CN100443246C

CN100443246C - 堆焊用填充金属颗粒及其制备方法

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Publication number: CN100443246C
Application number: CNB2007100134218A
Authority: CN
Inventors: 孙俊生; 李宁洋; 孙逸群
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: CN101015887A

Abstract

本发明公开了一种堆焊用填充金属颗粒，粒径为0.1～5.0mm，其化学成分以质量百分比计，S小于0.05%、P小于0.05%、氧不超过60ppm和氮不超过60ppm；其他化学成分根据所堆焊金属要求确定。所述的金属颗粒由废钢和铁合金经熔炼后直接粒化制成，生产工艺简单，合金元素的利用率较高，成本比碎焊丝大大降低；本发明方法由于不用制丝，且合金成分可以根据需求任意确定，特别适合制备合金元素含量较多的耐磨、耐腐蚀、耐热等的填充金属颗粒。

Description

堆焊用填充金属颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种焊接材料及其生产方法，尤其涉及一种新型的堆焊用的填充金属颗粒及其制备方法。

背景技术

机械零件大多数是用金属材料制造的，由于零件之间或零件与物料之间的相对运动，会发生磨损；由于环境影响还有的会产生化学和电化学的作用，导致零部件的金属表面被腐蚀；有的零部件可能既被磨损，又被腐蚀，发生磨蚀。随着现代工业的发展，机械零件经常处于异常复杂和苛刻的条件下工作，大量的机械装备往往因磨损、腐蚀或磨蚀而报废。这就要求在高温高压、承受较大载荷以及氧化、腐蚀等工作条件下的机械装备表面具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温和抗氧化等性能。

为了降低工件的制造成本和获得良好的综合性能(如表面耐磨，工件整体韧塑性良好)，目前工程上常采用堆焊、热喷涂、化学热处理、气相沉积、电镀等技术在金属的表面制备出特殊性能的合金层。堆焊因工艺简单、设备投资少、操作灵活、适应面广而被广泛应用，包括手工电弧堆焊、氧乙炔焰堆焊、埋弧自动堆焊、气体保护堆焊、等离子堆焊、电渣堆焊等。人们也适应各种堆焊方法开发了各种堆焊材料。如中国专利CN86106019B“耐热耐磨堆焊焊条”，CN1116574A“一种高铬铸铁堆焊材料及工艺”，CN1003430B“高硬度耐磨损不预热堆焊焊条”等堆焊焊条；以及CN1238154C“一种连铸辊堆焊用烧结焊剂及其生产方法”等焊剂；焊条和焊剂具有使用灵活、制造方便的优点，但合金元素的过渡系数低、堆焊金属的成分不够稳定和均匀，且堆焊层合金的数量受到工艺方法的限制，只适于低、中合金的堆焊金属。堆焊用药芯焊丝如CN1415453A“一种堆焊用包芯焊丝”，CN1775454A“高抗裂耐磨高铬铸铁型堆焊药芯焊丝”等，药芯焊丝的缺点是制造工艺复杂、价格较贵；中国专利CN85102440B“耐磨堆焊合金粉块”提出了将合金粉末制备成合金块用于堆焊，提高了合金元素的过渡系数。上述所有堆焊材料均以金属粉末作为原材料，而合金粉末的制造工艺复杂，使得成本大幅度增加。另外还有合金焊丝堆焊，利用合金焊丝过渡合金元素虽然合金元素的利用率较高、成分也比较均匀，但合金焊丝难以制造。

中国实用新型专利CN2426397Y、发明专利CN1273900A提出了一种碎焊丝，焊前将这种碎焊丝均匀散布于坡口内，通过电弧熔化形成焊缝，达到了高效焊接的目的。上述碎焊丝的生产工艺是，以钢铁企业生产的焊接用的热轧线材为原料，通过多道次的冷拔后制成一定直径的细丝，然后再切丝制成圆柱体形状的碎焊丝(见《安装》杂志，2003年第5期文章“大型油罐底板焊接法-碎焊丝埋弧焊”)，其生产制造工艺较为复杂。所述碎焊丝及其生产工艺存在以下不足：首先是碎焊丝的合金成分不能自主调整，其品种受到钢铁企业生产热轧线材品种的限制；其次是合金元素含量较高的金属材料难以制成线材，特别是制备直径0.8mm以下的线材更加困难，使得这种碎焊丝难以用于堆焊，致使其应用领域受到极大限制；第三是碎焊丝的生产工艺复杂，原材料又来源于钢铁企业的特种焊接用热轧线材，使其生产成本居高不下。

