CN102357750B

CN102357750B - 一种药芯焊丝堆焊材料

Info

Publication number: CN102357750B
Application number: CN 201110280803
Authority: CN
Inventors: 于风福
Original assignee: 于风福
Current assignee: Weihai Sandun Welding Materials Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: CN102357750A

Abstract

本发明涉及一种药芯焊丝堆焊材料，其是铁基耐磨损合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、B为主要合金元素，以Mo、V、Nb、Ni为辅助添加元素，以稀土为孕育剂，各组分质量百分含量为：C0.6～2.1%、Cr8～20%、Si0.6～4%、Mn0.8～6%、Ni0～2%、V0.1～1.5%、Mo0.1～3%、Nb0～5%、B0.3～3.5%、稀土0.01～2%、余量为Fe。本发明可制成∮1.6以下的细直径药芯焊丝，适于高耐磨损性能的CO₂气体保护堆焊，堆焊层宏观硬度高，具有高的抗磨粒磨损性能，抗冲击磨损性能和抗冲蚀磨损性能，满足井下修复中部槽等使用要求。

Description

一种药芯焊丝堆焊材料

技术领域

本发明涉及一种堆焊材料，具体地说是一种借助气体保护的药芯焊丝堆焊材料。

背景技术

近年来，耐磨损堆焊材料技术得到了突飞猛进的发展，其中高碳高铬合金型药芯焊丝作为堆焊材料的一个重要分支，在工业生产中应用最为普遍。高碳高铬合金型药芯焊丝通常要求堆焊金属的含铬量范围：24-30%，含碳量范围：4-6，是典型的过共晶成分。在焊态下使用，其优点是硬度高和抗磨粒磨损性能强，缺点是脆性大，抗挤压和抗冲击能力差，此其一。其二，高碳高铬合金型药芯焊丝堆焊材料，由于其对堆焊金属含铬量的苛刻要求，使得贵重金属铬的消耗量巨大，不利于资源节约。其三，高碳高铬合金型药芯焊丝堆焊材料，由于对堆焊金属含铬量的苛刻要求加之原材料含铬量的局限，在焊丝制造方面，对填充系数的要求亦十分苛刻，使得生产环节受到相应制约，无法制造细直径药芯焊丝，进而也限制了应用。

目前，采煤生产环境下使用的刮板输送机，其易损部件之一中部槽发生磨损以后，有时需要在井下进行保养性维修，最方便而且适合井下作业的维修工艺是采用CO₂气体保护堆焊。但人们碰到的生产实际问题是：目前国内外市场上采购的CO₂气体保护堆焊焊丝，在该工况条件下的抗磨损能力偏低，造成每个月都要进行停机维修，一方面设备开工率低下，影响采矿效率；另一方面，井下焊接作业是一种风险性极高的操作。因此，大型煤炭企业对具有高耐磨损性能的CO₂气体保护堆焊焊丝提出了强烈的需求呼声。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种组成合理，配方简单，微观组织结构为高合金马氏体加复杂共晶金属碳硼化合物硬质相，宏观硬度为HRC58～66，抗磨损、抗挤压和抗冲击综合性能突出的药芯焊丝堆焊材料。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种药芯焊丝堆焊材料，其特征是：其以C、Cr、Mn、Si、B为主要合金元素，以Mo、V、Nb、Ni为辅助添加元素，以稀土为孕育剂，各组分质量百分含量为：C 0.6～2.1%、Cr 8～20%、Si 0.6～4%、Mn 0.8～6%、Ni 0～2%、V 0.1～1.5%、Mo 0.1～3%、Nb 0～5%、B 0.3～3.5%、稀土0.01～2%、余量为Fe。

本发明堆焊材料采用上述合金材料，其微观组织是高合金马氏体辅之以大量而弥散分布的复杂金属共晶碳硼化合物硬质强化相。堆焊合金中，以微观硬度高达HV600～900的合金马氏体为主体相组成物，配合微观硬度在HV1600～1900之间的复杂金属共晶碳硼化合物硬质相，联合抵抗物料的磨粒磨损，是本堆焊合金具有高耐磨损性能的本质所在。在微观组织中，高硬度合金马氏体本身就具备较强的耐磨损能力，大量的复杂金属共晶碳硼化合物相弥散而且均匀地分布在奥氏体相周围，相当于在奥氏体周围构建了耐磨损点阵屏障，使合金的耐磨损能力进一步得到加强。稀土和B联合在堆焊金属结晶过程中起孕育作用，使堆焊金属晶粒，特别是金属共晶碳硼化合物晶粒细小并且均匀分布，对提高堆焊合金组织的韧性和合金整体耐磨性都具有积极作用。因此，该合金的总体性能表现是：宏观硬度高，具有很高的抗磨粒磨损性能，抗冲击磨损性能和抗冲蚀磨损性能。

