一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝制造技术

本发明专利技术公开一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，以低碳钢带为外皮，药芯成分按质量百分比为：36～55％的微碳铬铁，10～25％的钛铁和铝粉的机械混合物，10～20％的金红石，2～6％的大理石，3～8％的氟化锂，1～3％的微碳锰铁，1～3％的氟硅酸钾，0.5～1％的海藻酸钠，余量为铁粉，其中，3：2≤钛铁：铝粉≤4：1。药芯粉末占焊丝总重的25‑30％。本发明专利技术提供的自保护药芯焊丝，无需外加保护气体，在焊接气氛中保持一定的氮分压，利用空气中的N为原料，部分渗N入熔敷金属，和Ti、Al反应生成(Ti,Al)N强化相，增加焊丝的强度和耐磨性，同时大大降低焊丝成本。

A (Ti, Al) N Strengthened Self-shielded Flux Cored Wire Using Air Nitriding

The invention discloses a self-shielding flux-cored wire strengthened by air nitriding N (Ti, Al) N, with low carbon steel strip as its outer skin, the composition of the flux core as follows: 36-55% micro-carbon ferrochromium, 10-25% mechanical mixture of ferrotitanium and aluminium powder, 10-20% rutile, 2-6% marble, 3-8% lithium fluoride, 1-3% micro-carbon ferromanganese, 1-3% potassium fluosilicate, 0.5-1. % Sodium alginate, the remaining amount of iron powder, of which 3:2 < ferrotitanium: aluminium powder < 4:1. Core powder accounts for 25%-30% of the total weight of welding wire. The self-shielded flux-cored wire provided by the invention does not need additional shielding gas, maintains a certain nitrogen partial pressure in the welding atmosphere, uses N in the air as raw material, partially infiltrates into the deposited metal, and reacts with Ti and Al to form (Ti, Al) N strengthening phase, increases the strength and wear resistance of the welding wire, and greatly reduces the cost of the welding wire.