随着机械零部件使用工况的日益苛刻，如磨损、腐蚀、高温等，对低成本、使用方便、性能优异的堆焊材料的需求也更加迫切。

发明内容

针对现有堆焊材料的缺点和不足，本发明要解决的问题是提出一种新型的堆焊用的填充金属颗粒及其制备方法。

本发明的技术构思是：选择杂质(S、P、N、O等)含量较低的废钢，采用感应熔炼炉或电弧炉将其熔化成钢水，在熔化过程中采用熔渣或气氛保护，并根据欲制堆焊用填充金属颗粒成分的需要添加或者不添加合金元素，借助高压液流(如水、油等)或者高压气流(如空气、氮气、惰性气体等)冲击破碎上述钢水，使其凝固后形成圆球或椭圆球状的金属颗粒，制得堆焊用的填充金属颗粒。

本发明所述的堆焊用填充金属颗粒，由废钢和铁合金制成，其特征在于，所述金属颗粒为圆球或椭圆球状，粒径为0.1～5.0mm，其化学成分以质量百分比计，S小于0.05％、P小于0.05％、氧不超过60ppm和氮不超过60ppm；其他化学成分根据下列堆焊金属要求分别是：

1)普通低中合金钢堆焊金属：C不超过1.2％、Mn不超过6.5％、Si不超过1.2％、Cr不超过5.5％和Mo不超过4.5％；

或2)Cr-W或Cr-Mo热稳定钢堆焊金属：C不超过0.6％、Mn不超过3.0％、Si不超过1.2％、Cr不超过5.5％、Mo不超过3.0％、V不超过1.2％和W不超过11.0％；

或3)高铬钢堆焊金属：C不超过0.35％、Si不超过1.6％、Cr为9.0％～18.0％、Ni不超过6.5％、Mo不超过3.0％、W不超过2.8％、Nb不超过0.8％和B不超过1.8％；

或4)高锰钢或铬锰钢堆焊金属：C不超过1.2％、Mn不超过18.0％、Cr不超过18.0％、Mo不超过3.0％、W不超过5.5％和Si不超过1.3％；

或5)高速钢堆焊金属：C为0.6％～1.2％、Cr为3.5％～5.0％、V为0.9％～1.6％和W为16.0％～20.0％；

或6)马氏体合金铸铁堆焊金属：C不超过5.0％、Cr不超过6.5％、Mo不超过5.5％和W不超过15.0％；

或7)高铬合金铸铁堆焊金属：C不超过5.0％、Mn不超过3.5％、Si不超过3.2％、Cr为15.0％～35.0％、Ni不超过8.0％、Mo不超过6.5％、W不超过21.0％和B不超过4.0％；

或8)奥氏体铬镍钢堆焊金属：C不超过0.2％、Mn为0.5％～3.0％、Si为3.2％～8.0％、Cr为14.0％～22.0％、Ni为6.0％～13.5％、Mo不超过5.5％、W不超过1.4％、V不超过1.4％和Nb不超过1.4％。

上述1)～8)所列的八种堆焊金属除了以上要求的合金元素之外，允许含有一定量的作为杂质存在的其他合金元素，其含量以不影响堆焊金属的性能为原则。

上述废钢是钢铁企业或钢材用户生产过程中废弃的板头、板边或边角料。

杂质(S、P、N、O等)含量较低，有益的合金元素含量较多且稳定，符合焊接材料用钢所要求的特性的废钢，应优先选用。如普通低中合金钢堆焊金属可优选Q345钢、DB590钢或者X70钢等废弃的板头、板边、边角料；高铬合金铸铁堆焊金属可优先选用Q345钢等废弃的板头、板边或边角料。

