CN101564804B

CN101564804B - 一种硬面堆焊烧结焊剂及其制造方法

Info

Publication number: CN101564804B
Application number: CN2009100651641A
Authority: CN
Inventors: 王效莲; 孔红雨; 鲁晓声
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: Luoyang Shuangrui Special Alloy Material Co., Ltd.
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: CN101564804A

Abstract

本发明介绍了一种硬面堆焊烧结焊剂及其制造方法，其组成为MgO30～50％、CaO ₂～10％、Al ₂O ₃10～20％、CaF ₂18～28％、SiO ₂10～20％、SiC0～1.5％以及主要起脱氧作用的铁合金等其它组分0～5％。通过配料、干混、在搅拌机中加入水玻璃进行湿混，至满足尺寸要求的颗粒状、200～250℃的回转烘低温烘干、700～750℃的回转烘干炉高温烧结、筛分、包装得到产品。本发明的焊剂成本低，能满足不同硬度要求；工艺优良，高温脱渣性好；堆焊金属无气孔、无裂纹，硬度可调，热轧辊的高温耐磨、耐氧化腐蚀和耐冷热疲劳性都大幅提高。

Description

一种硬面堆焊烧结焊剂及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种焊接材料领域技术，更具体说是涉及冶金热轧辊自动埋弧堆焊硬面堆焊烧结焊剂技术，特别是涉及一种硬面堆焊烧结焊剂及其制造方法。

背景技术

硬面堆焊是表面工程的一大分支，适用于冶金、矿山、机械、建材和煤炭运输等行业的耐磨部件的修复和制造，所谓再制造工程，应用非常广泛。连铸辊、送进辊等热轧辊是冶金生产中的关键部件，它们长期与高温板坯接触，表面温度可达500℃甚至600℃以上，同时承受冷却水的反复作用，工作环境十分恶劣。反复的加热与冷却使轧辊表面极易产生热疲劳，出现龟裂，长期服役会产生表层脱落，甚至断辊。所以冶金轧辊必须具有足够的高温强度、高温耐磨性和高温耐氧化腐蚀性，尤其应具有较高的耐冷热疲劳性能。

早期的冶金轧辊采用整体锻钢辊，其耐高温氧化腐蚀性和耐冷热疲劳性较差，所以使用寿命较低。20世纪80年代以来，堆焊复合轧辊被国内外各大冶金厂家普遍采用。通过在轧辊表面堆焊性能优异并且可以反复再生的工作层，不但大大降低生产成本，而且使轧辊的使用寿命明显提高。现有轧辊堆焊有丝极和带极两种，丝极堆焊连续性较强，药芯焊丝成分调整方便，但其堆焊金属成分均匀性较差，进而容易引起性能偏差；带极堆焊效率较高，其纵向施焊能克服焊丝螺旋施焊诱发环状裂纹的倾向，但是合金焊带通过冶炼和轧制而成，制造工艺复杂，成分调整比较困难。

以往轧辊堆焊的方法主要是向实心焊丝、药芯焊丝、合金焊带或焊剂中添加Ni、Mo、Mn、W、V、Nb等合金元素，通过焊丝(焊带)熔化或焊剂(药芯)中的合金过渡使堆焊金属含有这些合金元素，进而满足轧辊的使用性能要求。公开号分别为CN 1103614A、CN 1209372A、CN 1316311A、CN 101077554A的发明专利都不外乎如此。添加价格较高的Ni、Mo、Mn、W、V、Nb等合金元素无疑使成本增加，而且这些元素的存在会对焊剂的高温脱渣性产生不良影响，W元素产生的高温红硬性还易诱发堆焊裂纹。此外，当前国内还几乎没有能够通过单独调整焊剂成分来大幅度调节堆焊金属硬度的报道。

因此。迫切需要一种新的烧结焊剂，能够提高冶金热轧辊使用寿命、满足不同轧辊不同硬度要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高冶金热轧辊使用寿命、满足不同轧辊不同硬度要求并且成本较低的硬面堆焊烧结焊剂及其制造方法。

为了达到解决上述技术问题的目的，本发明的一种硬面堆焊烧结焊剂，其组分重量百分比为：MgO：30～50％、CaO：2～10％、Al₂O₃：10～20％、CaF₂：18～28％、SiO₂：10～20％、SiC：0～1.5％、其它组分：0～5％。

