本發(fā)明屬于焊接材料
技術領域：
，具體涉及一種低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲及其應用。
背景技術：
：鉻鉬耐熱鋼廣泛應用于火力發(fā)電、石油化工、航空領域及原子能等尖端行業(yè)，隨著科學技術的進步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，上述行業(yè)對耐熱鋼材料性能的要求越來越苛刻，許多設備逐步向大型化、高參數(shù)方向發(fā)展，這要求耐熱鋼材料及其配套的焊接材料具有更加優(yōu)異的力學性能。目前，鉻鉬耐熱鋼的焊接方法有手工焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊和埋弧焊，其中，藥芯焊絲熔化極氣體保護焊方法具有工藝性能好、熔敷效率高、可適應全位置焊接等諸多優(yōu)點，適應了我國傳統(tǒng)制造業(yè)向自動化、數(shù)字化方向發(fā)展的要求，因而應用市場逐漸擴大，前景非常廣闊。目前，市場上成熟的耐熱鋼藥芯焊絲產品多以酸性焊絲為主，如美國專利號6940042、日本專利號57-4397、中國發(fā)明專利申請cn101596657a以及cn101112739a等藥芯焊絲均為二氧化鈦系酸性藥芯焊絲，二氧化鈦系酸性藥芯焊絲工藝性能優(yōu)良，可適用于全位置焊接。但是，這一類藥芯焊絲熔渣的堿度偏酸性，焊縫金屬中的酸性氧化物夾雜含量高，焊縫金屬含氧量較堿性藥芯焊絲格外高。因此，焊縫金屬的力學性能特別是沖擊韌性相對較低，大大限制了耐熱鋼藥芯焊絲的應用范圍。另外，中國發(fā)明申請專利cn101164732a、cn1358605a、cn103056549a、cn101041214a等對堿性耐熱鋼藥芯焊絲進行了研究。堿性藥芯焊絲添加了大量氟化物如baf2、naf、caf2中的一種或多種組合，此外還可添加一定量的碳酸鹽如caco3等，這些添加物提升了熔渣的堿度，改善了焊縫金屬的力學性能。但是，上述氟化物的添加必然導致焊接煙塵增加，由于f元素為反電離物質，因此會嚴重降低電弧穩(wěn)定性；此外，上述各種氟化物在藥芯焊絲中將降低熔渣的熔點，不利于形成短渣，無法適應全位置焊接。綜上所述，在現(xiàn)有技術中，酸性耐熱鋼藥芯焊絲焊接工藝性能優(yōu)良，但焊縫金屬韌性差；而堿性耐熱鋼藥芯焊絲焊縫金屬力學性能好，特別是低溫韌性優(yōu)異，但焊接工藝性能極差，如焊接煙塵大、飛濺大、電弧不穩(wěn)定、脫渣差、不能進行全位置焊接。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有酸性耐熱鋼藥芯焊絲低溫沖擊韌性差，以及堿性耐熱鋼藥芯焊絲焊接工藝性能差，不能進行全位置焊接的問題。為此，本發(fā)明提供了一種低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮以及填充在低碳鋼外皮內的藥芯，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質量百分比含量為：天然金紅石：30～35％；氧化鎂：2～5％；碳酸鋇：1.5～3％；鉀冰晶石：2～3％；鈦酸鉀：2～5％；硅錳合金：15～20％；金屬鉻：8～10％；鉬鐵：3.5～5％；鋁鐵：1～2％；煅燒三氧化二鋁：0.5～2.5％；鎳粉：0.5～1％；磁鐵礦：0.5～1.5％；余量為鐵粉及不可避免的雜質。進一步的，所述藥芯的填充率為13～16％。進一步的，所述低碳鋼外皮采用冷軋?zhí)间摫′搸В浜穸葹?.8～0.9mm，寬度為14mm；所述冷軋?zhí)间摫′搸У幕瘜W成分及含量范圍為：c≤0.025％，si≤0.02％，mn：0.2-0.35，s≤0.01％，p≤0.012％。進一步的，所述煅燒三氧化二鋁由α-al2o3高溫煅燒制得，煅燒工藝為1200℃/4h。優(yōu)選的，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質量百分比含量為：天然金紅石：30％；氧化鎂：2％；碳酸鋇：1.5％；鉀冰晶石：3％；鈦酸鉀：5％；硅錳合金：15％；金屬鉻：10％；鉬鐵：3.5％；鋁鐵：2％；煅燒三氧化二鋁：2.5％；鎳粉：0.5％；磁鐵礦：1.5％余量為鐵粉及不可避免的雜質。