DB590钢的化学成分(质量百分比)为：C 0.067％、Si O.305％、Mn 1.439％、P 0.019％、S 0.008％、Nb 0.041％、Cu 0.108％、Ti 0.021％、B 0.0010％；

X70钢的化学成分(质量百分比)为：C 0.06％、Si 0.25％、Mn 1.46％、P 0.012％、S0.003％、Mo 0.22％、Ni 0.20％、Cu 0.22％；(DB590钢和X70钢内容详见专利CN1152767C)

Q345钢的化学成分(质量百分比)：C小于0.2％、Mn为1.0～1.6％、Si为0.2～0.55％、S和P小于0.04％。

上述堆焊用填充金属颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)废钢的选择：所述废钢的化学成分以质量百分比计，S小于0.05％、P小于0.05％、氧不超过60ppm和氮不超过60ppm；其他化学成分根据下列堆焊金属要求分别是：

或3)高铬钢堆焊金属：C不超过0.35％、Si不超过1.6％、Cr不超过18.0％、Ni不超过6.5％、Mo不超过3.0％、W不超过2.8％、Nb不超过0.8％和B不超过1.8％；

或5)高速钢堆焊金属：C不超过1.2％、Cr不超过5.0％、V不超过1.6％和W不超过20.0％；

或7)高铬合金铸铁堆焊金属：C不超过5.0％、Mn不超过3.5％、Si不超过3.2％、Cr不超过35.0％、Ni不超过8.0％、Mo不超过6.5％、W不超过21.0％和B不超过4.0％；

或8)奥氏体铬镍钢堆焊金属：C不超过0.2％、Mn不超过3.0％、Si不超过8.0％、Cr不超过22.0％、Ni不超过13.5％、Mo不超过5.5％、W不超过1.4％、V不超过1.4％和Nb不超过1.4％；

(2)根据欲制堆焊用填充金属颗粒的化学成分指标，依据步骤(1)所选废钢的化学成分确定是否需要添加合金剂，以及添加合金剂的种类及数量；

(3)将步骤(1)选定的废钢分为A、B两份，将A份先放入感应熔炼炉用最短的时间将其熔化，A份的数量根据炉膛的尺寸确定，以熔化后钢水能够有10mm～20mm深为原则；然后加入造渣剂，并将其熔化(建立起液态熔渣保护层，隔绝空气与钢水的接触)，造渣剂的加入量以在钢水表面形成3mm～4mm厚的液态熔渣为原则；待液态熔渣形成后，将B份废钢加入感应熔炼炉中，加入时不能破坏对钢水起保护作用的液态熔渣层，待B份废钢熔化后继续熔炼10～15分钟；

(4)根据步骤(2)确定的所添加合金剂的种类及数量依次加入合金剂，待其完全熔化后再精炼5～12分钟；

(5)将熔炼好的钢水(过热150～200℃)和其表面的熔渣倒入下部设有导流管的保温坩埚中；

其中：所述保温坩埚的导流管与漏嘴相连，漏嘴直径依据欲制备的颗粒粒径在6～20mm内更换选择；在漏嘴出口处同水平高度的四周设置有喷嘴，喷嘴为环缝式，呈正方形排布，所述正方形的边长为200～500mm，所述漏嘴出口位于所述正方形对角线的交点处；喷嘴进口与高压液流或者高压气流管相接，喷嘴出口喷出的高压液流或气流与漏嘴流出的钢水呈30°～60°角，且喷嘴出口喷出的高压液流或者高压气流聚焦于漏嘴出口垂直流出的钢水流上；漏嘴与喷嘴的下方设置有底部成斜坡状(斜坡与水平面的夹角为30～60°，斜坡能使凝固中的小钢滴沿斜坡运动，防止其过快沉积而相互焊结)的收集池，池中装有1.5～2m深的液体冷却介质，介质液面距喷嘴聚焦点为200～500mm(喷嘴与收集池液面的距离尽可能小，使钢水粒化成小钢滴后能够快速入水，减少空气对其的氧化作用)；

(6)更换上选定直径的漏嘴，以10～50kg/min的流量使坩埚中沉于下部的钢水由漏嘴流出，同时开启高压液流或者高压气流的喷嘴，以0.8～10MPa的压力(压力越大，金属颗粒越细小)喷射流出的钢水，待钢水全部流出后，液态熔渣弃掉，钢水在高压液流或者高压气流的冲击作用下，变为小钢滴，并被快速冷却，落入装有液体冷却介质的收集池中，小钢滴凝固后，即成为金属颗粒；

(7)取出收集池水中的金属颗粒，用烘箱烘干，烘干温度为120～180℃，保温时间为20～40分钟；

(8)采用常规的振动筛分设备筛分烘干后的金属颗粒，根据焊接工艺的要求按比例选用不同粒径的金属颗粒混合使用；或者，将烘干后的金属颗粒混匀后，直接使用。

上述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法中，步骤(1)所述废钢优先选择钢铁企业或钢材用户生产过程中废弃的DB590钢、X70钢、Q345钢、10CrMo910钢之一。

上述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法中，步骤(2)或(4)所述合金剂是硅铁、钼铁、铬铁、铌铁、金属镍、铜、锰铁、钛铁、钨铁之一或部分或全部。

上述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法中，步骤(3)所述造渣剂优选埋弧焊常用的焊剂431。

上述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法中，步骤(5)所述喷嘴喷出的高压液流或气流与漏嘴流出的钢水优选呈35°～45°角；所述介质液面距喷嘴聚焦点距离优选为200～350mm。

上述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法中，步骤(5)或(6)所述高压液流优选高压水，高压气流优选高压氮气；所述收集池中的液体冷却介质优选水。

上述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法中，步骤(6)所述喷嘴喷出的高压液流或者高压气流的压力优选为1.0～6.0MPa。

上述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法中，步骤(6)所述漏嘴直径选定为6mm时，沉于坩埚下部的钢水以18～22kg/min的流量由漏嘴流出；漏嘴直径选定为8mm时，沉于坩埚下部的钢水以42～46kg/min的流量由漏嘴流出。

通常直径决定流量，漏嘴直径越小，钢水流量越慢，喷嘴喷出的液流或气流的压力越大，金属颗粒越细小。

漏嘴直径选定为6mm时，钢水流量18kg/min时，喷嘴喷出液流的压力采用10MPa，金属颗粒的尺寸可达到100～200μm，细小如粉末。

上述金属和铁合金的质量以如下国家和行业标准执行：

锰铁GB/T3795-2006，硅铁GB2272-1987，铬铁GB 5683-1987，钒铁GB 4139-2004，铌铁GB7737-1997，钼铁GB3649-1987，钨铁GB/T3648-1996，钛铁GB 3282-1987，硼铁GB/T 5682-1995，镍及镍合金板GB/T2054-2005，粗铜YS/T 70-93(中国有色金属行业标准)，没有国家和行业标准的执行生产企业标准。

使用本发明的填充金属颗粒进行堆焊时，首先根据对堆焊层的性能要求确定填充金属的成分，最好选用不同粒度的填充金属颗粒混合使用，这样可以减少颗粒之间的间隙，增加容积质量。

为了方便使用，可以根据堆焊面的形状用模具将填充金属颗粒压制成合金块。压制合金块的方法是，在填充金属颗粒中加入占填充金属颗粒质量5～15％的水玻璃，搅拌均匀后放入模具中，然后压制成型，压力为40～50MPa，取出后烘干180～220℃，即制成合金块。

堆焊时对基体表面的油污、铁锈等要进行必要的清理。

将堆焊填充金属颗粒置于堆焊区域的方法有以下三种，一是将合金块置于堆焊部位；二是将堆焊填充金属颗粒直接均匀散布于工件表面；三是用占填充金属质量10～20％的水玻璃(或淀粉、木粉等有机物)做粘接剂将填充金属颗粒涂敷于工件表面，然后烘干180～220℃、5～30分钟。用焊接热源(如TIG电弧、MIG电弧、等离子弧、气体火焰、碳弧等)按一定方式扫描上述三种方式置于堆焊区的填充金属使其和部分母材熔化、凝固后即形成堆焊层。这种工艺方法具有母材的稀释率较小、堆焊层的成分性能稳定、合金元素的利用率高、填充金属颗粒比粉末的混合物易熔化等优点。通过选用不同的填充金属颗粒，可以获得耐磨、耐热、耐腐蚀等不同性能的堆焊层。

本发明实施具有如下明显效果：

(1)产品的合金成分可根据需要自主调整，使用的金属颗粒的大小可通过筛分任意选择。

(2)本专利所用原材料来源广，并使废钢资源得到了更加充分合理的利用。

钢铁企业在生产板材过程中，由于定尺的需要大约产生钢产量5％左右的板头和板边，钢材用户也会产生一定量的边角料。这些板头、板边目前多作为废钢处理了，有的回炉、有的用于小部件制造，没有充分发挥其成分、性能稳定，杂质含量少的优越性。

(3)本发明专利的填充金属颗粒由液态金属直接粒化制取，生产工艺简单，合金成分可以根据需求任意确定。

(4)由于不用制丝，对金属成分没有特别要求，只要能够熔化成液态金属即可。因此，特别适合制备合金元素含量较多的耐磨、耐腐蚀、耐热等的填充金属颗粒。

(5)原材料取自废钢、生产工艺简单、合金元素的利用率较高，成本比碎焊丝大大降低。

具体实施方式

实施例1：普通低中合金钢堆焊填充金属颗粒。主要合金元素的设计成分为(质量％)：0.8C、1.0Si、2.5Mn、3.5Cr和其他合金元素总量不超过1。

耐磨堆焊用填充金属颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)废钢的选择：根据耐磨合金成分的设计要求选用Q345废钢，其主要化学成分(质量％)为：0.18C、1.42Mn、0.36Si、0.017S、0.015P、氧含量50ppm和氮含量52ppm。

(2)根据欲制耐磨堆焊用填充金属颗粒的化学成分设计指标，依据步骤(1)所选Q345废钢的化学成分，确定添加合金的种类和数量如下：

炉料总质量6.8％的高碳铬铁(含65％Cr、7％C、3％Si)、0.65％的石墨、1.95％的硅铁(含45％Si、3％Mn)、2.5％的中碳锰铁(含79％Mn、1.2％C)。

(3)将步骤(1)所选的废钢分为A、B两份，将A份先放入感应熔炼炉用最短的时间将其熔化，A份的数量根据炉膛的尺寸确定，以熔化后钢水能够有15mm～20mm深为原则；然后加入造渣剂(焊剂431)，并将其熔化(建立起液态熔渣保护层，隔绝空气与钢水的接触)，造渣剂的加入量以在钢水表面形成3mm～4mm厚的液态熔渣为原则；待液态熔渣形成后，将B份废钢加入感应熔炼炉中，加入时不能破坏对钢水起保护作用的液态熔渣层，待B份废钢熔化后继续熔炼12分钟。

(4)将步骤(2)选定的高碳铬铁、石墨、中碳锰铁、硅铁依次加入步骤(3)熔炼好的钢水中，待铁合金完全熔化后再精炼10分钟。

(5)将步骤(4)熔炼好的钢水(过热150～200℃)和其表面的熔渣倒入下部设有导流管的保温坩埚中。

其中：所述保温坩埚的导流管与漏嘴相连，漏嘴直径为8mm，在漏嘴出口处同水平高度的四周设置有喷嘴，喷嘴为环缝式，呈正方形排布，所述正方形的边长为300mm，所述漏嘴出口位于所述正方形对角线的交点处；喷嘴进口与高压水流管相接，喷嘴出口喷出的高压水流与漏嘴流出的钢水呈40°角，且喷嘴出口喷出的高压水流聚焦于漏嘴出口垂直流出的钢水流上；漏嘴与喷嘴的下方设置有底部成斜坡状(斜坡与水平面的夹角为45°)的收集池，池中装有1.8m深的水，水面距喷嘴聚焦点为300mm。

(6)选定的漏嘴直径为8mm，以42kg/min的流量使坩埚中沉于下部的钢水由漏嘴流出，同时开启高压水流的喷嘴，以1.2MPa的压力喷射流出的钢水，待钢水全部流出后，液态熔渣弃掉，钢水在高压水流的冲击作用下，变为小钢滴(喷射的高压水在钢水的四周能形成一个水帘，隔绝了空气，同时水雾化形成的蒸汽也降低了气氛中氧的分压(氧来源于空气)，减少了钢水的氧化)，并被快速冷却，落入装有冷却水的收集池中，小钢滴凝固后，即成为金属颗粒；

(7)取出收集池水中的金属颗粒，用烘箱烘干，烘干温度为150℃，保温时间为30分钟。

经化学成分分析最终获得的填充金属颗粒的主要化学成分(质量％)为，0.75C、1.05Si、2.3Mn、3.47Cr，满足成分设计的要求。

将按上述方法生产的填充金属颗粒均匀散布于Q345钢板表面，然后用碳弧扫描使其和部分母材熔化，凝固后在钢板表面即形成耐磨层，耐磨层的厚度为4mm，硬度达到HRC48，没有裂纹，成型良好。

实施例2：Cr-Mo热稳定钢堆焊填充金属颗粒。主要合金元素的设计成分为(质量％)：0.4C、0.8Si、2.2Mn、1.8Cr和0.8Mo。

耐磨堆焊用填充金属颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)废钢的选择：根据填充金属合金成分的设计要求选用10CrMo910废钢(即

其主要化学成分(质量％)为：0.12C、0.52Mn、0.40Si、2.2Cr、1.0Mo、0.022S、0.030P和氧和氮含量均不超过60ppm。

(2)根据欲制堆焊用填充金属颗粒的化学成分设计指标，依据步骤(1)所选10CrMo910废钢的化学成分，确定添加合金的种类和数量如下：

炉料总质量0.46％的石墨、1.65％的硅铁(含45％Si、3％Mn)、3.1％的中碳锰铁(含79％Mn、1.2％C)。

(4)将步骤(2)选定的石墨、中碳锰铁、硅铁依次加入步骤(3)熔炼好的钢水中，待铁合金完全熔化后再精炼10分钟。

经化学成分分析最终获得的填充金属颗粒的主要化学成分(质量％)为，0.43C、0.75Si、2.3Mn、1.7Cr、0.82Mo，满足成分设计的要求。

该填充金属颗粒可用于堆焊铸钢或锻钢作坯体的热锻模，用TIG熔敷后空冷硬度HRC45。

实施例3：高铬钢堆焊填充金属颗粒。主要合金元素的设计成分为(质量％)：0.18C、13.0Cr、6.0Ni、2.5Mo、2.0W和其他合金元素总量不超过2.5。

耐磨堆焊用填充金属颗粒的制备方法，包括如下步骤：

其主要化学成分(质量％)为：0.12C、0.52Mn、0.40Si、2.2Cr、1.0Mo、0.022S、0.030P和氧、氮含量均不超过60ppm。

炉料总质量0.15％的石墨、13.5％的金属铬、6.7％的金属镍、3.4％的钼铁(含57％Mo、0.2％C)、3.1％的钨铁(含70％W、0.4％C、1.0％Si)。

(4)将步骤(2)选定的石墨、金属铬、金属镍、钼铁、钨铁依次加入步骤(3)熔炼好的钢水中，待铁合金完全熔化后再精炼10分钟。

经化学成分分析最终获得的填充金属颗粒的主要化学成分(质量％)为，0.17C、13.4Cr、5.8Ni、2.4Mo、1.85W，其他合金元素的总量小于2.5，满足国标EDCr-A₂-15堆焊焊条熔敷金属成分要求。可用碳弧或TIG电弧熔敷于工件表面，用途同堆焊焊条EDCr-A₂-15。

实施例4：高锰钢堆焊填充金属颗粒。主要合金元素的设计成分为(质量％)：1.1C、15.0Mn、0.6Si和2.1Mo。

耐磨堆焊用填充金属颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)废钢的选择：根据填充金属合金成分的设计要求选用含Mo的报废的高锰钢(铸钢)，其主要化学成分(质量％)为：1.2C、15.0Mn、0.4Si、2.1Mo、氧和氮含量均不超过60ppm。

(2)根据欲制堆焊用填充金属颗粒的化学成分设计指标，依据步骤(1)所选废钢的化学成分，确定添加合金的种类和数量如下：

炉料总质量0.45％的石墨、3.7％的中碳锰铁(含79％Mn、1.2％C)、0.42％的钼铁(含57％Mo、0.2％C)、1.1％的硅铁(含45％Si、3.0％Mn)。

(4)将步骤(2)选定的石墨、中碳锰铁、钼铁、硅铁依次加入步骤(3)熔炼好的钢水中，待铁合金完全熔化后再精炼10分钟。

经化学成分分析最终获得的填充金属颗粒的主要化学成分(质量％)为，1.05C、14.6Mn、0.56Si、2.0Mo，满足国标EDMn-B-16堆焊焊条熔敷金属成分要求。可用碳弧或TIG电弧熔敷于工件表面，用于各种破碎机、推土机等受冲击而易磨损部分的堆焊。

实施例5：高速钢堆焊填充金属颗粒。主要合金元素的设计成分为(质量％)：0.8C、4.1Cr、18W和1.2V。

耐磨堆焊用填充金属颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)废钢的选择：根据填充金属合金成分的设计要求选用Q215钢的边角料，其主要化学成分(质量％)为：0.14C、0.38Mn、0.2Si、0.015S、0.02P、氧和氮含量均不超过60ppm。

炉料总质量0.46％的石墨、7.9％的高碳铬铁(含65％Cr、7％C、3％Si)、3.0％的钒铁(含50％V、0.2％C)、27.1％的钨铁(含70％W、1.0％Si、0.4％C)。

(4)将步骤(2)选定的石墨、高碳铬铁、钨铁、钒铁依次加入步骤(3)熔炼好的钢水中，待铁合金完全熔化后再精炼10分钟。

经化学成分分析最终获得的填充金属颗粒的主要化学成分(质量％)为，0.76C、3.95Cr、17.6W、1.16V，满足国标EDD-D-15堆焊焊条熔敷金属成分要求。可用碳弧或TIG电弧熔敷于刀具毛坯(如45钢)的刃口，以达到代用整体高速钢的目的，也可以用来修复磨损的刀具和其它工具。

实施例6：高铬合金铸铁堆焊合金颗粒。堆焊金属用于抗磨料磨损，硬度要求HRC 50以上。拟采用含有碳化物和硼化物抗磨相的Fe-Cr-C合金，设计成分为(质量％)：2.8～3.5C、23.5～26.0Cr、0.1～0.35B和0.6～0.8Mn。该填充金属颗粒可用于抗磨料磨损。

耐磨堆焊用填充金属颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)废钢的选择：根据耐磨合金成分的设计要求选用Q345废钢，其主要化学成分(质量％)为：0.18C、1.42Mn、0.36Si、0.017S和0.015P。

炉料总质量41％的高碳铬铁(含65％Cr、7％C、3％Si)、0.90％的石墨、1.5％的硼铁(含18％B、0.5％C、4％Si)。

(4)将步骤(2)选定的高碳铬铁、石墨、硼铁依次加入步骤(3)熔炼好的钢水中，待铁合金完全熔化后再精炼10分钟。

经化学成分分析最终获得的填充金属颗粒的主要化学成分(质量％)为，3.1C、24.8Cr、0.67Mn、0.13B、1.12Si，满足成分设计的要求。

将按上述方法生产的填充金属颗粒均匀散布于Q345钢板表面，然后用碳弧扫描使其和部分母材熔化，凝固后在钢板表面即形成耐磨层，耐磨层的厚度为4mm，硬度达到HRC53，没有裂纹，成型良好。

Claims

1.一种堆焊用填充金属颗粒，由废钢和铁合金制成，其特征在于，所述金属颗粒为圆球或椭圆球状，粒径为0.1～5.0mm，其化学成分以质量百分比计，S小于0.05％、P小于0.05％、氧不超过60ppm和氮不超过60ppm；其他化学成分根据下列堆焊金属要求分别是：

2.如权利要求1所述的堆焊用填充金属颗粒，其特征在于，所述废钢是钢铁企业或钢材用户生产过程中废弃的板头、板边或边角料。

3.权利要求1所述堆焊用填充金属颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(3)将步骤(1)选定的废钢分为A、B两份，将A份先放入感应熔炼炉用最短的时间将其熔化，A份的数量根据炉膛的尺寸确定，以熔化后钢水能够有10mm～20mm深为原则；然后加入造渣剂，并将其熔化，造渣剂的加入量以在钢水表面形成3mm～4mm厚的液态熔渣为原则；待液态熔渣形成后，将B份废钢加入感应熔炼炉中，加入时不能破坏对钢水起保护作用的液态熔渣层，待B份废钢熔化后继续熔炼10～15分钟；

(5)将熔炼好的钢水和其表面的熔渣倒入下部设有导流管的保温坩埚中；

其中：所述保温坩埚的导流管与漏嘴相连，漏嘴直径依据欲制备的颗粒粒径在6～20mm内更换选择；在漏嘴出口处同水平高度的四周设置有喷嘴，喷嘴为环缝式，呈正方形排布，所述正方形的边长为200～500mm，所述漏嘴出口位于所述正方形对角线的交点处；喷嘴进口与高压液流或者高压气流管相接，喷嘴出口喷出的高压液流或气流与漏嘴流出的钢水呈30°～60°角，且喷嘴出口喷出的高压液流或者高压气流聚焦于漏嘴出口垂直流出的钢水流上；漏嘴与喷嘴的下方设置有底部成斜坡状的收集池，池中装有1.5～2m深的液体冷却介质，介质液面距喷嘴聚焦点为200～500mm；

(6)更换上选定直径的漏嘴，以10～50kg/min的流量使坩埚中沉于下部的钢水由漏嘴流出，同时开启高压液流或者高压气流的喷嘴，以0.8～10MPa的压力喷射流出的钢水，待钢水全部流出后，液态熔渣弃掉，钢水在高压液流或者高压气流的冲击作用下，变为小钢滴，并被快速冷却，落入装有液体冷却介质的收集池中，小钢滴凝固后，即成为金属颗粒；

4.如权利要求3所述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述废钢选择钢铁企业或钢材用户生产过程中废弃的DB590钢、X70钢、Q345钢、10CrMo910钢之一。

5.如权利要求3所述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)或(4)所述合金剂是硅铁、钼铁、铬铁、铌铁、金属镍、铜、锰铁、钛铁、钨铁之一或部分或全部。

6.如权利要求3所述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述造渣剂是埋弧焊常用的焊剂431。

7.如权利要求3所述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述喷嘴喷出的高压液流或气流与漏嘴流出的钢水呈35°～45°角；所述介质液面距喷嘴聚焦点距离为200～350mm。

8.如权利要求3所述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(5)或(6)所述高压液流是高压水，高压气流是高压氮气；所述收集池中的液体冷却介质是水。

9.如权利要求3所述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述喷嘴喷出的高压液流或者高压气流的压力为1.0～6.0MPa。

10.如权利要求3所述的堆焊用填充金属颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述漏嘴直径选定为6mm时，沉于坩埚下部的钢水以18～22kg/min的流量由漏嘴流出；漏嘴直径选定为8mm时，沉于坩埚下部的钢水以42～46kg/min的流量由漏嘴流出。