CN104690451A - 一种高硬度连铸辊堆焊修复用自保护药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

一种高硬度连铸辊堆焊修复用药芯焊丝，属于材料加工工程中的焊接技术领域。采用H08A冷轧钢带为外皮；药芯的组分及其重量百分比为：TiO2：20-40％，高碳铬铁：5-15％，低碳铬铁：12-30％，Mn-Si合金：0.5-5％，Al-Mg合金：0.5-5％，Ni：5-15％，氟化物：0.5-2.5％，Mo5-15％，V：0.5-2.5％，Cr：2-10％，Al2O3：0.5-5％，余量为铁粉；药芯焊丝中药芯的填充率为20-35％。优点在于，药芯焊丝采用自保护堆焊方式，连铸辊堆焊修复过程无需保护气和焊剂，可显著降低修复成本，降低工人劳动强度，增加生产效率；该焊丝具有良好电弧稳定性的同时又具有优异的耐磨性和耐热疲劳能力，有效提高连铸辊的使用寿命。

Description

一种高硬度连铸辊堆焊修复用自保护药芯焊丝
技术领域
本发明属于材料加工工程中的焊接技术领域，特别是提供了一种高硬度连铸辊堆焊修复用自保护药芯焊丝，主要应用于钢厂中连铸辊的堆焊修复。
背景技术
连铸设备在我国的各大钢厂中已普遍采用，连铸辊是连铸设备中的主要消耗部件，连铸辊在承受高温钢坯的高温磨损及钢坯通过产生的鼓胀力和静压力引起循环载荷的同时，还要承受喷淋冷却水和高温钢坯的冷热疲劳。因此，工作一段时间后，辊面会产生磨损、腐蚀、变形和热疲劳裂纹。当裂纹的深度达到一定时，必须下机修复，否则会造成产品质量不合格，甚至连铸辊断裂失效。
堆焊技术是利用焊接工艺将耐磨合金熔敷在工件表面的技术，采用堆焊技术修复连铸辊是冶金工业生产提高其使用寿命的重要技术手段。现今采用的焊接方法多为埋弧堆焊，此种方法需大量使用焊剂，增加成本，且堆焊过程中需要不断敲渣，增加了工人劳动强度，生产效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连铸辊堆焊修复用自保护药芯焊丝，采用自保护堆焊方式，即在堆焊过程中无需外加保护气源和焊剂，在堆焊过程中不用敲渣，易于实现自动化生产，提高工作效率。
本发明具有硬度高(HRC42～48)，耐磨性优良；具有极佳的焊接工艺性能，焊缝成型美观，堆焊金属硬度高，韧性好，裂纹敏感性低，耐磨性优良。采用该焊丝堆焊修复连铸辊，可显著降低修复成本，降低工人劳动强度，增加生产效率。
本发明所提供的连铸辊堆焊修复用自保护药芯焊丝采用H08A冷轧钢带为外皮；药芯的组分及其重量百分比为：TiO2：20-40％，高碳铬铁：5-15％，低碳铬铁：12-30％，Mn-Si合金：0.5-5％，Al-Mg合金：0.5-5％，Ni：5-15％，氟化物：0.5-2.5％，Mo5-15％，V：0.5-2.5％，Cr：2-10％，Al2O3：0.5-5％，余量为铁粉；药芯焊丝中药芯的填充率为20-35％。
其中，所述的Al-Mg合金中Al含量为40-60(重量)％；
Mn-Si合金中Mn含量为40-60(重量)％；
所述的高碳铬铁中C含量为6-9(重量)％，Cr含量为50-80(重量)％，余量为铁；
所述的低碳铬铁中C含量为0.1-0.5(重量)％，Cr含量为50-80(重量)％，余量为铁；
所述的氟化物为BaF2、MgF2、CaF2、Na3AlF6或Na2SiF6中的一种或几种的混合物。
本发明药芯焊丝采用常规药芯焊丝制备技术制得。
药芯中各组分的作用如下：
TiO2：是渣形成组分，可以改善渣的覆盖性能和焊缝脱渣性，并使电弧集中、稳定，改善焊缝成型和减少飞溅。若含量过低，则不易形成短渣，对焊丝工艺性能不利；若含量过高，则影响熔敷金属的综合力学性能。
