保护药芯焊丝。

为实现上述目的，本发明提供的超低碳氮强化自保护药芯焊丝，以钢带为外皮，药芯组分为：

铬粉：40～45％；

镍：12～15％；

钼：1.6～3％；

75硅铁：2～4％；

锰：4～6％；

铁粉：1～10％；

天然金红石：4～8％；

萤石：3～7％；

氟化锂：1～6％；

氟化钠：0～1％；

氟化钡：5～10％

大理石：5～8％；

碳酸钠：3～5％

铝镁合金：1～10％；

钛白粉：0～2％；

铁红：0～2％；

钛铁：0～5％；

石英：0～5％；

硅石灰：0～4％。

所述的超低碳氮强化自保护药芯焊丝，其中钢带为普通碳钢带。

所述的超低碳氮强化自保护药芯焊丝，其中，钢带厚度×宽度为：0.5mm×12.5mm。

所述的超低碳氮强化自保护药芯焊丝，其中，配重比为30％。

所述的超低碳氮强化自保护药芯焊丝，其中，焊丝直径为1.6mm～2.4mm。

本发明的超低碳氮强化自保护药芯焊丝在堆焊时脱渣容易，焊道表面无气孔夹渣，焊丝浸润性好，飞溅小，机械性能优良。

附图说明

图1为本发明超低碳氮强化自保护药芯焊丝堆焊后，其盖面组织的显微镜照片(200倍)。

具体实施方式

本发明的超低碳氮强化自保护药芯焊丝，采用合金固氮法从空气中获取熔敷金属中所需要的氮，而不在合金粉中加入氮化物。

本发明所提供的超低碳氮强化自保护药芯焊丝，其熔敷金属中所需要氮元素的来源是在堆焊过程中从空气中获取。合金体系中主要元素氮来源于空气中的氮气。在焊接过程中，尽管焊芯中加入多量沸点低，易形成蒸汽囊能排挤反应区周围空气的造气剂--氟化物，但总有或多或少的氮气侵入熔池区。氮气在高温时可大量溶解在熔融金属中，与铬、铁、硅、钼等在高温下形成稳定氮化物，这是熔覆金属中氮的一个重要来源；熔池凝固时氮的溶解度突然降低，过饱和的氮以气泡的形式向外逸出，当焊缝的结晶速度大于氮的逸出速度时，容易产生气孔。因此，在此焊丝中加入了一定量的强氮化物形成元素--铝镁合金，快速生成稳定的氮化物来抑制气孔，这是熔覆金属中氮的另一个重要来源。氮化物的数量超过一定极限，会造成焊缝金属冲击韧性的下降；而氮含量过低，熔覆金属中的氮化物少，力学性能差。根据上述氮的来源知，药芯中合金元素铬、铁、硅、钼的量保持不变，只能改变铝镁合金含量来调节氮化物的数量进而控制熔覆金属的含氮量。焊芯中的氟化物易形成蒸汽囊，排挤反应区周围的空气，生成气体的量直接影响空气中氮气侵入熔池的量，因此本发明中氟化物和铝镁合金的比例是得到所需氮含量的关键。

本发明的药芯成分质量百分比含量如下：

铬粉：40～45％，镍：12～15％，钼：1.6～3％，75硅铁：2～4％，锰：4～6％，金红石：4～8％，萤石：3～7％，氟化锂：1～6％；氟化钡：5～10％；大理石：5～8％；碳酸钠：3～5％；铝镁合金：1～10％；

焊丝中还可能含有以下几种成分：氟化钠：0～1％；钛白粉：0～2％；铁红：0～2％；钛铁：0～5％，石英：0～5％；硅石灰：0～4％等。

其药芯中主要成分的作用：

铬：提高熔敷金属的强度和硬度，高温优良的高温红硬性及高温抗氧化性，与镍同时作用有很好的耐腐蚀性，Cr含量要充分才能确保耐腐蚀性能，熔敷金属中12～14％Cr抗高温氧化、耐腐蚀性优良。

Ni：保证延展性和获得马氏体组织，为防止线膨胀系数的增加和Ac1相变点的降低，熔敷金属中含量应限制在5％以下。

Mo：碳、氮化物形成元素，形成复合碳化物，在连铸辊中，力求通过高硬度的Mo₂C碳化物的析出产生二次硬化，有助于改善辊身工作层耐磨性的同时，还提高淬硬性和抗热裂性能。但Mo含量过高，会促成网状碳化物的生长，使脆性增大。为此，连铸辊熔敷金属中Mo含量控制在1.5％以下。