本发明从材料微观组织入手，兼顾综合性能考量，合金材料微观组织结构为高合金马氏体加复杂共晶金属碳硼化合物硬质相，宏观硬度为HRC58～66，抗磨损、抗挤压和抗冲击等综合性能突出。其组成合理，配方简单，可制成∮1.6以下的细直径药芯焊丝，具备强耐磨损性能，适于高耐磨损性能的CO₂气体保护堆焊、MIG堆焊或机器人操作，满足井下修复中部槽等使用要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

本发明一种药芯焊丝堆焊材料，其是铁基耐磨损合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、B、为主要合金元素，以Nb、Mo、V、Ni为辅助添加元素，以稀土为孕育剂，各组分质量百分含量为：C 0.6～2.1%、Cr 8～20%、Si 0.6～4%、Mn 0.8～6%、Ni 0～2%、V 0.1～1.5%、Mo 0.1～3%、Nb 0～5%、B 0.3～3.5%、稀土0.01～2%、余量为Fe。

本发明中主要合金元素在堆焊金属中的作用是：碳在Fe-C-Cr系合金中部分溶解到α-Fe中，在Cr含量达到一定值时将与Cr、Fe等形成碳化物或复合碳化物，是影响碳化物数量和种类的主要元素。硼在元素活动周期表中位于碳的前面，合金中的硼可溶入碳化物或置换碳化物中的碳原子形成硼化物或复合金属碳硼化合物相。金属硼化物或复合金属碳硼化合物相的显微硬度高于同类金属碳化物，对目标合金耐磨性的强化作用显著。另外，硼可改变晶界的组织状态、强化晶界，改善断裂韧性Kic。硼在合金中的另一重要作用是：使铁碳状态图的共晶点左移，在含碳量不足的情况下出现共晶组织，硼与稀土联合作用时，这种倾向更为明显，为一种联合孕育作用。铬是主要碳化物形成元素。可能形成的碳化物类型有：Cr₃C、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、（Fe、Cr）₃C、（Fe、Cr）₂₃C₆等。在有硼参与冶金过程时，可能出现硼原子溶入碳化物或置换碳化物中的碳原子形成铬的碳硼化合物，铬的碳硼化合物硬度和稳定性高于铬的碳化物，作为硬质相，将对合金耐磨性的提高做出积极的贡献。此外，铬还具有抑制珠光体形成，提高淬透性的作用。硅通常是铁素体形成元素，但硼的存在可以部分地抑制其铁素体化作用，代之以与硼联合作用使合金产生一定的自熔性。锰通常是奥氏体形成元素，有助于合金在高温阶段的奥氏体化及冷却阶段的马氏体转化过程。

本发明中辅助合金元素在堆焊金属中的作用是：钼在铁碳合金中可溶于渗碳体形成Fe₂MoC或Fe₄Mo₂C，也可直接形成MoC、Mo₂C；在含硼的铁碳合金中可能形成钼的硼化物或钼的碳硼化合物相。铌与铁可互溶形成Fe₃Nb₂，也可与碳作用形成NbC或Nb₄C₃。但NbC不溶于铁，而且Fe₃C也不溶于铌，故NbC或Nb₄C₃单独存在于铁基合金中成为独立相；在含硼的铁基合金中可能形成铌的硼化物或铌的碳硼化合物相。铌对铁基合金具有良好的细化晶粒作用，铌的碳化物和硼化物硬度高、抗高温分解能力强，是铁基耐磨堆焊合金中重要的高温强化相。钒和铌在元素周期表中同属一族，同样具有细化晶粒的作用。钒的碳化物、硼化物在金属碳化物、硼化物中硬度最高，对合金的高温及常温耐磨性能的提高作用较大。镍是典型奥氏体形成元素，镍的和量越高堆焊合金中残余奥氏体含量越多，对合金的韧性贡献越大。

本发明中稀土在堆焊合金结晶过程起孕育剂作用，可以改善硬质相的结晶和分布状态，从而间接提高堆焊金属的综合性能。

本发明可制成∮1.6以下的细直径药芯焊丝，适于高耐磨损性能的CO₂气体保护堆焊，堆焊层宏观硬度高，硬质相与基体相结合牢固，宏观硬度为HRC58～66，具有很高的抗磨粒磨损性能，抗冲击磨损性能和抗大角度冲蚀磨损性能，可应用领域十分广泛。满足井下修复中部槽等使用要求。

