CN101391352A

CN101391352A - 修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN101391352A
Application number: CNA2008103049300A
Authority: CN
Inventors: 林剑东; 何藩; 黄平; 陈建平; 周三保; 熊旭; 姜庆波
Original assignee: Panzhihua Iron and Steel Group Corp; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Panzhihua New Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Panzhihua Iron and Steel Group Corp; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Panzhihua New Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: CN101391352B

Abstract

本发明属焊接材料领域，具体涉及修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝及其制备方法。所解决的技术问题为提供一种修复冷轧支承辊工作层用的焊接材料，堆焊层金属硬度高，具良好耐磨性、抗裂性和抗疲劳破坏性能。该药芯焊丝的药芯是由如下重量百分比的组分组成：C 0.30～0.40％、Si 0.50～1.0％、Mn 0.70～1.0％、Cr 2.5～3.5％、Ni 0.4～1.0％、Mo 0.5～1.7％、V 0.30～0.60％、Nb 0.03～0.10％、Ti 0.01～0.025％、W 0.80～1.9％、Re 0.05～0.50％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe。应用该焊丝焊接冷轧支承辊达到堆焊修复要求。

Description

修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝及其制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体涉及修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

冷轧支承辊是冷轧钢板生产所需零部件的关键部件，工作时承受较大的交变应力，辊身硬度达HRC46～50，同时还要求有较好的抗剥落的能力，为此目前的生产厂家一般采用9Cr3Mo等高碳低合金钢经过锻造和复杂的热处理过程制造而成，价格昂贵。全国每年冷轧支承辊的消耗量很大，又因修复难度很大而几乎不修复就报废，造成巨大的经济损失。

对冷轧支承辊的修复主要采用堆焊技术，它包括辊子的焊前预热、堆焊和焊后热处理过程。堆焊包括过渡层和工作层的堆焊，该工序中使用的堆焊材料是决定堆焊层金属性能和冷轧支承辊使用寿命的关键因素。由于目前冷轧支承辊修复难度大，一般不修复，所以没有现成的冷轧支承辊修复用过渡层和工作层焊丝。冷轧支承辊使用过程中受到的轧制压力很大，承受的疲劳应力也很大，需要有较好的硬度、强度和抗疲劳能力，目前可以用于冷轧支承辊修复的现有工作焊丝硬度可以满足要求，但韧性不能满足要求，使用过程中抗疲劳能力较差，容易产生掉块和裂纹。

本领域急需开发能满足修复冷轧支承辊工作层用的焊接材料。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种修复冷轧支承辊工作层用的焊接材料，使用该焊丝堆焊，堆焊层金属的硬度达到HRC46～50，具有良好的耐磨性、抗裂性能和抗疲劳破坏性能。

解决本发明技术问题是通过以下技术方案实现的：该药芯焊丝的药芯是由如下重量百分比的组分组成：C 0.30～0.40％、Si 0.50～1.0％、Mn 0.70～1.0％、Cr 2.5～3.5％、Ni0.4～1.0％、Mo 0.5～1.7％、V 0.30～0.60％、Nb 0.03～0.10％、Ti 0.01～0.025％、W0.80～1.9％、Re 0.05～0.50％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。

所采用的药芯原料为锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、金属镍或镍铁、硅铁、稀土和铁粉等，药芯原料粒度约为60～120目。其制备方法为将上述原料混合均匀后装入管丝包皮钢带中拉拔成焊丝即得。

硅铁里的Si脱氧能力很强，能与FeO作用形成SiO₂，然后进入熔渣而被排除；Si可以提高堆焊层金属的淬透性和强度，并提高其回火稳定性，但Si不能太高，否则易产生晶界碳化物从而易出现裂纹。

由于Ti、V和Nb元素都有较强的细化晶粒和固溶强化能力，尤其是两种元素以上加入时效果更好，V和Nb元素还有较强的沉淀强化能力，它们和Mo元素都是强碳化物形成元素，加入这些合金元素使得堆焊金属的晶粒尺寸小、硬度高、韧性较好。

W元素的碳化物稳定，回火时不易析出和聚集，使钢的回火稳定性提高，在较高温度下回火时能析出碳化物造成二次硬化，W元素能阻止晶粒长大，增加淬透性，从而提高钢的耐磨性。

