CN101456104A

CN101456104A - 冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝及其制备方法

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Publication number: CN101456104A
Application number: CNA2008103049071A
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: 2008-10-13
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2028-10-13
Also published as: CN101456104B

Abstract

本发明涉及冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝及其制备方法，属于焊接材料领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种修复冷轧中间辊工作层用堆焊药芯焊丝，该焊丝堆焊金属具有较好的硬度、强度和抗疲劳能力。本发明药芯焊丝，其药芯化学成分重量配比为0.50～0.70％C、0.60～1.10％Si、0.75～1.10％Mn、3.5～5.5％Cr、0.6～1.2％Ni、0.4～1.7％Mo、0.30～0.80％V、0.03～0.10％Nb、0.01～0.025％Ti、0.80～2.50％W、0.05～0.50％Re、≤0.035％S、≤0.035％P，余量为Fe和不可避免的杂质，百分数之和为100％。

Description

冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝及其制备方法，属于焊接材料领域。

背景技术

冷轧中间辊是冷轧钢板生产所需的关键部件，工作时承受较大的交变应力，辊身硬度达HRC54～59，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。我国每年冷轧中间辊的消耗量很大，其修复难度也很大而使大多数破损的冷轧中间辊不修复就报废，造成巨大的经济损失。

冷轧中间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中间辊使用寿命的关键因素。冷轧中间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，现有的用于冷轧中间辊修复的工作层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。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种修复冷轧中间辊工作层用堆焊药芯焊丝，该焊丝堆焊金属具有较好的硬度、强度和抗疲劳能力。

本发明冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝，其药芯化学成分重量配比为0.50～0.70％C、0.60～1.10％Si、0.75～1.10％Mn、3.5～5.5％Cr、0.6～1.2％Ni、0.4～1.7％Mo、0.30～0.80％V、0.03～0.10％Nb、0.01～0.025％Ti、0.80～2.50％W、0.05～0.50％Re、≤0.035％S、≤0.035％P，余量为Fe和不可避免的杂质，百分数之和为100％。

进一步的，为了使冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝性能更好，其药芯化学成分重量配比优选为0.60％C、0.80％Si、0.95％Mn、5.0％Cr、1.0％Ni、0.9％Mo、0.50％V、0.06％Nb、0.015％Ti、1.80％W、0.25％Re、≤0.035％S、≤0.035％P，余量为Fe和不可避免的杂质，百分数之和为100％。

其中，上述药芯可采用金属、合金、矿石等为原料制备而成，为了使原料来源更方便以便节约成本，上述药芯优选采用锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、金属镍(或镍铁)、硅铁、稀土和铁粉为原料制备而成。

进一步的，为了使冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝的性能更好，上述原料的粒度优选为60～120目。

冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝可以按不同需要制备不同规格，药芯焊丝的常用直径是Φ3.2mm或Φ4.0mm。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝的制备方法，该方法包括如下步骤：

a、以锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、金属镍(或镍铁)、硅铁、稀土和铁粉为原料按比例取料并混匀，取料比例以使原料混合后的化学成分重量配比满足下述要求：

0.50～0.70％C、0.60～1.10％Si、0.75～1.10％Mn、3.5～5.5％Cr、0.6～1.2％Ni、0.4～1.7％Mo、0.30～0.80％V、0.03～0.10％Nb、0.01～0.025％Ti、0.80～2.50％W、0.05～0.50％Re、≤0.035％S、≤0.035％P，余量为Fe和不可避免的杂质，百分数之和为100％；

b、将混匀后的原料装入管丝包皮钢带中，拉伸，即可制成药芯焊丝。

其中，上述原料的粒度为60～120目。

本发明中加入的各种元素的作用如下：

Si的脱氧能力很强，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含量不能太高，否则易产生晶界碳化物从而易出现裂纹。

Ti、V和Nb元素都有较强的细化晶粒和固溶强化能力，两种或两种以上元素同时加入时效果更好。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；加入较多的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，从而达到提高堆焊合金的韧性的目的。另外，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。

本发明冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝的制备方法简单，焊丝堆焊金属硬度可以达到HRC54～59，堆焊过程中抗裂性能好，完全达到冷轧中间辊堆焊修复时对工作层的技术要求，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述。

实施例1

将锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、镍铁、硅铁、稀土、铁粉取料，均匀混合后装在管丝包皮钢带上，然后拉拔成Φ4.0mm的焊丝，用于埋弧焊机堆焊冷轧中间辊工作层。各原料混合后的化学成分控制在：0.50％C、0.60％Si、0.75％Mn、3.5％Cr、0.6％Ni、0.4％Mo、0.30％V、0.03％Nb、0.01％Ti、0.80％W、0.05％Re、≤0.035％S、≤0.035％P，余量为Fe和不可避免的杂质，以上均为重量百分比，百分数之和为100％。