本发明具有很高的抗磨粒磨损性能，抗冲击磨损性能和抗冲蚀磨损性能，其原因是：

（1）微观组织特征是高合金马氏体辅之以大量而弥散分布的复杂金属共晶碳硼化合物硬质强化相，高硬度合金马氏体(HV600～900)本身就具备较强的耐磨损能力，大量的复杂金属共晶碳硼化合物相(HV1600～1900)弥散而且均匀地分布，又在奥氏体周围构建了耐磨损点阵屏障，将使合金的耐磨损能力进一步得到加强。因此，具有优良的抗磨粒磨损性能。

（2）该合金在结晶过程中首先形成亚共晶组织形态，其初生相为奥氏体并在以后的冷却过程中转变为马氏体。亚共晶组织较过共晶组织在韧性方面具有明显优势。因此，与高碳高铬过共晶合金比较，在抗冲击和抗冲蚀磨损性能方面具有较强优势。

（3）堆焊合金中引入了稀土。稀土和B在堆焊金属结晶过程中联合起孕育剂作用，使堆焊金属晶粒特别是共晶金属碳硼化合物晶粒细小并且均匀分布，对提高堆焊合金组织韧性和合金整体耐磨性都有积极作用。

本发明的合金体系与高碳高铬系合金比较，应属于中铬中碳合金体系范畴。实际实施的合金中，含铬量约为高碳高铬合金的1/ 2 左右，节约贵重金属的比例和意义都将十分重大。

本发明的合金体系与高碳高铬系合金比较另一个不同特点是，从含碳量的角度来说应属于“钢”的范畴，但由于硼、稀土及其他合金元素的交互作用，在组织形态上呈现的是亚共晶。即该合金体系是介于合金钢和合金铸铁之间的一种新的材料品种。

由于含碳、含铬量的大幅度减少，在药芯焊丝制作时，对填充率要求的苛刻程度大大降低。因此，可以非常方便地制成∮1.6以下的细直径气体保护堆焊药芯焊丝。

实施例1：一种药芯焊丝堆焊材料，其是铁基耐磨损合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、B为主要合金元素，以Mo、V辅助添加元素，以稀土为孕育剂，各组分质量百分含量为：C 0.8～1.8%、Cr 10～18%、Si 0.6～1.5%、Mn 2.2～5%、V 0.5～1.2%、Mo 0.8～3%、B 1.5～3.5%、稀土钪0.02～0.12%、余量为Fe。宏观硬度≥HRC60，具有很高的抗磨粒磨损性能，适用于刮板输送机中部槽中板及W钢的修复与耐磨损强化。

实施例2：一种药芯焊丝堆焊材料，其是铁基耐磨损合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、B为主要合金元素，以Mo、V、Ni为辅助添加元素，以稀土为孕育剂，各组分质量百分含量为：C 0.6～1.5%、Cr 8～15%、Si 0.6～1.2%、Mn 0.8～1.5%、Ni 1.2～2%、V 0.3～1%、Mo 0.6～1.8%、B 0.3～1.5%、稀土钪0.02～0.2%、余量为Fe。宏观硬度≥HRC58，抗冲击和抗冲蚀磨损性能优越，适用于风扇磨打击板或煤化工碎煤飞盘堆焊。

实施例3：一种药芯焊丝堆焊材料，其是铁基耐磨损合金材料，其以C、Cr、Mn、Si、B为主要合金元素，以Nb、Mo、V为辅助添加元素，以稀土为孕育剂，各组分质量百分含量为：C 1.2～2.1%、Cr 12～20%、Si 1.8～3%、Mn 1.2～4%、V 0.1～1.2%、Mo 0.1～3%、Nb 0.3～5、B 1.2～3%、稀土钪0.02～0.13%、余量为Fe。宏观硬度≥HRC62，在600℃以下高温条件下工作，组织结构稳定，抗挤压性能优越，适用于在高温下工作的硅酸盐或铝酸盐液压破碎辊表面堆焊。

Claims

1.一种药芯焊丝堆焊材料，其特征是：其以C、Cr、Mn、Si、B为主要合金元素，以Mo、V为辅助添加元素，以稀土为孕育剂，各组分质量百分含量为：C 0.8～1.8%、Cr 10～18%、Si 0.6～1.5%、Mn 2.2～5%、V 0.5～1.2%、Mo 0.8～3%、B 1.5～3.5%、稀土钪0.02～0.12%、余量为Fe。

2.一种药芯焊丝堆焊材料，其特征是：其以C、Cr、Mn、Si、B为主要合金元素，以Mo、V、Nb为辅助添加元素，以稀土为孕育剂，各组分质量百分含量为：C 1.2～2.1%、Cr 12～20%、Si 1.8～3%、Mn 1.2～4%、V 0.1～1.2%、Mo 0.1～3%、Nb 0.3～5、B 1.2～3%、稀土钪0.02～0.13%、余量为Fe。