【技术实现步骤摘要】
一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝
本专利技术属于材料加工工程中的焊接领域，具体地涉及一种Cr12N钢自保护药芯焊丝。
技术介绍
长期以来，以铬的碳化物(Cr7C3,Cr23C6,Cr3C等型碳化物)来强化药芯焊丝，提高熔敷金属硬度，是焊接材料研究工作者的普遍选择。近年来，研究发现，氮化物与碳化物相比，具有更高的硬度和稳定性，具有提供更佳耐磨性能的潜力。专利文献2(CN1562552A，一种氮合金化的硬面合金药芯焊丝材料)、专利文献3(CN101829861A，高抗裂耐磨埋弧堆焊药芯焊丝)和专利文献4(CN102019520A，用于耐磨部件磨损部位修复的焊丝及其制造方法)均通过直接在药芯中加入氮化铬以提高耐磨性。然而，氮化铬等氮化物价格昂贵，增加了焊丝制造成本。考虑到电弧焊接时，N会溶解入熔滴及熔池中，首次研制一种不用外加气体保护(自保护)的药芯焊丝，该自保护药芯焊丝利用空气中的N渗入液态金属，与加入其中的Al和Ti发生反应，形成(Ti,Al)N复合氮化物，同时辅之以合适的药芯组分，得到一种避免昂贵氮化物直接添加的，而是利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，大大节约焊丝成本。
技术实现思路
专利技术目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝及其制备方法。
技术实现思路
：为实现上述技术目的，本专利技术提出一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，以低碳钢带为外皮，药芯成分按质量百分比为：36～55％的微碳铬铁，10～25％的钛铁和铝粉的机械混合物，10～20％的金红石，2～6％的大理石，3～8％的氟化锂，1～3％的微碳锰铁，1～3％的氟硅酸钾，0.5～1％的海藻酸钠，余量为铁粉，其中，3：2≤钛铁：铝粉≤4：1。药芯粉末占焊丝总重的25-30％。优选地，所述的微碳铬铁含碳量为0.1wt％，含铬量为63～75wt％，其余为铁；所述的微碳锰铁含碳量为0.04wt％，含锰量为80～85wt％，其余为铁；所述的钛铁含钛量为28～32wt％，其余为铁。优选地，所述的低碳钢带H08A成分为C:0.1％,Mn:0.3～0.55％,Si:0.3％,S:≤0.03％,P:≤0.03％。优选地，所述药芯中的微碳铬铁、铬粉、微碳锰铁、金红石、大理石、氟化锂、氮化铬铁、氟硅酸钾、海藻酸钠、钛铁、铝粉及铁粉组分的粒径均大于或等于100目。优选地，所述低碳钢带厚度×宽度为0.6×14mm或0.5×12mm。优选地，所述焊丝的直径为1.6mm和2.0mm中的任意一种。优选地，所述的Cr12N钢自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成U形，然后通过送粉装置将药芯粉末按焊丝总重的25-30％加入到U形槽中；(2)将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6或2.0mm，得到最终产品。在上述药芯中各组分主要作用如下：钛铁和铝粉的机械混合物：与从空气中渗入高温液态金属中的N发生反应，生成(Ti,Al)N强化相。一方面，钛铁和铝粉的机械混合物添加量＜10％，会产生N气孔，且硬度和耐磨性下降，当钛铁和铝粉的机械混合物添加量＞25％时，焊道成形恶化。另一方面，当钛铁：铝粉＜3：2时，焊道脱渣性不良；当钛铁：铝粉＞4：1时，铝含量过少，难以形成(Ti,Al)N强化相。微碳铬铁：过渡Cr元素,强化熔敷金属，且C可避免在熔滴高温下Ti和Al被大量氧化。微碳锰铁：形成锰蒸汽、脱氧以增强自保护效果，有利于Ti和Al不被氧化。且C可避免在熔滴高温下Ti和Al被大量氧化。金红石、大理石、氟化锂、氟硅酸钾及海藻酸钠：金红石、大理石、氟化锂、氟硅酸钾及海藻酸钠混合物构成熔渣的主要组成部分，调控空气中N的渗入浓度，保证有适量的N渗入高温液态金属。金红石，形成熔渣。大理石，造气，并形成熔渣。氟化锂，形成熔渣，改善熔渣覆盖性，并且Li元素有稳弧作用，F元素可以有效降低熔敷金属H含量。氟硅酸钾，一方面F降低熔敷金属中的H含量，另外一方面K有稳定电弧作用。并形成熔渣，改善熔渣致密度。海藻酸钠，形成熔渣；稳弧。铁粉：过渡Fe到熔敷金属中。由上述技术方案和药芯中各组分的作用简述可以明了，本专利技术提供的一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，无需外加保护气体，在焊接气氛中存在一定的氮分压，利用空气中的N为原料，部分渗N入熔敷金属，与加入其中的Al和Ti发生反应，形成(Ti,Al)N复合氮化物，同时辅之以合适的药芯组分，得到一种避免昂贵氮化物直接添加的，而是利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，大大节约焊丝成本。有益效果：(1)实现利用空气渗入的N冶金反应生成(Ti,Al)N强化相，大大增加焊丝的强度和耐磨性；(2)避免了氮化铬、氮化钛、氮化铝等昂贵氮化物的额外直接添加，大大降低焊丝成本；(3)不产生氮气孔、脱渣性好、焊道成形美观。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，实施例所描述的具体的药芯组分配比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。其中，下列各实施例中所使用的微碳铬铁含碳量为0.1wt％，含铬量为63～75wt％，其余为铁；所述的微碳锰铁含碳量为0.04wt％，含锰量为80～85wt％，其余为铁；所述的钛铁含钛量为28～32wt％，其余为铁。实施例1一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，药芯成分按以下质量进行配制：包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，药芯成分按以下质量进行配制：包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中。钢带H08A成分为C:0.1％,Mn:0.3～0.55％,Si:0.3％,S:≤0.03％,P:≤0.03％。药芯成分按以下质量进行配制：36g的微碳铬铁，25g的钛铁和铝粉的机械混合物，15g的金红石，6g的大理石，8g的氟化锂，1g的微碳锰铁，1g的氟硅酸钾，1g的海藻酸钠，7g的铁粉。其中，钛铁：铝粉＝3：2。所有粉末过100目筛。将所取各种粉末置入混粉机内，混合30分钟，然后把混合粉末加入U形的12×0.5mm的H08A碳钢钢带槽中，填充率为25％。再将U形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm、2.55mm、2.4mm、2.2mm、2mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后获得直径为2mm的产品。焊接电流为280～340A，焊接电压为25～35V，焊接速度为0.35m/min，层间温度控制在150～250℃，堆焊3层。堆焊层熔敷金属气孔敏感性、脱渣性、硬度及耐磨性见表1。实施例2一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，药芯成分按以下质量进行配制：包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，药芯成分按以下质量进行配制：包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中。钢带H08A成分为C:0.1％,Mn:0.3～0.55％,Si:0.3％,S:≤0.03％,P:≤0.03％。药芯成分按以下质量进行配制：55g的微碳铬铁，10g的钛铁和铝粉的机械混合物，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，其特征在于，以低碳钢带为外皮，药芯成分按质量百分比为：36～55％的微碳铬铁、10～25％的钛铁和铝粉的机械混合物、10～20％的金红石、2～6％的大理石、3～8％的氟化锂、1～3％的微碳锰铁、1～3％的氟硅酸钾以及0.5～1％的海藻酸钠，余量为铁粉，其中，3：2≤钛铁：铝粉≤4：1，药芯粉末占焊丝总重的25‑30％。

【技术特征摘要】
1.一种利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，其特征在于，以低碳钢带为外皮，药芯成分按质量百分比为：36～55％的微碳铬铁、10～25％的钛铁和铝粉的机械混合物、10～20％的金红石、2～6％的大理石、3～8％的氟化锂、1～3％的微碳锰铁、1～3％的氟硅酸钾以及0.5～1％的海藻酸钠，余量为铁粉，其中，3：2≤钛铁：铝粉≤4：1，药芯粉末占焊丝总重的25-30％。2.根据权利要求1所述的利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，其特征在于，所述的低碳钢带为H08A，其成分为C:0.1％,Mn:0.3～0.55％,Si:0.3％,S:≤0.03％,P:≤0.03％,余量为Fe。3.根据权利要求1所述的利用空气渗N的(Ti,Al)N强化自保护药芯焊丝，其特征在于，所述的微碳铬铁含碳量为0.1wt％，含铬量为63～75wt％，其余为铁；所述的微碳锰铁含碳量为0.04wt％，含锰量为80～85wt％，其余为铁；所述的钛铁含钛量为28...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大双，魏萍，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32