加入Ni元素能提高合金的强度和韧性，在同时含有Ni和Cr元素的情况下，Ni元素还能大大提高堆焊合金层的回火稳定性。

加入一定量的Cr元素提高Cr/C比，易生成孤立的条状形态的高硬度M₇C₃型碳化物，比之网状分布的M₃C型碳化物，可增强基体的连续性，从而提高整体材料的韧性。

Mn元素能促进强碳化物在奥氏体中的溶解，平衡碳化物和奥氏体中合金元素的含量，充分发挥V、Nb和Mo元素的沉淀强化和固溶强化能力；另外，提高Mn/C比还能起到减少晶界碳化物的形成的作用，从而在一定程度上提高堆焊层的韧性，但Mn元素含量不宜过高，否则会增加堆焊层的回火脆性。

稀土的加入使堆焊合金具有较好的抑制氢脆、降低回火脆性和在热处理过程中抑制P在晶界上偏聚的能力，从而可达到提高堆焊合金的韧性的目的。此外，由于稀土具有使夹杂物变性、净化晶界以及较强的细化晶粒的作用，加入到堆焊材料中能起到改善堆焊层性能的效果。

本发明修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝的制备方法简单，焊丝堆焊金属硬度达到HRC46，堆焊过程中抗裂性能好，韧性也能满足要求，使用过程中抗疲劳能力较好，不容易产生掉块和裂纹。堆焊冷轧支承辊时，在过渡层和工作层之间，将有一定厚度的准工作层(准工作层是工作层的一部分，其中的合金元素含量由于过渡层的稀释介于过渡层和工作层合金元素含量之间，准工作层的硬度和强度也介于过渡层和工作层硬度和强度之间，工作层扣除准工作层后的厚度区域叫有效工作层)，在堆焊修复辊有效工作层厚度和新辊的工作层厚度相同时，其使用寿命接近新辊使用寿命，完全达到冷轧支承辊堆焊修复时对工作层的技术要求。

显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

具体实施方式

目前常用的用于冷轧支承辊修复的工作焊丝主要有两类，一种是以H25Cr3Mo2MnVA焊丝(成分见表1)为代表的材料，堆焊层硬度为HRC42左右，硬度不是很高，抗接触疲劳能力较好，但耐磨性有待提高；另一类是上海司太立公司生产的Stoody224焊丝(成分见表1)为代表的材料，堆焊层硬度为HRC50左右，耐磨性可以满足要求，但抗接触疲劳能力有待提高。

表1 几种焊丝堆焊层的主要化学成分(％)

焊接材料	C	Si	Mn	Cr	V	Mo	W
焊接材料	C	Si	Mn	Cr	V	Mo	W	H25Cr3+HJ260	0.161	0.65	0.83	2.91	0.50	1.4	//
Stoody224+SSD	0.25	1.0	0.9	5.5	1.2	1.1	1.5	H25Cr3+HJ260	0.161	0.65	0.83	2.91	0.50	1.4	//

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

将锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、金属镍、硅铁、稀土、铁粉按一定比例取料，均匀混合装在管丝包皮钢带上制成管状药芯焊丝，其成分控制在：C 0.30％、Si0.50％、Mn 0.70％、Cr 2.5％、Ni 0.4％、Mo 0.5％、V 0.30％、Nb 0.03％、Ti 0.01％、W 0.80％、Re 0.05％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe，以上均为重量百分比，百分数之和为100％。将上述比例的粉料混合物装入钢带槽，然后拉拔成Φ4.0mm的焊丝，用于埋弧焊机堆焊冷轧支承辊工作层。

使用该焊丝堆焊，堆焊层金属的硬度大于HRC46。硬度、韧性均能满足要求，使用过程中抗疲劳能力较好，不容易产生掉块和裂纹。堆焊冷轧支承辊时，在堆焊修复辊有效工作层厚度和新辊的工作层厚度相同时，其使用寿命接近新辊使用寿命。(若采用镍铁替代金属镍，堆焊效果一致。)

实施例2

将锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、镍铁、硅铁、稀土、铁粉按一定比例取料，均匀混合装在管丝包皮钢带上制成管状药芯焊丝，其成分控制在：C 0.35％、Si0.75％、Mn 0.80％、Cr 3.0％、Ni 0.70％、Mo 1.0％、V 0.40％、Nb 0.06％、Ti 0.015％、W 1.3％、Re 0.25％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe，以上均为重量百分比，百分数之和为100％。将上述比例的粉料混合物装入钢带槽，然后拉拔成Φ4.0mm的焊丝，用于埋弧焊机堆焊冷轧支承辊工作层。