经测定，该焊丝堆焊层金属的硬度大于HRC54，而且韧性也能满足要求，使用过程中抗疲劳能力较好，不容易产生掉块和裂纹，性能优于其它常用的修复焊丝(目前常用的冷轧中间辊工作层堆焊焊丝以上海司太立公司生产的Stoody225B焊丝为代表，其堆焊层硬度为HRC55左右，耐磨性可以满足要求，但韧性和抗疲劳能力明显低于本发明焊丝。Stoody225B焊丝的主要化学成分为：0.35％C、0.5％Si、0.3％Mn、4.5％Cr、0.6％V、1.1％Mo、8.5％W，余量为铁。)

堆焊修复冷轧中间辊时，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，其使用寿命达到新辊使用寿命80％以上，而Stoody225B焊丝堆焊修复辊有效工作层厚度和新辊的工作层厚度相同时，其使用寿命约为新辊使用寿命的50％。

实施例2

将锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、镍、硅铁、稀土、铁粉取料，均匀混合后装在管丝包皮钢带上，然后拉拔成Φ3.2mm的焊丝，用于埋弧焊机堆焊冷轧中间辊工作层。各原料混合后的化学成分控制在：0.60％C、0.80％Si、0.95％Mn、5.0％Cr、1.0％Ni、0.9％Mo、0.50％V、0.06％Nb、0.015％Ti、1.80％W、0.25％Re、≤0.035％S、≤0.035％P，余量为Fe和不可避免的杂质，以上均为重量百分比，百分数之和为100％。

经测定，该焊丝堆焊层金属的硬度大于HRC55，而且韧性也能满足要求，使用过程中抗疲劳能力较好，不容易产生掉块和裂纹，性能优于Stoody225B焊丝。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，其使用寿命达到新辊使用寿命95％以上。

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、铁粉取料，均匀混合后装在管丝包皮钢带上，然后拉拔成Φ4.0mm的焊丝，用于埋弧焊机堆焊冷轧中间辊工作层。各原料混合后的化学成分控制在：0.70％C、1.0％Si、1.10％Mn、5.5％Cr、1.2％Ni、1.7％Mo、0.80％V、0.10％Nb、0.025％Ti、2.50％W、0.50％Re、≤0.035％S、≤0.035％P，余量为Fe和不可避免的杂质，以上均为重量百分比，百分数之和为100％。

经测定，该焊丝堆焊层金属的硬度大于HRC55，而且韧性也能满足要求，使用过程中抗疲劳能力较好，不容易产生掉块和裂纹，性能优于Stoody225B焊丝。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，其使用寿命达到新辊使用寿命90％以上。

Claims

【权利要求1】冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝，其特征在于：其药芯化学成分重量配比为0.50～0.70％ C、0.60～1.10％ Si、0.75～1.10％ Mn、3.5～5.5％ Cl、0.6～1.2％ Ni、0.4～1.7％ Mo、0.30～0.80％ V、0.03～0.10％ Nb、0.01～0.025％ Ti、0.80～2.50％ W、0.05～0.50％ Re、≤0.035％ S、≤0.035％ P，余量为Fe和不可避免的杂质，百分数之和为100％。
【权利要求2】根据权利要求1所述的冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝，其特征在于：其药芯化学成分重量配比为0.60％ C、0.80％ Si、0.95％ Mn、5.0％ Cr、1.0％ Ni、0.9％ Mo、0.50％ V、0.06％ Nb、0.015％ Ti、1.80％ W、0.25％ Re、≤0.035％ S、≤0.035％ P，余量为Fe和不可避免的杂质，百分数之和为100％。
【权利要求3】根据权利要求1所述的冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝，其特征在于：所述的药芯采用锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、金属镍(或镍铁)、硅铁、稀土和铁粉为原料制备而成。
【权利要求4】根据权利要求3所述的冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝，其特征在于：所述的原料的粒度为60～120目。
【权利要求5】根据权利要求1所述的冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝的直径为Φ3.2mm或Φ4.0mm。
【权利要求6】权利要求1～5任一项所述的冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、以锰铁、铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁、钛铁、金属镍(或镍铁)、硅铁、稀土和铁粉为原料按比例取料并混匀，取料比例以使原料混合后的化学成分重量配比满足下述要求：

0.50～0.70％ C、0.60～1.10％ Si、0.75～1.10％ Mn、3.5～5.5％ Cr、0.6～1.2％ Ni、0.4～1.7％ Mo、0.30～0.80％ V、0.03～0.10％ Nb、0.01～0.025％ Ti、0.80～2.50％ W、0.05～0.50％ Re、≤0.035％ S、≤0.035％ P，余量为Fe和不可避免的杂质，百分数之和为100％；

b、将混匀后的原料装入管丝包皮钢带中，拉伸，即可制成药芯焊丝。
【权利要求7】根据权利要求6所述的冷轧中间辊工作层堆焊用药芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述的原料的粒度为60～120目。