優(yōu)選的，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質量百分比含量為：天然金紅石：32％；氧化鎂：4％；碳酸鋇：2％；鉀冰晶石：2.5％；鈦酸鉀：3％；硅錳合金：17％；金屬鉻：8.5％；鉬鐵：4％；鋁鐵：1.7％；煅燒三氧化二鋁：1.3％；鎳粉：0.7％；磁鐵礦：0.8％；余量為鐵粉及不可避免的雜質。優(yōu)選的，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質量百分比含量為：天然金紅石：35％；氧化鎂：5％；碳酸鋇：3％；鉀冰晶石：2％；鈦酸鉀：2％；硅錳合金：20％；金屬鉻：8％；鉬鐵：5％；鋁鐵：1％；煅燒三氧化二鋁：0.5％；鎳粉：1％；磁鐵礦：0.5％；余量為鐵粉及不可避免的雜質。另外，本發(fā)明提供的這種低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲用于1～1.25％cr-0.5％mo低合金耐熱鋼的co2氣體保護焊全位置焊接。本發(fā)明低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲的設計原理如下：本發(fā)明將金紅石的含量從普通酸性藥芯焊絲的45％左右降至35％以下，同時添加少量的煅燒三氧化二鋁和鈦酸鉀，減少金紅石含量可降低焊縫金屬中非金屬氧化物夾雜傾向，提高熔渣堿度，從而提高脫硫、脫磷效果，提高焊縫金屬力學性能，而為了彌補減少金紅石對工藝性能帶料的影響，添加鈦酸鉀可起到穩(wěn)弧的效果，同時添加少量三氧化二鋁保證藥效焊絲的全位置焊接工藝性能；另外，在藥芯焊絲中添加了適量的金屬鎳粉，按照國家標準保證焊縫金屬中ni元素的含量不大于0.3％，大大提高了焊縫金屬的力學性能，特別是低溫沖擊性能；而通過添加少量的磁鐵礦等金屬氧化物可起到降低熔滴表面張力、細化熔滴顆粒以及去氫等效果，進一步優(yōu)化了藥芯焊絲的工藝性能和焊縫金屬的力學性能。本發(fā)明低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲中藥芯成分的作用如下：天然金紅石，含二氧化鈦95％以上，主要作用為造渣、穩(wěn)弧、調節(jié)熔渣的物理性能，改善焊縫成形；當天然金紅石加入量小于30％時，焊接電弧穩(wěn)定性差、全位置焊接工藝性能差；天然金紅石加入量大于45％時，熔渣凝固過快不利于氣體析出，容易形成壓痕或氣孔，此外還容易形成酸性氧化物夾雜并造成焊縫增氧，影響焊縫金屬力學性能。氧化鎂，主要作用是造渣，調整熔渣的熔點、堿度等；在本發(fā)明藥芯焊絲中氧化鎂含量小于2％時效果不明顯，氧化鎂含量大于5％時造成熔渣熔點偏高，電弧有爆炸聲，飛濺大，破壞電弧穩(wěn)定性，提高氧化鎂的含量可提高熔渣的堿度，對焊縫金屬力學性能有利，但影響藥芯焊絲的工藝性能。碳酸鋇，作為造渣劑，由于ba元素的電離能相對較低，可以起到穩(wěn)弧的效果；在藥芯中添加碳酸鋇可提高熔渣堿度，有利于脫硫、脫磷等，從而提高焊縫金屬的額力學性能；本發(fā)明中，碳酸鋇添加量控制在1.5～3％之間，當碳酸鋇的含量低于1.5％時，對電弧穩(wěn)定性效果不明顯，其含量高于3％時，藥芯熔點急劇增加，滯熔現(xiàn)象嚴重，電弧穩(wěn)定性下降。鉀冰晶石，作為造渣劑、穩(wěn)弧劑，主要作用是去氫，調節(jié)熔渣的物理性能，改善藥芯焊絲的工藝性能；鉀冰晶石含量低于2％時，去氫效果不顯著，而其含量高于3％時，電弧穩(wěn)定性降低，容易斷弧，因此本發(fā)明中鉀冰晶石的含量范圍為2～3％。鈦酸鉀，主要作用為穩(wěn)弧，造渣；鈦酸鉀的含量低于2％時，電弧不穩(wěn)定，熔滴過渡不穩(wěn)，影響焊縫成形，其含量高于5％時，藥芯焊絲的抗吸潮性能降低，因此本發(fā)明中鈦酸鉀的含量控制在2～5％。硅錳合金，作為脫氧劑、合金劑。金屬鉻，作為合金劑，其重量根據(jù)藥芯焊絲熔敷金屬含量中cr元素含量確定，因此多加或少加時，藥芯焊絲熔敷金屬成分不符合相關國家標準，本發(fā)明中金屬鉻的含量為8～10％。鉬鐵，作為合金劑，藥芯焊絲中鉬鐵的含量低于3.5％時，化學成分中mo元素含量偏低，熔敷金屬強度降低；鉬鐵含量高于5％時，熔敷金屬中mo元素的含量超出標準范圍，且熔敷金屬強度急劇增加，塑韌性降低。鋁鐵，作為強脫氧劑，可凈化焊縫金屬，提高焊縫金屬的力學性能；鋁鐵含量小于1％時效果不明顯，含量偏高(大于2％)時導致焊縫增si，焊縫金屬強度增加，塑性降低。鎳粉，作為合金劑，改善焊縫金屬的沖擊韌性，特別是低溫沖擊韌性；但是，當ni元素含量較高時，會增加熱裂紋傾向，影響焊縫金屬高溫力學性能。