CN102909482B

CN102909482B - 高碳母材用硬面修补焊材与用于高碳母材的硬面修补方法

Info

Publication number: CN102909482B
Application number: CN201110222743.XA
Authority: CN
Inventors: 苏晏正; 蔡政宏; 颜筱珊; 喻国辉; 林进发; 阮志浩; 林澄辉; 曾茂仁
Original assignee: TIENTAI ELECTRODE CO Ltd
Current assignee: TIENTAI ELECTRODE CO Ltd
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: CN102909482A

Abstract

本发明有关一种高碳母材用硬面修补焊材与用于高碳母材的硬面修补方法。上述硬面修补焊材其包含下列元素，以各元素占整体焊材的重量百分比表示，其中碳元素含量百分比为0.02至0.10％、锰元素含量百分比为1.0至3.0％、硅元素含量百分比为0.3至1.0％、铬元素含量百分比为0.6至3.5％、钼元素含量百分比为1.4至3％、硫元素含量百分比为0.03％以下、磷元素含量百分比为0.03％以下；以及其余成分为铁元素。该焊材可忍受高碳母材的稀释，使得高碳母材得以于适当时机进行硬面焊接修补，而不致以报废处理，大幅降低成本以避免浪费，且该焊材具有良好的熔金硬度、耐孔蚀性、抗回火软化能力以及耐冲击性。本发明还提供了一种硬面焊材修补的方法。

Description

高碳母材用硬面修补焊材与用于高碳母材的硬面修补方法

技术领域

本发明有关于一种焊材，尤指一种应用于硬面焊接修补且不会产生焊接热裂的高碳母材用硬面修补焊材，以及应用于高碳母材的硬面修补方法。

背景技术

金属材料的相关研究与发展日益进步，金属材料通常是指工业上各种构造物制造时所使用的金属(metal)或合金(alloy)。合金常指两种以上的金属或金属与非金属结合而成，且具有金属特性的材料。一般金属材料均具有下列共同的特性：(1)电与热的良导体；(2)塑性加工变形能力佳，富延性及展性，因此广泛的应用在模具加工、机械制造、铸造工业以及各类工业中，因为目前金属材料的表面洁净度提高，其金属材料之间的焊接方式与材料成为一重要课题。

目前于钢铁厂常见使用的辊轮(Roll)，其碳的含量越高，硬度也越高，但含碳量越高(通常是指超过0.45％)，所能使用的焊接材料越少，且作为硬面补焊焊道通常会发生热裂现象，当长期使用可能会发生辊轮断裂，十分危险且必须停工造成经济上的损失。

现有技术的辊轮中诸如S60C、S70C、S80C、S85C、S90C以及SUJ2等的高碳母材，其等含碳量皆超过0.6至1.2％，已知其等一旦出现热裂问题或不堪使用时，无法经由二次焊补回修而直接报废处理，对于使用者而言经济成本高且相当不环保，由此可见目前仍缺乏一种可用于高碳含量的母材且不易发生热裂问题的缓冲层焊材。

发明内容

本发明人有鉴于现有技术的高碳母材没有相对应的修补方式，一旦产生裂纹等问题即作报废处理，相当不环保且成本较高而发明一种硬面修补焊材，该焊材以可应用于高碳母材的焊接修补为本发明目的。

为达到前述目的，本发明所采取的技术手段是提供一种硬面修补焊材，其主要由碳、钼以及铁元素所组成，其中

碳元素重量百分比为0.02至0.10％；以及

钼元素重量百分比为1.4至3％。

根据本发明的具体技术方案，优选地，本发明所提供的硬面修补焊材进一步包含锰元素，其占整体焊材的重量百分比为1.0至3.0％；以及硅元素，其占整体焊材的重量百分比为0.3至1.0％；以及铬元素，其占整体焊材的重量百分比为0.6至3.5％；以及硫元素，其占整体焊材的重量百分比为0.03％以下；以及磷元素，其占整体焊材的重量百分比为0.03％以下。

根据本发明的具体技术方案，优选地，在本发明提供的硬面修补焊材中，碳元素占整体焊材的重量百分比为0.03％；锰元素占整体焊材的重量百分比为2.1％；硅元素占整体焊材的重量百分比为0.6％；铬元素占整体焊材的重量百分比为0.7％；钼元素占整体焊材的重量百分比为3％；硫元素占整体焊材的重量百分比为0.03％以下；以及磷元素占整体焊材的重量百分比为0.03％以下。

