CN104400259A - 一种高硬度耐磨堆焊焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高硬度耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮包括以下质量百分比的成分：大理石20～25％；萤石10～15％；高碳铬铁15～24％；硼铁20～28％；硅铁2～5％；稀土氟化物或稀土氧化物1～3％；钛铁8～13％；石墨3～5.5％；镍1～2.5％；中碳锰铁1～3％；以及，钼和钨中的一种或两种1～3％。本发明的焊条堆焊层金属硬度高、不剥落、耐磨性强，可以多层堆焊，堆焊层硬度HRC为64～70，焊接工艺性能优良，能有效提高被堆工件的耐磨性能和使用寿命。

Description

一种高硬度耐磨堆焊焊条
技术领域
本发明涉及堆焊焊条工艺技术领域，尤其涉及一种可用于多层堆焊的高硬度耐磨堆焊焊条。
背景技术
在我国硬面堆焊材料中，堆焊焊条约占70％，在焊接材料中具有举足轻重的地位。堆焊焊条设计制造过程中，为了提高硬度而加入大量的石墨及其他合金，形成碳化合金，这种材料碳当量高、塑性低、应力大，容易剥落。而且采用大重量系数的方法，药皮厚，影响焊接工艺性。例如通过加入碳化钨颗粒或增加碳含量来达到所需硬度，但在高温环境条件下容易出现覆面层的耐磨性和耐蚀性下降问题。
硼能够与碳原子结合形成硬度非常高的碳硼化合物，并且，硼与Fe、Ti、Cr、Mo等形成硬度很高的化合物，提高堆焊层硬度。硼代替部分碳元素，形成硼化物，降低焊条的碳当量；采用多元复合法，加入少量多种金属元素，降低碳含量，利用元素之间相互作用及对堆焊层基体金属韧化，有效提高堆焊层金属的抗裂性能、硬度、耐磨性；采用低S、P的H08T碳钢焊芯，改善堆焊层基体金属夹杂物形态、数量，提高堆焊层金属的抗裂性能；降低药皮中石墨含量，减小焊条外径，药皮重量系数小，改善焊条的工艺性能。
另有研究表明，虽然加入较高的硼可以提高堆焊金属的耐磨性和硬度，但是硼的存在会降低堆焊层的韧性，提高堆焊层应力，增加裂纹倾向，堆焊时堆焊层剥落严重，不能广泛使用。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种高硬度耐磨堆焊焊条，达到堆焊层硬度和韧性的匹配。
本发明提供的高硬度耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮包括以下质量百分比的成分：大理石20～25％；萤石10～15％；高碳铬铁15～24％；硼铁20～28％；硅铁2～5％；稀土氟化物或稀土氧化物1～3％；钛铁8～13％；石墨3～5.5％；镍1～2.5％；中碳锰铁1～3％；以及，钼和钨中的一种或两种1～3％。
堆焊层的硬度和耐磨性取决于堆焊合金中所含硬质相的种类、数量、分布和形态，韧性与堆焊层基体金属组织形态等相关。硼化硬质相包括硼化钨、硼化钼等，较相应的碳化硬质相显微硬度更高，且硼资源在我国较为廉价，因此，采用硼化物提高堆焊层硬度和耐磨性具有重要意义。单纯的高硼堆焊或高碳堆焊，形成块状硼化物或碳化物，堆焊层脆性大，容易出现裂纹甚至剥落，因此本发明采用多元复合法，在堆焊合金中加入少量多种合金元素，调整各合金元素含量，达到堆焊层硬度和韧性的匹配。
该堆焊焊条，其耐磨性能主要依靠用硼替代部分碳元素，降低焊条的碳当量，从而提高焊接抗裂性能；加入韧化元素，提高基体韧性，从而提高焊接抗裂性；降低焊条的重量系数，提高焊条的焊接工艺性能。
药皮组分为C、B、Cr、Ti、Ni，W或Mo合金以及矿物粉，Ti、Cr、Mo或W均可与C、B结合形成碳化物或硼化物，提高堆焊层金属的硬度，通过调节B、C、Cr、Ti、Ni、Mo或W等元素含量，依靠各元素之间相互作用，达到细化硼化物、碳化物、增加硬质相的种类和数量、增加基体韧性、提高表面硬度和耐磨性、降低裂纹敏感性的目的。药皮中加入镍元素，可以提高基体的韧性，降低剥落敏感性，稀土能够韧化基体金属、细化耐磨颗粒，提高堆焊层性能。
大理石和萤石作为矿物原料加入，主要起造渣、造气作用。调整大理石、萤石的含量，作为调节焊条工艺性能的主要方式之一。
高碳铬铁：含碳量高，碳元素过渡系数较石墨高；降低石墨加入量，减小药皮重量系数，改善焊条焊接工艺性能。铬元素显著提高合金的淬透性，促进马氏体形成。铬与硼结合形成硬质相，弥散分布硬质相可以强化基体，细化晶粒，提高硬度和耐磨性，加入量为15～24％。
石墨：使合金中碳化物硬质相的数量达到要求，为兼顾焊条药皮重量系数和堆焊层金属韧性，石墨加入量为3～5.5％。
硼铁：与Ti、Cr、W或Mo等元素形成硬质相硼化物，是提高硬度和耐磨性的主要组织，其中优选低碳硼铁。加入量过高，堆焊层硬度过高，显著增加焊接内应力，容易剥落，加入量需在20～28％范围内。
钼和钨中的一种或两种：强碳化物形成元素，提高钢的淬透性与回火稳定性，可降低或抑制其他合金元素导致的回火脆性，具有细化组织、改善碳化物形貌的作用，有助于提高耐磨性，改善韧性。
镍：增强堆焊层金属基体韧性，提高堆焊金属的综合性能。镍加入量需在1～2.5％范围内。
稀土氟化物或稀土氧化物：稀土的氟化物或氧化物具有强烈的脱氧和去硫的能力，对氢的吸附作用也很大，还可以改善夹杂物的形态和分布，改善堆焊层金属组织，提高抗裂能力。总体考虑，为改善组织性能，并兼顾生产成本和稀土利用率，加入量为1～3％。