使用该焊丝堆焊，堆焊层金属的硬度大于HRC47。硬度、韧性均能满足要求，使用过程中抗疲劳能力较好，不容易产生掉块和裂纹。堆焊冷轧支承辊时，在堆焊修复辊有效工作层厚度和新辊的工作层厚度相同时，其使用寿命接近新辊使用寿命。(若采用金属镍替代镍铁，堆焊效果一致。)

实施例3

将锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、镍铁、硅铁、稀土、铁粉按一定比例取料，均匀混合装在管丝包皮钢带上制成管状药芯焊丝，其成分控制在：C 0.40％、Si1.0％、Mn 1.0％、Cr 3.5％、Ni 1.0％、Mo 1.7％、V 0.60％、Nb 0.10％、Ti 0.025％、W 1.9％、Re 0.50％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe，以上均为重量百分比，百分数之和为100％。将上述比例的粉料混合物装入钢带槽，然后拉拔成Φ4.0mm的焊丝，用于埋弧焊机堆焊冷轧支承辊工作层。

使用该焊丝堆焊，堆焊层金属的硬度大于HRC48。硬度、韧性均能满足要求，使用过程中抗疲劳能力较好，不容易产生掉块和裂纹。堆焊冷轧支承辊时，在堆焊修复辊有效工作层厚度和新辊的工作层厚度相同时，其使用寿命接近新辊使用寿命。(若采用金属镍替代镍铁，堆焊效果一致。)

本发明修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝技术简单易行，制备方法简单，可行性强，应用前景广。

Claims

【权利要求1】修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝，其特征在于药芯是由如下重量百分比的组分组成：C 0.30～0.40％、Si 0.50～1.0％、Mn 0.70～1.0％、Cr 2.5～3.5％、Ni 0.4～1.0％、Mo 0.5～1.7％、V 0.30～0.60％、Nb 0.03～0.10％、Ti 0.01～0.025％、W 0.80～1.9％、Re 0.05～0.50％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。
【权利要求2】根据权利要求1所述的修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝，其特征在于药芯是由如下重量百分比的组分组成：C 0.30％、Si 0.50％、Mn 0.70％、Cr 2.5％、Ni 0.4％、Mo 0.5％、V 0.30％、Nb 0.03％、Ti 0.01％、W 0.80％、Re 0.05％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。
【权利要求3】根据权利要求1所述的修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝，其特征在于药芯是由如下重量百分比的组分组成：C 0.35％、Si 0.75％、Mn 0.80％、Cr 3.0％、Ni 0.70％、Mo 1.0％、V 0.40％、Nb 0.06％、Ti 0.015％、W 1.3％、Re 0.25％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。
【权利要求4】根据权利要求1所述的修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝，其特征在于药芯是由如下重量百分比的组分组成：C 0.40％、Si 1.0％、Mn 1.0％、Cr 3.5％、Ni1.0％、Mo 1.7％、V 0.60％、Nb 0.10％、Ti 0.025％、W 1.9％、Re 0.50％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。
【权利要求5】根据权利要求1～4任一项所述的修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝，其特征在于：药芯是以锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、金属镍、硅铁、稀土、铁粉为原料。
【权利要求6】根据权利要求1～4任一项所述的修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝，其特征在于：药芯是以锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、镍铁、硅铁、稀土、铁粉为原料。
【权利要求7】根据权利要求5或6所述的修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝，其特征在于：将药芯原料混合均匀后装入管丝包皮钢带中拉拔成焊丝即得。
【权利要求8】权利要求1所述的修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

A、称取药芯原料锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、金属镍、硅铁、稀土、铁粉；或称取药芯原料锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、镍铁、硅铁、稀土、铁粉；使得药芯成分满足如下重量百分比：C 0.30～0.40％、Si 0.50～1.0％、Mn 0.70～1.0％、Cr 2.5～3.5％、Ni 0.4～1.0％、Mo 0.5～1.7％、V 0.30～0.60％、Nb 0.03～0.10％、Ti 0.01～0.025％、W 0.80～1.9％、Re 0.05～0.50％、S≤0.035％、P≤0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质；

B、将步骤A所述药芯原料混合均匀后装入管丝包皮钢带中拉拔成焊丝即得。
【权利要求9】权利要求8所述的修复冷轧支承辊工作层用药芯焊丝的制备方法，其特征在于步骤A所述的药芯原料的粒度为60～120目。