铝镁合金及钛铁：作为脱氧剂，可以固氮，减少堆焊焊道上的气孔。

锰：脱氧，脱硫补充焊缝的锰含量。

金红石：主要成分TiO₂熔点为1560℃弱氧化性，在焊丝中加入使电弧稳定，熔池平静。焊缝成型美观，熔渣覆盖好，使脱渣容易。

萤石：低熔点氟化物1375℃，氟化钙沸点低，易形成CaF₂蒸汽囊，防止空气侵入钢液的表面；强稀释剂，使焊缝中的气体易于逸出，并与氢结合生成HF而挥发，减少白点倾向。

氟化锂+氟化钡+氟化钠：氟化物，可在熔滴尖端形成保护蒸汽，防止空气中氮和氧的侵入。氟化钡焊接时支持很短的电弧，减少了自保护药芯焊丝焊接时熔滴吸收的氮量。氟化物可调节渣的粘度和脱渣性。

碳酸钙+碳酸钠：碳酸盐类，在堆焊时分解成二氧化碳，保护焊缝不被氧、氮化。在焊丝中加入大量的碳酸盐可以完全抑制氮气孔的产生，减少铝镁合金及铝的加入量，可得到良好的冲击韧性。加入过多时会引起飞溅，所以加入量要适中。

钛白粉：能产生活泼地熔渣，均匀覆盖在焊缝上保护焊缝，减少粘渣，脱渣方便，能稳定电弧，减少飞溅。由于此粉的流动性弱，所以用量不大，防治生产焊丝时下粉不畅。

铁红：造渣剂，稀释渣，可加快焊速和熔深，使渣壳光亮，但会引起飞溅。

石英：造渣剂，小于1％石英可增加渣的活泼程度。

硅石灰：稳弧剂，造渣剂。调整渣的物化性能，改善脱渣性。

实施例1

普通碳钢带H08A厚度(mm)×宽度(mm)为：0.5mm×12.5mm；药芯成份为：铬粉：450克，镍：120克，钼：16克，75硅铁：21克，锰：50克，铁粉：13克，铝镁合金：20克，氟化钡：60克，氟化锂：20克，碳酸钠：40克，大理石：60克，金红石：80克，萤石：40克。

实施例2

普通碳钢带H08A厚度(mm)×宽度(mm)为：0.5mm×12.5mm；药芯成份为：铬粉：450克，镍：120克，钼：16克，75硅铁：21克，锰：50克，铁粉：23克，铝镁合金：10克，钛铁：50克，钛白粉：17克，铁红：10克，氟化钠：8克，氟化钡：58克，氟化锂：10克，碳酸钠：37克，硅石灰：13克，金红石69克，萤石：38克，石英：10克。

实施例3

普通碳钢带H08A厚度(mm)×宽度(mm)为：0.5mm×12.5mm；药芯成份为：铬粉：450克，镍：120克，钼：16克，75硅铁：21克，锰：50克，铁粉：23克，铝镁合金：43克，钛铁：10克，钛白粉：10克，铁红：17克，氟化钠：16，氟化钡：58克，氟化锂：22克，碳酸钠：37克，金红石69克，萤石：38克，。

实施例4

普通碳钢带H08A厚度(mm)×宽度(mm)为：0.5mm×12.5mm；药芯成份为：铬粉：450克，镍：120克，钼：16克，75硅铁：21克，锰：50克，铁粉：23克，铝镁合金：55克，铁红：16克，氟化钡：58克，氟化锂：10克，碳酸钠：37克，硅石灰：25克，金红石69克，萤石：38克，石英：12克。

为考察金红石和萤石比例关系，特将金红石和萤石含量配置成以下七组：金红石(g)/萤石(g)＝240/40，120/40，80/40，40/40，20/40，13/40，6.5/40，在保持其余组分(只改变铁粉含量)保持不变的情况下，铁粉含量分别为：0克，120克，160克，200克，220克，227克，233.5克。配重比为30％。配置药芯1000克，所有试剂粒度都要过40目筛，配好的药芯在混粉机里混合15分钟，然后在150℃的加热炉中烘烤20分钟，除水处理。再在焊丝生产机上拉拔成直径为Φ2.4mm焊丝，进行焊接试验，考察工艺性能。见表1。

表1：金红石/萤石含量对工艺性能的影响

由实验可知第三组数据较好，最终得到：金红石为80克，氟化钙为40克时，电弧稳定，脱渣容易，焊道表面无气孔夹渣，焊丝浸润性好，飞溅小等焊接工艺性能。机械性能优良。

堆焊后熔敷金属成份见表2。

表2：研制堆焊材料熔敷金属化学成分(典型分析例值)

堆焊后熔敷金属其盖面的组织为隐针马氏体及一些细小的氮化物分布(见图1)，组织比较细小均匀，焊态硬度为45～50HRC，适合钢厂中多种辊特别是连铸辊的现场修复。

Claims

1、一种超低碳氮强化自保护药芯焊丝，以钢带为外皮，药芯组分为：