本发明的一种硬面堆焊烧结焊剂，其进一步优化的配方为：所述的其他组分为Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe等主要起脱氧作用的铁合金。Mn-Fe中Mn大于75％，C小于1％，其余为Fe；Si-Fe中Si大于40％，其余为Fe；Ti-Fe中Ti大于30％，其余为Fe。

按照上述配方配置并加工后，采用钠水玻璃作粘结剂，钠水玻璃占上述干粉总重的15～30％。所述干粉是指硬面堆焊烧结焊剂中MgO、CaO、Al₂O₃、CaF₂、SiO₂、SiC以及其它主要起脱氧作用的铁合金组分。

与本发明的焊剂相匹配的焊丝为2Cr13系焊丝，焊丝的组分重量百分比为：C：0.12～0.20％、Si：0.2～0.6％、Mn：0.4～1.5％、Cr：12～15％、P≤0.03％、S≤0.01％、Fe：余量。

焊剂成分中MgO、CaO、Al₂O₃、CaF₂、SiO₂是形成熔渣的主要成分，它们在本发明焊剂中的作用表述如下。

MgO和CaO：MgO、CaO具有较高的碱度、熔点和高温化学稳定性，对堆焊金属除氢、去硫大有益处，而且能提高熔渣粘度，增大熔渣表面张力。在本发明焊剂中，当MgO≤30％或CaO≤2％时，起不到提高堆焊金属韧性、降低扩散氢含量、减少气孔敏感性的作用。MgO、CaO含量过少，熔渣的熔点偏低，易造成熔渣托不住铁水的现象。当MgO≥50％或CaO≥10％时，将使熔渣表面张力增大，容易造成堆焊金属表面压痕，产生咬边、夹渣等缺陷。

Al₂O₃：1Al₂O₃是一种中性氧化物，氧化势很低，可部分替代SiO₂，以减小熔渣氧化性和提高堆焊金属的力学性能。另外Al₂O₃能提高电弧集中性，与CaF₂共存时可使熔渣粘度适中，优化焊剂脱渣性，进而得到外观优良的堆焊金属。当Al₂O₃≤10％时，上述效果不明显。当Al₂O₃≥20％时，焊道外观变差，电弧稳定性降低。

CaF₂：CaF₂是一种偏碱性的盐，熔点较低，在高温下比较活泼，在促进堆焊金属精炼反应的同时降低其氧含量，提高抗气孔能力。CaF₂与高熔点的MgO、Al₂O₃协同作用，可调整焊剂的熔点和熔渣酸碱度。当CaF₂≤18％时，以上效果不明显；但当CaF₂≥28％时，电弧稳定性变差，同时熔渣的流动性变大，堆焊金属波纹形状紊乱，而且易产生压痕。

SiO₂：SiO₂为酸性氧化物，适当加入有利于改善熔渣的流动性，且由高温冷却到低温时有相变过程并伴随体积改变，对脱渣有利。当加入量过多时会使熔渣的氧化性增强，易氧化烧损合金元素，降低堆焊金属的韧性、塑性和抗裂性。当SiO₂≤10％时，起不到改善焊接工艺性的作用。当SiO₂≥20％时，堆焊金属韧性下降。

SiC：SiC属于陶瓷，要求其粉末纯度≥98％，加入的主要目的是向堆焊金属渗碳、渗硅，并通过控制其加入量来得到不同硬度的堆焊金属。堆焊金属的硬度随SiC的加入变化明显，且渗碳、渗硅不宜过量，否则易导致焊接裂纹，所以其加入量控制在1.5％以内。

其它成分包括Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe等，主要起脱氧作用，可根据实际需要加入，一般添加总量不超过焊剂总重的5％。

本发明一种硬面堆焊烧结焊剂其制造方法为：(1)配料——按照配方进行原材料配制；(2)干混——将配制好的粉料混合均匀；(3)湿混、造粒——将混合均匀的粉料投入搅拌机中，加入适量水玻璃的同时搅拌原材料进行湿混，混至湿料变为满足尺寸要求的颗粒状；(4)低温烘干——将造粒完毕的湿焊剂投入200～250℃的回转烘干炉进行低温烘焙20～30min；(5)高温烧结——将低温烘好的焊剂投入700～750℃的回转烘干炉进行30～50min高温烧结；(6)筛分——筛选出符合颗粒度要求的焊剂；(7)包装。