高碳铬铁：提高熔敷金属的硬度和耐磨性。
低碳铬铁：提高熔敷金属的硬度和耐磨性。
Mn：确保熔敷金属的强度和降低氧、硫含量，促进针状铁素体的形成，提高熔敷金属韧性。
Si：提供合适的熔渣粘度，增加电弧稳定性。作为脱氧剂确保焊接金属的强度和降低氧含量。若含量过高，则使熔渣粘度增大，对脱渣及焊接性能不利。
Al-Mg：主要作用是脱氧脱氮。脱氧后产生的Al2O3，具有调节高温熔渣物理性能的作用，有利于改善焊接性能。
Ni：确保熔敷金属的强度和韧性，作为奥氏体化元素，防止熔敷金属中由于残留δ铁素体而使韧性降低。
Mo：提高熔敷金属的淬透性和热强性，增加耐磨性和耐热疲劳能力。
V：提高熔敷金属的强度，细化晶粒，降低晶粒长大倾向，提高淬硬性。
Cr：提高钢的强度、硬度和耐蚀性。
氟化物：药芯中的各种氟化物在高温下均能分解，汽化，产生大量的氟蒸汽而大大降低电弧气氛中的氢分压，从而起到去氢能力。药芯中的氟化物与大量金红石在焊接时发生反应，产生TiF4可与电弧气氛中氢原子及水蒸汽发生二次反应，形成不溶于钢液的稳定氢氟化物HF，从而降低了电弧气氛中的氢分压,降低焊缝氢含量。
TiO2+XF→XO+TiF4
TiO2+XF→XTiO3+TiF4
反应产物TiF4可与电弧气氛中氢原子及水蒸汽发生二次反应:
TiF4+H→TiF+HF↑
TiF4+H2O(汽)→TiO2+HF↑
多种氟化物的加入，如配方中的BaF2可以支持很短的电弧,全位置焊接时降低了电弧能量和焊丝燃烧速度,更容易控制熔池，部分氟化物分解出锂、钾、钠等电离势小于钙，能提高焊丝的电弧稳定性。
铁粉：调节成分，保证电弧稳定性，提高熔敷效率。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明药芯焊丝具有良好电弧稳定性的同时又具有优异的耐磨性、耐热疲劳能力，有效提高连铸辊的使用寿命。
2)本发明药芯焊丝中加入多种氧化物和氟化物，提高了焊丝的去杂质及脱氢效果，加入强脱氮脱氧剂铝、镁，有利于堆焊金属中气体的排出和焊缝成型，有效提高堆焊金属的韧性。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于下述实施例。
实施例1
高硬度自保护连铸辊堆焊药芯焊丝包括外皮和药芯，药芯占药芯焊丝总重量的25％；外皮采用H08A冷轧钢带，药芯的化学组成(重量百分比)为：TiO2：38％，高碳铬铁：5.5％，低碳铬铁：30％，Mn-Si合金：0.6％，Al-Mg合金：2.5％，Ni：5.5％，CaF2：0.8％，Mo:5％，V：0.8％，Cr：2.8％，Al2O3：2.1％，铁粉:6.4％。
Al-Mg合金中Al重量百分比为45％；Mn-Si合金中Mn重量百分比为44％；高碳铬铁中C重量百分比为6.2％，Cr重量百分比为54％；低碳铬铁中C重量百分比为0.11％，Cr重量百分比为56％。
实施例2
高硬度自保护连铸辊堆焊药芯焊丝包括外皮和药芯，药芯占药芯焊丝总重量的28％；外皮采用H08A冷轧钢带，药芯的化学组成(重量百分比)为：TiO2：25％，高碳铬铁：12％，低碳铬铁：17％，Mn-Si合金：4.6％，Al-Mg合金：3.1％，Ni：12％，CaF2:0.4％,Na3AlF6：1.5％，Mo:8％，V：1.9％，Cr：6％，Al2O3：3.3％，铁粉:5.2％。
Al-Mg合金中Al重量百分比为50％；Mn-Si合金中Mn重量百分比为48％；高碳铬铁中C重量百分比为8.2％，Cr重量百分比为74％；低碳铬铁中C重量百分比为0.31％，Cr重量百分比为66％。
实施例3