煅燒三氧化二鋁，作為造渣劑，可調節(jié)熔渣的物理性能，改善藥芯焊絲全位置焊接工藝性能；其含量小于0.5％時效果較差，含量大于2.5％時導致熔渣熔點過高，熔渣粘度偏高，電弧不穩(wěn)，飛濺增加；選用高溫煅燒三氧化二鋁可以去除三氧化二鋁中的水分，進而控制焊絲熔敷金屬中的擴散氫含量，提高藥芯焊絲的抗裂性能。磁鐵礦，作為造渣劑，強氧化劑，可降低熔渣熔點，增加熔渣流動性，減少熔滴表面張力，細化熔滴，還有去氫效果；當磁鐵礦的含量低于0.5％時，對熔渣的影響不明顯，其添加量超過1.5％時，熔渣稀，不利于全位置焊接，因此，本發(fā)明中，磁鐵礦的添加了控制在0.5～1.5％之間。鐵粉，用于提高藥芯焊絲導電均勻性，起到穩(wěn)弧作用。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明提供的這種低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲的熔敷金屬化學成分完全符合相關國家標準的規(guī)定，滿足1～1.25％cr-0.5％mo耐熱鋼的焊接要求。(2)本發(fā)明提供的這種低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲熔敷金屬的抗拉強度、屈服強度以及延伸率等力學性能指標完全符合相關國家標準的規(guī)定；且其熔敷金屬沖擊性能優(yōu)良，特別是低溫沖擊韌性(-30℃)穩(wěn)定在50j以上，沖擊值穩(wěn)定。附圖說明圖1是本發(fā)明低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲焊縫金屬微光組織圖。具體實施方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲的低碳鋼外皮采用冷軋?zhí)间摫′搸В搸Ш穸葹?.8～0.9mm，寬度為14mm；藥芯質量占整個藥芯焊絲總質量的13～16％，即填充率為13～16％；藥芯粉料預先烘焙處理，然后鋼帶經成形、粉料填充、合縫、減徑等一系列拉拔和表面處理后制成成品藥芯焊絲。藥芯成分及其在藥芯中所占的質量百分比含量如表1所示。表1：藥芯成分及配比(wt.％)藥芯組成實施例1實施例2實施例3天然金紅石303235氧化鎂245碳酸鋇1.523鉀冰晶石32.52鈦酸鉀532硅錳合金151720金屬鉻108.58鉬鐵3.545鋁鐵21.71鎳粉0.50.71煅燒三氧化二鋁2.51.30.5磁鐵礦1.50.80.5鐵粉23.521.517共計100100100采用上述實施例所制備的藥芯焊絲分別對1cr-0.5mo耐熱鋼試板進行焊接，然后按照國家標準規(guī)定對試板在690℃/1h條件下進行焊后熱處理，然后進行焊縫金屬化學成分與力學性能測試，檢測結果如表2和表3所示。表2：藥芯焊絲熔敷金屬化學成分(wt.％)化學成分csimnspcrnimo要求值0.05-0.12≤0.80≤1.25≤0.02≤0.031.0-1.50≤0.300.40-0.65實施例10.0610.400.870.00630.0111.310.080.48實施例20.00500.460.910.00590.0101.240.110.53實施例30.00690.551.120.00670.0121.180.150.55表3：藥芯焊絲熔敷金屬力學性能由上述表2和表3可知，本發(fā)明低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲熔敷金屬化學成分完全符合相關國家標準的規(guī)定，可滿足1～1.25％cr-0.5％mo耐熱鋼的全位置焊接要求；同時其熔敷金屬力學性能，包括抗拉強度、屈服強度以及延伸率等指標完全符合相關國家標準的規(guī)定；熔敷金屬沖擊性能優(yōu)良，特別是低溫沖擊韌性(-30℃)穩(wěn)定在50j以上，沖擊值穩(wěn)定。另外，對本發(fā)明實施例2所制備的低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯采用co2氣體保護焊方法進行焊接，焊接電流為250a，電壓28v，焊接速度為25cm/min，預熱及道間溫度為175℃，焊后熱處理工藝為690℃/1h，其熔敷金屬微觀組織如圖1所示。由圖1可看出，本發(fā)明的低合金鉻鉬耐熱鋼用藥芯焊絲的焊縫金屬晶粒細小，以針狀鐵素體組織為主，這對焊縫金屬的額力學性能，特別是低溫沖擊韌性非常有利。以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁12