CN102319968A

CN102319968A - 一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝

Info

Publication number: CN102319968A
Application number: CN201110247185A
Authority: CN
Inventors: 贺定勇; 蒋建敏; 翟东训; 赵有恒; 王智慧; 周正; 王国红; 崔丽; 李晓延
Original assignee: BEIJING HANBO WELDING CONSUMABLES Co Ltd; Beijing University of Technology
Current assignee: BEIJING HANBO WELDING CONSUMABLES Co Ltd; Beijing University of Technology
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明公开了一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，属于材料加工工程中的焊接领域。本发明焊丝由低碳钢包皮或不锈钢包皮与芯部粉末组成，堆焊药芯焊丝合金元素含量范围为：硼4～11％铬3～21％碳0.3～3％铌0.1～2.2％、镍(Ni)0～1％、稀土(RE)0～1％、钛(Ti)0～2.5％、Na/K变质剂0～1％。本发明耐磨堆焊药芯焊丝主要依靠硼、铬、碳等合金元素以及少量的铌元素，形成的硼化物、少量碳化物实现堆焊合金的耐磨性能，并通过调节硼、碳、铬、铌、硅、锰等元素的组合来调节提高合金综合性能。

Description

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝

技术领域

本发明涉及一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，属于焊接材料领域。可广泛用于电力、冶金、机械、化工等行业的机械的耐磨件上，还可堆焊修复和制造新的耐磨件。

背景技术

据统计，机械设备提前失效的原因70％由于磨损和腐蚀，机电产品制造和使用中大约1/3的能源直接消耗于摩擦磨损。在冶金、发电、矿山、建材、煤炭等行业中，许多工况条件都存在设备的严重磨损问题，造成设备过早地损坏，需停机检修或更换，影响了生产效率，浪费了大量的人力物力。目前市场上常用的铁基堆焊合金主要为高铬铸铁系列，其耐磨性主要取决于碳化物种类、数量、硬质相的大小形状，分布情况和基体组织。基体显微组织包括铁素体，马氏体，奥氏体。碳化物包括铬在堆焊合金中于碳铁形成的M7C3、碳化钨(HV2400)、碳化铌(HV2400)、碳化钒(HV2800)和碳化钼(HV2200)等，这些高硬度的碳化物显著提高了堆焊合金的耐磨性，但钨、钼、铌、钒这些元素一般都比较贵重，另外，此类元素主要是靠本身与碳形成硬度更高的化合物来提高耐磨性。我国硼资源廉价且丰富，同时硼化物显微硬度较高如铁硼(HV1900)、铬硼(HV2100)、碳化硼(3700HV)、二硼化钛(HV3400)等，这些硼化物能够显著提高堆焊层的耐磨性，且成本低廉。专利公开号为CN 101301707涉及一种含硼高耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于在堆焊层中形成的合金元素的含量为铬20～35；碳5～6；硼0.3～1.6％，其耐磨机制主要靠M7C3型碳化物作为耐磨骨架，硼化物作为辅助提高其耐磨性，该发明耐磨性好但脆性大容易剥落。又例如中国专利02139493.8一种堆焊用包芯焊丝，该发明由低碳钢包皮和芯部粉末组成，芯部粉末与低碳钢包皮的重量百分比为30～40％∶70～60％，所述芯部粉末由以下重量百分比计的物质混合而成Cr25～30％；Ni15～19％；Mn3～5％；Si2～5％；C1～3％铁余量。该发明耐磨性较好但脆性大易开裂，贵金属较多成本较高。所以开发一种成本低廉，耐磨性较好的堆焊合金具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于用显微硬度较高的硼化物(主要为Fe₂B、CrB)替代碳化物(主要为M₇C₃、MC)，并且大大提高堆焊合金的耐磨性，焊缝成形美观。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝由钢带外皮和芯部粉末组成，钢带外皮采用低碳钢带或不锈钢钢带，其特征在于芯部粉末元素包括硼、铬、碳、铁，钢带外皮由铁或铁和铬元素组成，耐磨堆焊药芯焊丝元素质量组成如下：硼4～11％，铬3.0～21％，碳0.3～3.0％，锰1.0％，硅0.5％，余量为铁。

上述一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，在所述的芯部粉末中加入铌在所述的芯部粉末中加入铌，铌在药芯焊丝中的质量为0.1～2.2％。

上述高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝还可以加入以下合金元素成分范围如下：镍(Ni)0～1％、稀土(RE)0～1％、钛(Ti)0～2.5％、Na/K变质剂0～1％。

稀土(RE)为铈(Ce)、镧(La)钕(Nd)其中的一种，或它们的混合物。

硼：硼是高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝的主要合金元素，主要是为了获得高硬度的硼化物，从而提高堆焊合金的耐磨性。堆焊合金硬度及相对耐磨性随着硼含量的增加而提高，堆焊合金硼化物体积分数随着硼含量的增加而增加。

铬：随着铬量的增加，Fe₂B的存在范围向高碳一侧扩大，添加铬具有稳定Fe₂B相的作用，铬还可在堆焊层中形成Fe-Cr固溶体提高基体性能，同时铬是生成硬质相CrB的元素，铬含量增加，焊层中硬质相增加，焊层相对耐磨性及耐腐蚀性能提高。但铬有缩小γ区的作用，使堆焊层共晶组织硬度下降，同时含铬量过高，有生成脆性σ相的倾向，因此需添加合理含量铬。

碳：适量的碳对堆焊合金耐磨性有一定的帮助，但含量过高堆焊合金脆性变大，易于开裂剥落。

铌：铌对高硼高铬堆焊合金中的出生硼化物Fe₂B细化作用比较明显，同时还可对共晶硼化物形状及大小有一定影响作用，它还可以形成性能优良的碳化铌硬质相，提高堆焊合金的耐磨性能。

锰：具有良好的脱氧和脱硫作用，并具有较强的固溶强化作用；能提高淬硬性。

硅：Si能脱氧，并具有强烈的固溶强化作用，增加淬硬性和回火稳定性，提高耐热性和耐蚀性，并可降低液态金属表面张力。

本发明高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝可以加入稀土元素，稀土元素可细化晶粒，细化硬质相(硼化物、碳化物)，进而提高堆焊合金的性能。本发明还可以添加铌铁或铌粉，同样可起到细化硬质相，细化晶粒的作用，同时开可形成碳化铌，进一步提高堆焊合金的耐磨性。还可以加入少量k-Na变质剂、钼、钨、镍等元素，进一步提高合金的性能。

本发明药芯焊丝在制备时没有特殊要求，采用行业内通用的制造工艺即可现。本发明的焊丝是通过以下方法实现的，见图1：

1、钢带轧制成U形，向U形槽中加入事先配好并经充分混合的合金粉末(所选用的粉末粒度为80目以上)到预定的填充率。

2、将U形槽合口扎制成o形，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6～3.2mm，得到最终产品。

在配制焊丝粉芯的时候，合金成分的设计，其中包括C、Cr、B、Nb等合金元素主要由粉芯和钢带所提供。根据焊接冶金理论，研制焊丝的粉芯的几中主要的原材料的配比可用下面的公式进行计算：

A＝([X]％-C η)/(C₀K_cη)

其中A-为粉芯配方中该种原材料的加入量；

[X]％-为熔敷金属中该元素的所需含量；

C-为该种元素在钢皮中的含量；

C₀-为该种原材料中该元素的含量；

K_c-为研制焊丝的加粉重量系数；

H-为该元素经历从粉芯至熔敷金属的冶金过程的过渡系数。

本发明高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，可在钢铁工件表面及待修复件上进行堆焊，可用于埋弧堆焊，也可用于不使用焊剂的明弧堆焊，还可以用于二氧化碳气体保护电弧焊、氩气保护电弧焊等方法堆焊。单层堆焊2～4mm厚的耐磨层，其堆焊后熔敷金属合金元素成分范围为

硼3～7％、铬3～20％、碳0.3～2.5％、铌0.1～2％、镍(Ni)0～1％、稀土(RE)0～1％、钛(Ti)0～2％。

附图说明

图1：药芯焊丝成型工艺示意图

具体实施方式

实施例1

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼4％、碳0.3％、铬3％，锰1.0％，硅0.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。硼铁粉末550克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、高碳铬铁120克、金属铁粉266克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为50～57HRC。

实施例2

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼5％、碳0.65％、铬6％，锰1.0%％，硅0.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。硼铁粉末688克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、高碳铬铁240克、金属铁粉8克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为55～63HRC，耐磨性良好。

实施例3

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼11％、碳3％、铬21％、锰1.0％、硅0.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的430不锈钢钢带(铬(Cr)：16.0％～18.00％)先将其轧成U形。硼铁140克、碳化硼粉末330克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、高碳铬铁180克、低碳碳铬铁210克、金属铁粉76克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为66～70HRC。

实施例4

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼10％、碳2.5％、铬16％、锰1.0％、硅0.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的430不锈钢钢带(铬(Cr)：16.0％～18.00％)先将其轧成U形。碳化硼粉末330克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、低碳碳铬铁195克、金属铁粉411克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为65～70HRC。

实施例5

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼6％、碳1.0％、铬8％，锰1.0％，硅0.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。硼铁粉末290克、碳化硼130克、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、低碳铬铁270克、金属铁粉246克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为58～63HRC。

实施例6

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼8％、碳1.5％、铬12％，锰1.0％，硅0.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的430不锈钢钢带(铬：16.0％～18.00％)。先将其轧成U形。碳化硼197克，硼铁粉末292克(质量百分比，下同)、高碳锰铁35克、45#硅铁29克、低碳铬铁60克、金属铁粉387克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为62～67HRC，耐磨性良好。

实施例7

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼9％、碳2％、铬15％，锰1.0％，硅0.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的430不锈钢钢带(铬：16.0％～18.00％)。先将其轧成U形。碳化硼375克，硼铁粉末223克(质量百分比，下同)、高碳锰铁50克、45#硅铁50克、高碳铬铁215克、金属铁粉87克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形430不锈钢钢带槽中，填充率为28％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为63～69HRC，耐磨性良好。

实施例8

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼8％、碳2％、铬12％、铌2.2％，锰1.0％，硅0.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的430不锈钢钢带(铬：16.0％～18.00％)。先将其轧成U形。碳化硼300克，硼铁粉末20克，铌铁96克(质量百分比，下同)，高碳锰铁40克，45#硅铁40克，高碳铬铁45克，金属铁粉459克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为35％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2、2.95、2.8的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.8mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为62～67HRC，抗裂性能优异耐磨性良好。

实施例9

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼7％、碳1.8％、铬18％、铌1.2％、钛2.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的430不锈钢钢带(铬：16.0％～18.00％)。先将其轧成U形。碳化硼131克，硼铁粉末430克，铌铁46克，高碳铬铁310克，钛粉70金属铁粉13克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形430不锈钢钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2、3.15的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为63～70HRC，抗裂性能优异耐磨性良好。

实施例10

一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝成分为：硼5％、碳1.3％、铬6％、钛1％、稀土铈1％、镍1％，锰1.0％，硅0.5％，余量为铁，选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带。先将其轧成U形。硼铁粉末350克，碳化硼84克，高碳铬铁240克，钛铁83克，高碳锰铁35克，45#硅铁29克，稀土铈25克，镍粉25克，金属铁粉129克等配制成药粉，所取粉末的粒度为能通过60目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形H08A冷轧钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为4.0、3.6、3.3、3.2的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2mm。堆焊层熔敷金属洛氏硬度为54～62HRC，耐磨性良好。

本发明的焊丝不受上述实施例的限制，任何在本发明的权利要求书要求保护的范围内的改进和变化都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝由钢带外皮和芯部粉末组成，钢带外皮采用低碳钢带或不锈钢钢带，其特征在于芯部粉末元素包括硼、铬、碳、铁，钢带外皮由铁或铁和铬元素组成，耐磨堆焊药芯焊丝元素质量组成如下：硼4～11％，铬3.0～21％，碳0.3～3.0％，锰1.0％，硅0.5％，余量为铁。

2.按照权利要求1的高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述芯部粉末中还包括铌元素，其在焊丝中的质量为：铌0.1～2.2％。

3.按照权利要求1的高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述芯部粉末中还加入以下合金元素，其在焊丝中的质量分数为：钼(Mo)0～1％、镍(Ni)0～1％、稀土(RE)0～1％、钛(Ti)0～2.5％、Na/K变质剂0～1％。

4.按照权利要求3的高硼高铬耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，稀土(RE)为铈(Ce)、镧(La)钕(Nd)其中的一种，或它们的混合物。