根据本发明的具体技术方案，优选地，本发明所提供的硬面修补焊材可应用于选自于由下列者所构成的群组的高碳母材：轴承钢SUJ2、SUJ3、SUJ4以及SUJ5。

根据本发明的具体技术方案，优选地，本发明所提供的硬面修补焊材耐孔蚀当量为12.09至61.21。

根据本发明的具体技术方案，优选地，温度加热至550℃时，本发明所提供的硬面修补焊材的维式硬度为310Hv至370Hv。

本发明还提供了一种硬面修补焊材，其为包含下列元素的合金：

碳元素重量百分比为0.02至0.10％；以及

锰元素重量百分比为1.0至3.0％；以及

硅元素重量百分比为0.3至1.0％；以及

铬元素重量百分比为0.6至3.5％；以及

钼元素重量百分比为1.4至3％；以及

硫元素重量百分比为0.03％以下；以及

磷元素重量百分比为0.03％以下；以及

其余成分为铁元素。

较佳的，其中碳元素重量百分比为0.03％；锰元素含量百分比为2.1％；硅元素含量百分比为0.6％；铬元素含量百分比为0.7％；钼元素含量百分比为3％；硫元素含量百分比为0.03％以下；以及磷元素含量百分比为0.03％以下。

所述的硬面修补焊材，其可应用于高碳母材的焊接修补。

所述的硬面修补焊材，其具有良好的抗焊接热裂敏感度。

所述的硬面修补焊材，其具有良好的耐孔蚀性。

所述的硬面修补焊材，其温度加热至约550℃时，具有维式硬度介于310Hv至370Hv之间。

本发明还提供了一种硬面焊材修补的方法，其包含：

提供一碳含量重量百分比0.6％以上的高碳母材，使用上述的硬面修补焊材进行焊接，可得到一经硬面修补的母材。

根据本发明的具体技术方案，优选地，本发明所提供的硬面焊材修补的方法中的焊接参数为：电流400A，电压30V，焊接高度ESO30mm，焊接速度40cpm；其焊接预热温度为350℃。

通过本发明的硬面修补焊材，可达到下列的优点与功效：

1、本发明的硬面修补焊材，可忍受高碳母材的稀释，使得高碳母材得以于适当时机进行硬面焊接修补，而不致以报废处理，可大幅降低成本以避免浪费。

2、本发明的硬面修补焊材，具有良好的熔金硬度、耐孔蚀性、抗回火软化能力、耐冲击性以及对高碳母材的抗焊接热裂敏感度。

附图说明

图1A为本发明的硬面修补焊材进行耐孔蚀性测试的结果。

图1B为对照组2的硬面修补焊材进行耐孔蚀性测试的结果。

图2为本发明的硬面修补焊材调整其钼含量进行抗回火软化测试的结果。

图3A与图3B为对照组3的硬面修补焊材焊接于碳含量0.6％的高碳母材的焊道图，其中，图3B为图3A的放大图。

图4A与图4B为对照组4的硬面修补焊材焊接于碳含量0.6％的高碳母材的焊道图，其中，图4B为图4A的放大图。

图5A与图5B为对照组5的硬面修补焊材焊接于碳含量0.6％的高碳母材的焊道图，其中，图5B为图5A的放大图。

图6A与图6B为对照组1的硬面修补焊材焊接于碳含量1.2％的高碳母材的焊道图，其中，图6B为图6A的放大图。

图7A与图7B为本发明的硬面修补焊材焊接于碳含量1.2％的高碳母材的焊道图，其中，图7B为图7A的放大图。

图8为本发明的硬面修补焊材调整其钼含量进行焊接热裂敏感度测试的结果。

具体实施方式

本发明有关于一种硬面修补焊材，其具体实施例如下，但应明了的是，该等实施例仅为说明之用，而不应被视为本发明的实施上的限制。

本发明的硬面修补焊材，以下简称RolClad，其成分包含碳、锰、硅、铬、钼、硫以及磷，其各元素的重量百分比如表1所示：

表1

元素

碳(C)

锰(Mn)

硅(Si)

铬(Cr)

钼(Mo)

硫(S)

磷(P)

百分比(％)

0.02～0.10

1.0～3.0

0.3～1.0

0.6～3.5

1.4～3

0.03以下

本发明并采用了市售的硬面修补焊材作为对照组1以及对照组2，对照组1的成分包含碳、锰、硅、铬、钼、硫以及磷，对照组2的成分包含碳、锰、硅、钼、硫以及磷，两对照组的各元素成分如表2所示：

表2

在本发明的下面的实施例中所指的焊接方法是如所属技术领域的一般技术人员所知的潜弧焊接法方法，其焊接参数表示依次为电流/电压/焊接高度/焊接速度，各焊接参数如下述实施例中所述。

实施例1

耐孔蚀性测试

将本发明的RolClad、对照组1与对照组2进行耐孔蚀当量计算，以下列公式计算耐孔蚀当量(pitting resistance equivalent)。

PRE_N＝Cr+3.3Mo+30N

结果显示，本发明的RolClad的耐孔蚀当量介于12.09至61.21，而对照组1的耐孔蚀当量为11.02以及对照组2的耐孔蚀当量为3.9，由此结果可知，耐孔蚀性为RolClad优于对照组1与对照组2。

比较RolClad、对照组1与对照组2各元素成分重量百分比差异，可得知造成RolClad的耐孔蚀性优于对照组1与对照组2的原因为钼元素的含量较多。

耐孔蚀性测试的实验条件如下：

反应环境温度；30℃；

反应环境湿度：80％；

焊接参数：400A/30V/ESO 30mm/40cpm；

焊接预热温度：250℃-400℃；

使用焊材：RolClad与对照组2；以及

使用母材：A45C。

将RolClad与对照组2焊接于母材表面进行观察，实验结果请参见图1A与图1B所示，取RolClad与对照组2于湿度80％与温度30℃的环境下测试并观察，图1A为本发明的RolClad以及图1B为对照组2，可发现对照组2明显地产生多个生锈点，反观RolClad并无任何生锈产生。

实施例2

抗回火软化测试

抗回火软化测试的实验条件如下：

测试反应温度：0℃、200℃、300℃、400℃、500℃、550℃、600℃、700℃以及800℃；

反应时间：20天；

使用焊材：RolClad；

焊材的钼含量重量百分比：0％、0.5％、1.5％、2.0％与3.0％；以及

测量硬度仪器：维式硬度机。

取本发明的RolClad进行抗回火软化测试，改变RolClad的钼的含量进行测试，实验结果如图2所示，RolClad的钼含量分别为0％、0.5％、1.5％、2.0％以及3.0％，回火温度在500℃至550℃之间，可以观察到当钼的含量增加至1.5％时，其抗回火软化的能力较为显著，其维氏硬度可达约310Hv，而当RolClad的钼含量越多时(2.0％与3.0％)，其硬度提高，抗回火软化的能力亦十分显著，其维氏硬度最高可达约370Hv；而不含钼的RolClad的抗回火软化能力极差。

实施例3

对于高碳母材的抗焊接热裂敏感度的测试

当母材的碳含量重量百分比为0.3％以下，称为低碳母材；当母材的碳含量重量百分比为0.3％至0.6％之间，称为中碳母材；当母材的碳含量重量百分比为0.6％至2.0％之间，称为高碳母材。

取一碳含量为0.6％的高碳母材，设计三种金属元素成分百分比不同所制成的三种焊材进行焊接测试，其金属成分比例如表3所示：

表3

抗焊接热裂敏感度的实验条件如下：

焊接参数：400A/30V/ESO30mm/40cpm；

焊接预热温度：350℃；

使用焊材：如上面表3所列示的对照组3、对照组4与对照组5；

使用母材：S60C(碳含量为0.6％的高碳母材)。

取对照组3于碳含量为0.6％的高碳母材进行焊接，其结果如图3A以及图3B所示，将焊道放大观察，可发现焊道上产生具有一致方向性的热裂纹；取对照组4于碳含量为0.6％的高碳母材进行焊接，其结果如图4A以及图4B所示，将焊道放大观察，可发现焊道上产生热裂纹，其热裂纹与图3B相比，较不具一致的方向性；取对照组5于碳含量为0.6％的高碳母材进行焊接，其结果如图5A以及图5B所示，将焊道放大观察，焊道上没有热裂纹产生。

由前述结果可推知，焊材中钼的含量越高，越不易于焊道上产生热裂纹，无热裂纹的产生有助于延长高碳母材的使用寿命，且表示该焊材对于高碳母材有较好的忍受度，使得高碳母材可进行修补而降低成本。

进一步的取本发明的RolClad与对照组1进行焊接测试，测试标的为碳含量为1.2％的高碳母材，RolClad与对照组1的金属成分比例如表4所示：。

表4

抗焊接热裂敏感度的实验条件如下：

焊接参数：400A/30V/ESO30mm/40cpm；

焊接预热温度：350℃；

使用焊材：RolClad与上面表4所列示的对照组1；以及

使用母材：轴承钢SUJ2(碳含量为1.2％的高碳母材)。

其对照组1焊接于碳含量为1.2％的高碳母材的结果如图6A与图6B所示，于图6A即可清楚可见一热裂组织产生，将焊道放大观察，焊道中央产生一热裂组织且产生具有一致方向性的热裂纹，以焊接金相组织观察，发现对照组1的焊道组织呈现平滑的柱状晶，此种类型的组织所产生的应力大且裂纹容易沿着柱状晶组织的晶界裂开；RolClad焊接于碳含量为1.2％的高碳母材的结果如图7A与图7B所示，将焊道放大观察，并无热裂组织产生，因此可证实本发明的RolClad对于高碳母材有高度的忍受度，不易产生热裂纹，以焊接金相组织观察，发现RolClad的焊道组织呈现树枝状组织，此种类型的组织所产生的应力小，且若当细小裂纹产生时，其树枝化的晶界呈弯曲或不连续状可阻碍裂纹成长，当RolClad的钼含量大于1.4％时，可以使焊道凝固组织晶粒细化以及产生树枝状组织，是降低焊接热裂产生的主要机制。

