兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝及其制备方法和应用，此种焊丝包括如下质量百分比的元素：C≤0.03%、Mn 0.6～1.5%、Si 0.5～1.2%、Cr 14.0～19.0%、Ni 4.0～8.0%、Mo 2.0～3.0%、Cu 2.0～5.0%、B 0.5～2.5%、Nb 0.2～0.7%、V 0.2～0.5%、S≤0.03%、P≤0.03%、余量为Fe。此种焊丝的钢坯是在真空和惰性气体氛围下精准冶炼而成，本发明专利技术的焊丝，旨在解决要求熔敷层金属同时具有高硬度和耐酸蚀性强的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝及其制备方法和应用
本专利技术属于焊接
的焊接材料，是一种兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝及其制备方法和应用。
技术介绍
煤机制造业每年要产出大量的液压支架新品下井服役，同时又有大批的废旧液压支架需要修复翻新，其中，液压支架的千斤顶部分是整套装备系统最重要的核心部分。液压支架千斤顶部分由立柱（活柱）、中缸、外缸、密封环组合、导向套等组成。根据制造、翻新和服役的要求，立柱及中缸的外表面必须进行改性处理，以满足高硬度和耐酸蚀性强的综合要求。现有的国产煤机液压支架千斤顶立柱和缸体的基体材质有27SiMn、30CrMnSi、40Cr等种类，其中，采用27SiMn最为广泛。根据制造、翻新和服役的要求，立柱及中缸的外表面必须进行改性处理，以满足高硬度和耐酸蚀性强的综合要求。传统的立柱及中缸的外表面处理采用电镀铬技术，因污染严重，工作环境恶劣，绝大多数相关电镀工厂停业；在应用机理上，因电镀层很薄（0.05～0.1mm），电镀层与基体金属间的结合是电化学移植过程，界面强度低，镀铬层自身也存在有孔隙率的问题，当受硬质物的冲击易出现裂隙和脱落，局部维修复原很困难。现阶段，国内一些煤机制造企业采用激光粉末熔敷技术，用于液压支架的立柱和中缸外表面的熔敷加工。激光熔敷设备投资大，易损件、耗材及设备维护工作成本高；熔敷粉末不能充分利用、激光器的光电转换率和激光的吸收率一直是供货商和应用单位要改进提高的难题；激光熔敷过程的温度梯度很高，急热急冷的速度高达105℃∕S以上，会造成熔敷金属层的成分出现偏析和气孔；熔敷层与母材的结合区有很大的内应力，也是造成熔敷层内部产生裂纹的促动因素。采用热丝钨极氩弧焊熔敷技术，设备投资少，设备操作维护简单，氩气保护的钨极焊接电弧是扩散型的自由电弧，电弧柔和安静，热循环过程和缓，通过对焊丝输送量的调节，可以实现对母材热输入量的调节与控制，焊接质量优良；该生产设备可以配置多组焊接机头系统性联动，生产效率高，经济效益好。但是一些相关的煤机修造企业采用ER308、ER309、ER316L等标准型奥氏体不锈钢焊丝配套，耐酸腐蚀性能可以得到保证，但熔敷层的硬度值偏低（HRC<35），熔敷层表面容易出现划伤砸伤等破坏，不能满足修造过程和服役性能的要求。药芯焊丝，因填充率不均匀，药粉成分有偏析，熔敷层金属会出现质量和成分的偏差；同时药芯焊丝的刚性差，送丝性不良，焊丝的指向性和随动性差，处于电弧区的焊丝前端部分极易爆裂飞溅；药芯焊丝吸潮性强，易出现药芯成分变质和气孔现象，药芯焊丝不能稳定地应用于热丝钨极氩弧焊工艺。所以现阶段专利技术一种兼有高硬度和耐酸腐蚀性能强的实芯不锈钢焊丝是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝及其制备方法和应用，以解决现阶段采用标准型奥氏体不锈钢焊丝硬度偏低的技术问题。本专利技术的焊丝具有硬度高、耐酸蚀性强和金属间结合能力强的几重优点。本专利技术的焊丝要具有高硬度和耐酸蚀性强的双重特性，与气体保护焊工艺技术配套，还要具有良好的焊接工艺性，使得该焊丝特别适用于煤机液压支架立柱及中缸外表面的熔敷熔修，使得煤机液压支架立柱及中缸外表面的气体保护焊熔敷修造技术形成完整的体系。本专利技术的技术构思：把焊接电弧的加热特征和焊接热循环的边界效应纳入熔敷层金属的化学冶金和物理冶金的全过程，通过焊接熔敷工艺技术使母材对熔敷层的稀释率调控在8～10%，针对熔化的母材部分对熔敷层输送的C、Mn、Si、S、P含量，制定焊丝填充金属的合金系、各主要组分的比例范围和有害杂质元素的控限量，进而确定冶炼焊丝所用钢坯的原材料标准，使熔敷层金属具有奥氏体、铁素体、马氏体三元组合的组织构造，熔敷层金属洁净化，且伴有固溶强化、位错强化、沉淀强化、细晶粒强化的相关机制，使得此种焊丝既能达到高的硬度值，又能满足耐酸蚀性强的要求。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：设计一种兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝，包括如下质量百分比的元素：包括如下质量百分比的元素：C≤0.03%、Mn0.6～1.5%、Si0.5～1.2%、Cr14.0～19.0%、Ni4.0～8.0%、Mo2.0～3.0%、Cu2.0～5.0%、B0.5～2.5%、Nb0.2～0.7%、V0.2～0.5%、S≤0.03%、P≤0.03%、余量为Fe。