中碳锰铁：脱氧和控制硫磷有害作用。Mn不宜加入过多，过高导致马氏体转变时产生粗大的针状马氏体，增加残余奥氏体数量，加入量需在1～3％范围内。
优选地，所述药皮的质量系数为50％。
优选地，所述高碳铬铁中碳的质量百分含量为15～20％。
优选地，所述硼铁为低碳硼铁。
优选地，所述硅铁为45#雾化硅铁。
优选地，所述焊芯中S的质量百分含量≤0.008％，P的质量百分含量≤0.01％。可以使用低S、P的H08T碳钢焊芯。
优选地，采用K2Na1水玻璃作为焊芯和药皮的粘结剂。K2Na1水玻璃为外购产品，水玻璃中K2O/Na2O重量比值为2∶1。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的高硬度耐磨堆焊焊条采用多元复合法，在C-B-Cr合金体系中，加入Ti、Ni、W或Mo合金元素，堆焊层金属硬度高、不剥落、耐磨性强，可以多层堆焊。堆焊层硬度HRC为64～70。焊条药皮重量系数小，焊接工艺性能优良。采用低S、P的H08T碳钢焊芯，改善夹杂物的数量、形态，降低堆焊金属磨损过程中产生剥落和开裂的概率，使耐磨性大大提高。加入镍和稀土氟化物或稀土氧化物，提高基体金属韧性，能够用于多层堆焊而没有剥落现象，提高被堆工件的耐磨性能和使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实验例1
一种高硬度耐磨堆焊焊条的焊芯采用低S、P的H08T碳钢焊芯，其化学成分及含量占焊芯重量百分比见表1。.
表1焊芯H08T的化学成分重量百分比(wt％)(一例)
C Si Mn S P
0.071 0.11 0.42 0.004 0.005
实验例2
一种高硬度耐磨堆焊焊条药皮成分中高碳铬铁化学成分见表2。
表2高碳铬铁的化学成分重量百分比(wt％)(一例)
C Si S P Cr Fe
18 2.15 0.036 0.024 54.38 余量
实验例3
按照配方将药皮原料混合均匀后加入K2Na1水玻璃搅拌均匀，由油压机压涂于焊芯上，在自然环境晾晒至药皮干硬后，在放入烘干设备进行360℃烘干两个小时。焊条药皮化学成分重量百分比见表3。
表3药皮化学成分重量百分比(wt％)
药芯成分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
大理石 20 23 23 25
萤石 10 14 10 15
高碳铬铁 24 15 17 15
硼铁 28 20 23 20
硅铁 2 2 5 2.5
钛铁 8 13 8 8
稀土氟化物或氧化物 1 2 1.5 3
石墨 3 5 5.5 4.5
镍粉 1 2 2.3 2.5
中碳锰铁 1 3 1.7 2.2
钼粉或钨粉一种或其任意比混合物 2 1 3 2.3
小计 100 100 100 100
注：实施例4中硼铁为低碳硼铁，硅铁为45#雾化硅铁。
实验例4
对堆焊层金属进行磨粒磨损试验。采用40～70目石英砂进行磨损试验，以Q235钢为标样。试板上堆4层8道，未出现裂纹，焊缝无脱落。试验结果见表4。
表4磨粒磨损试验结果
实验项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
相对耐磨性 14.1 14.4 13.9 15.1
有无裂纹 无 无 无 无
有无脱落 无 无 无 无
实验例5
对堆焊层金属进行金属硬度检测。试验结果见表5。
表5堆焊层硬度(HRC)
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种高硬度耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述药皮包括以下质量百分比的成分：大理石20～25％；萤石10～15％；高碳铬铁15～24％；硼铁20～28％；硅铁2～5％；稀土氟化物或稀土氧化物1～3％；钛铁8～13％；石墨3～5.5％；镍1～2.5％；中碳锰铁1～3％；以及，钼和钨中的一种或两种1～3％。
2.根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述药皮的质量系数为50％。
3.根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述高碳铬铁中碳的质量百分含量为15～20％。
4.根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述硼铁为低碳硼铁。
5.根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述硅铁为45#雾化硅铁。
6.根据权利要求1所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述焊芯中S的质量百分含量≤0.008％，P的质量百分含量≤0.01％。
7.根据权利要求1～6任一所述的高硬度耐磨堆焊焊条，其特征在于，采用K2Na1水玻璃作为焊芯和药皮的粘结剂。
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