取本发明的RolClad进行抗焊接热裂敏感度，改变RolClad的钼的含量进行测试。

抗焊接热裂敏感度的实验条件如下：

焊接参数：400A/30V/ESO30mm/40cpm；

焊接预热温度：350℃；

使用焊材：RolClad；

焊材的钼含量重量百分比：0％、0.15％、0.35％、0.55％、0.57％、0.6％、0.65％、0.67％、0.7％、1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.45％、1.5％、1.52％、1.75％、2％、2.1％、2.25％、2.34％、2.65％、2.7％、3.1％；以及

使用母材：轴承钢SUJ2。

实验结果如图8所示，RolClad的钼含量越高，当钼含量超过约1.4％时，焊接热裂的比率趋近于零，表示焊接热裂的现象几乎没有发生。

本发明的RolClad经测试后的较佳具体实施例，各金属元素的成分百分比如表5所示：

表5

元素

碳(C)

锰(Mn)

硅(Si)

铬(Cr)

钼(Mo)

硫(S)

磷(P)

百分比(％)

0.03

2.1

0.6

0.7

3

0.03以下

将RolClad、对照组1与对照组2的应用特性进行比较，其结果如表6所示：

表6

	RolClad	对照组1	对照组2
				熔金硬度	HRC 33(+/-)2	HRC 34(+/-)2	HRC 30(+/-)2
耐孔蚀性	12.09	11.02	3.9
				抗回火软化能力	优	普通	差
耐冲击性	优	普通	差
				对高碳母材的抗焊接热裂敏感度	优	普通	差

由前述实验可得本发明的RolClad各物理特性佳，可忍受高碳母材的稀释，并且不会产生焊接热裂，可应用于高碳母材的硬面修补。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明的技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种硬面修补焊材，其主要由碳、钼以及铁元素所组成，其中

碳元素占整体焊材的重量百分比为0.02至0.10％；以及

钼元素占整体焊材的重量百分比为1.4至3％；

该硬面修补焊材其进一步包含锰元素，其占整体焊材的重量百分比为1.0至3.0％；以及硅元素，其占整体焊材的重量百分比为0.3至1.0％；以及铬元素，其占整体焊材的重量百分比为0.6至3.5％；以及硫元素，其占整体焊材的重量百分比为0.03％以下；以及磷元素，其占整体焊材的重量百分比为0.03％以下；

所述硬面修补焊材具有树枝状焊道组织，所述的树枝状焊道组织具有呈弯曲或不连续状可阻碍裂纹成长的树枝化的晶界。

2.如权利要求1所述的硬面修补焊材，其中，碳元素占整体焊材的重量百分比为0.03％；锰元素占整体焊材的重量百分比为2.1％；硅元素占整体焊材的重量百分比为0.6％；铬元素占整体焊材的重量百分比为0.7％；钼元素占整体焊材的重量百分比为3％；硫元素占整体焊材的重量百分比为0.03％以下；以及磷元素占整体焊材的重量百分比为0.03％以下。

3.如权利要求1或2所述的硬面修补焊材，其应用于选自于由下列者所构成的群组的高碳母材：轴承钢SUJ2、SUJ3、SUJ4以及SUJ5。

4.如权利要求3所述的硬面修补焊材，其耐孔蚀当量为12.09至61.21。

5.如权利要求3所述的硬面修补焊材，其温度加热至550℃时，具有维式硬度为310Hv至370Hv。

6.如权利要求4所述的硬面修补焊材，其温度加热至550℃时，具有维式硬度为310Hv至370Hv。

7.一种硬面修补焊材，其由碳、钼、锰、硅、铬、硫、磷以及铁元素所组成，其中，

碳元素占整体焊材的重量百分比为0.02至0.10％；

钼元素占整体焊材的重量百分比为1.4至3％；

锰元素占整体焊材的重量百分比为1.0至3.0％；

硅元素占整体焊材的重量百分比为0.3至1.0％；

铬元素占整体焊材的重量百分比为0.6至3.5％

硫元素占整体焊材的重量百分比为0.03％以下；以及

磷元素占整体焊材的重量百分比为0.03％以下；

8.一种硬面焊材修补的方法，其包含：

提供一碳含量重量百分比0.6％以上的高碳母材，使用权利要求1至7任一项所述的硬面修补焊材进行焊接，可得到一经硬面修补的母材。

9.如权利要求8所述的硬面焊材修补的方法，其中，所述焊接是采用潜弧焊接法进行的，其焊接参数为：电流400A，电压30V，焊接高度ESO30mm，焊接速度40cpm；其焊接预热温度为350℃。