通过采用上述的技术方案，本发明的一种硬面堆焊烧结焊剂及其制造方法具有如下有益效果：本发明的硬面堆焊烧结焊剂与所匹配的2Cr13系焊丝都不特意添加价格较高的Ni、Mo、W、V、Nb等合金元素，而是通过控制SiC的加入量和焊接工艺来使堆焊金属得到数量适中且分布均匀的碳化物，进而得到符合硬度要求的堆焊金属，故成本大大降低，且能满足各类冶金轧辊对硬度的不同要求；本发明的焊剂与2Cr13系焊丝匹配，用于9Cr2Mo热轧辊的堆焊，堆焊工艺优良，高温脱渣性极好，堆焊金属表面无粘渣、无压坑、无氧化色；堆焊金属性能优良，无气孔、无裂纹，硬度可在38～50HRC之间大幅度调整，且硬度均匀度为±1.5HRC，使热轧辊的高温耐磨性、高温耐氧化腐蚀性和耐冷热疲劳性能都大幅度提高。

具体实施方式

根据本发明设计的组分含量，配制了四种焊剂粉料，配方编号为F1～F4。F1～F4四个配方焊剂均采用相同的制造工艺，即用占硬面堆焊烧结焊剂干粉总重的20％的钠水玻璃作粘结剂，先经干混、湿混、造粒，然后于230℃低温烘干25min，再于720℃高温烧结40min，并在堆焊前于380℃保温1.5h。F1～F4四个配方焊剂均与Φ4.0mm的2Cr13焊丝配合，在20mm厚碳钢板上进行堆焊，焊接规范详见表1。堆焊完毕的金属在刨床上加工成硬度试样，即在距离碳钢板10mm以上处刨出一长度不小于70mm、宽度不小于15mm且与碳钢板平行的平台，经磨床磨光，然后于FRC-3E数显式洛氏硬度计上均匀取5点测硬度。F1～F4四个配方的组分重量百分比以及各配方对应的堆焊金属硬度均列于表2。

表1焊接规范

焊接电流A	焊接电压V	预热及道间温度℃	焊接速度cm/min	极性	焊后处理
						390～410	30±1	250～300	40	直流反接	缓冷

表2各配方组分重量百分比及对应堆焊金属硬度

编号	MgO％	CaO％	Al₂O₃％	CaF₂％	SiO₂％	SiC％	堆焊金属硬度HRC
								F1	30	10	20	28	12	0	38.3、37.6、36.8、39.2、38.6
F2	50	2	10	18	19.5	0.5	45.0、44.3、45.2、43.6、45.8
								F3	38	6	15	20.2	20	0.8	47.0、46.1、46.3、47.8、46.5
F4	43.5	8	12	25	10	1.5	48.5、48.8、49.1、50.3、50.4

Claims

1.一种硬面堆焊烧结焊剂，其特征在于：组分重量百分比为：MgO：38～50％、CaO：2～8％、Al₂O₃：10～15％、CaF₂：18～25％、SiO₂：10～20％、SiC：0.5～1.5％。

2.根据权利要求1所述一种硬面堆焊烧结焊剂，其特征在于：所述硬面堆焊烧结焊剂采用中性钠水玻璃作粘结剂，钠水玻璃占硬面堆焊烧结焊剂干粉总重的15～30％，硬面堆焊烧结焊剂干粉是指硬面堆焊烧结焊剂中MgO、CaO、Al₂O₃、CaF₂、SiO₂、SiC。

3.一种权利要求1所述硬面堆焊烧结焊剂的制造方法，其特征在于包括如下步骤：(1)配料——按照配方进行原材料配制；(2)干混——将配制好的粉料混合均匀；(3)湿混、造粒——将混合均匀的粉料投入搅拌机中，加入适量水玻璃的同时搅拌原材料进行湿混，混至湿料变为满足尺寸要求的颗粒状；(4)低温烘干——将造粒完毕的湿焊剂投入200～250℃的回转烘干炉进行低温烘焙20～30min；(5)高温烧结——将低温烘好的焊剂投入700～750℃的回转烘干炉进行30～50min高温烧结；(6)筛分——筛选出符合颗粒度要求的焊剂；(7)包装。