优选的，包括如下质量百分比的元素：C0.01～0.02%、Mn0.8～1.2%、Si0.6～0.9%、Cr16.5～18.5%、Ni5.0～6.0%、Mo2.5～2.5%、Cu3.0～4.0%、B1.0～2.0%、Nb0.3～0.6%、V0.3～0.4%、S≤0.02%、P≤0.025%、余量为Fe。优选的，制备所述焊丝的原料包括主料和辅料；其中主料包括如下重量份的原料：纯铁45～55份、微碳铬铁24～28份、纯镍5～6份、纯铜2～5份、钼铁3～5份、硼铁5～9份、金属锰0.9～1.5份、硅铁0.8～1.2份、铌铁0.4～1.0份、钒铁0.3～0.6份。优选的，辅料包括如下重量份的原料：特级冶金石灰1.5～2.0份、萤石0.4～0.8份。优选的，所述焊丝是直径0.6～2.0mm的实芯焊丝。一种兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝盘圆的制作方法，包括如下步骤：1）按照上述焊丝的元素组成配备原料；2）先在炉内加入辅料，之后分批次加入主料，在真空熔化时保持炉内真空度2～3Pa,温度1560～1620℃，持续时间120～130min；3）在惰性气体保护氛围下加入锰，全部熔化、均质化；4）浇铸、冷却后成钢坯；钢坯900～1000℃均热后轧制成直径5.5mm的线材，收卷成盘圆。一种兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝的制作方法，包括如下步骤：将上述制作的盘圆依次经过酸洗、涂层、粗拉组、去涂层、电解清洗、光亮热处理、涂层、中拉组、去涂层、电解清洗、光亮热处理、涂层、细拉组、精整、收卷、成品包装。一种上述焊丝的应用，所述焊丝与气体保护焊工艺方法匹配，用于机械制造和再制造的熔敷熔修工艺。优选的，所述焊丝应用于液压支架立柱及中缸外表面的熔敷熔修。本专利技术的组分设计原理如下：Cr：铬是铁素体（F）形成元素，是单质金属中硬度最高的金属，铬的钝化作用可以使熔敷层金属免受空气的侵蚀，研究发现，铁铬固溶体中的铬含量超出12%时，金属具有了不锈的性能。铬的碳化、氧化、母材稀释率、三元组织组合的系统性因素均会影响本专利技术焊丝的性能；C：碳是强稳定奥氏体（A）化元素，一定数量的高温奥氏体也是产生位错马氏体(M）硬化的基础条件；另一方面，碳与铬的亲和力很大，可以形成多种形式的碳化铬，有沉淀硬化效应，同时又使游离态的铬含量降低，造成金属的耐腐蚀性下降。因为局部熔化的母材会对熔敷层金属输送约0.03%左右的含碳量，设计上要采取固定碳的方式，比如添加比铬对碳亲和力更强的元素形成碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝，其特征在于，包括如下质量百分比的元素：C ≤0.03%、Mn 0.6～1.5%、Si 0.5～1.2%、Cr 14.0～19.0%、Ni 4.0～8.0%、Mo2.0～3.0%、Cu 2.0～5.0%、B 0.5～2.5%、Nb 0.2～0.7%、V 0.2～0.5%、S≤0.03%、P ≤0.03%、余量为Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝，其特征在于，包括如下质量百分比的元素：C≤0.03%、Mn0.6～1.5%、Si0.5～1.2%、Cr14.0～19.0%、Ni4.0～8.0%、Mo2.0～3.0%、Cu2.0～5.0%、B0.5～2.5%、Nb0.2～0.7%、V0.2～0.5%、S≤0.03%、P≤0.03%、余量为Fe。


2.根据权利要求1所述的兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝，其特征在于，包括如下质量百分比的元素：C0.01～0.02%、Mn0.8～1.2%、Si0.6～0.9%、Cr16.5～18.5%、Ni5.0～6.0%、Mo2.5～2.5%、Cu3.0～4.0%、B1.0～2.0%、Nb0.3～0.6%、V0.3～0.4%、S≤0.02%、P≤0.025%、余量为Fe。


3.根据权利要求1所述的兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝,其特征在于，制备所述焊丝的原料包括主料和辅料,主料:辅料100:2，其中主料包括如下重量份的原料：纯铁45～55份、微碳铬铁24～28份、纯镍5～6份、纯铜2～5份、钼铁3～5份、硼铁5～9份、金属锰0.9～1.5份、硅铁0.8～1.2份、铌铁0.4～1.0份、钒铁0.3～0.6份。


4.根据权利要求3所述的兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝，其特征在于，辅料包括如下重量份的原料：特级冶金石...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑俊波，
申请(专利权)人：郑州凯博焊割设备有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41