高硬度自保护连铸辊堆焊药芯焊丝包括外皮和药芯，药芯占药芯焊丝总重量的32％；外皮采用H08A冷轧钢带，药芯的化学组成(重量百分比)为：TiO2：31％，高碳铬铁：8％，低碳铬铁：26％，Mn-Si合金：2.2％，Al-Mg合金：0.8％，Ni：9％，BaF2：1.3％，Mo:14％，V：1.4％，Cr：4.5％，Al2O3：0.6％，铁粉:3.2％。
Al-Mg合金中Al重量百分比为55％；Mn-Si合金中Mn重量百分比为49％；高碳铬铁中C重量百分比为7.2％，Cr重量百分比为76％；低碳铬铁中C重量百分比为0.22％，Cr重量百分比为76％。
实施例4
高硬度自保护连铸辊堆焊药芯焊丝包括外皮和药芯，药芯占药芯焊丝总重量的34％；外皮采用H08A冷轧钢带，药芯的化学组成(重量百分比)为：TiO2：20％，高碳铬铁：13％，低碳铬铁：12％，Mn-Si合金：3.1％，Al-Mg合金：4.5％，Ni：14.5％，MgF2:1.4％,Na2SiF6：1％，Mo:14.5％，V：2.3％，Cr：9％，Al2O3：4.7％。
Al-Mg合金中Al含量为40-60(重量)％；Mn-Si合金中Mn含量为40-60(重量)％；所述的高碳铬铁中C含量为6-9(重量)％，Cr含量为50-80(重量)％；所述的低碳铬铁中C含量为0.1-0.5(重量)％，Cr含量为50-80(重量)％
Al-Mg合金中Al重量百分比为58％；Mn-Si合金中Mn重量百分比为51％；高碳铬铁中C重量百分比为8.7％，Cr重量百分比为67％；低碳铬铁中C重量百分比为0.46％，Cr重量百分比为63％。
将实施例1-4中制备的药芯焊丝进行连铸辊的堆焊，焊接过程中电弧稳定，飞溅少，焊缝成型、脱渣优良；采用GB/229-2007及GB228-2002标准测得其熔敷金属的力学性能指标为：抗拉强度σb：800-1000MPa，屈服强度σ0.2：400-500MPa，延伸率δ5：25-35％，冲击吸收功Akv(0℃)：80-100J。
硬度测试采用HR-580便携式硬度计，对每一堆焊层取5点打硬度，得到该焊丝堆焊层的平均硬度(HRC)为54-58。
磨损实验采用SGS-245磨损实验机进行测试，在堆焊层中取5个55*25*5mm试样，实验参数为：橡胶轮转速240转/分，转数为1000转，磨料为40-70目石英砂。材料耐磨性用磨损的失重量来衡量，实验用Q235钢作为对比，对比件失重量与测试件失重量之比为该试件的相对耐磨性，实验得到该焊丝堆焊层的平均耐磨性为13.5-16.5。

Claims (6)

1.一种高硬度连铸辊堆焊修复用自保护药芯焊丝，采用H08A冷轧钢带为外皮，其特征在于，药芯组分及其重量百分比为：TiO2：20-40％，高碳铬铁：5-15％，低碳铬铁：12-30％，Mn-Si合金：0.5-5％，Al-Mg合金：0.5-5％，Ni：5-15％，氟化物：0.5-2.5％，Mo5-15％，V：0.5-2.5％，Cr：2-10％，Al2O3：0.5-5％，余量为铁粉；药芯焊丝中药芯的填充率为20-35％。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述的Al-Mg合金中Al含量的重量百分比为40-60％。
3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述的Mn-Si合金中Mn含量的重量百分比为40-60％。
4.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述的高碳铬铁中C含量的重量百分比为6-9％，Cr含量的重量百分比为50-80％，余量为铁。
5.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述的低碳铬铁中C含量的重量百分比为0.1-0.5％，Cr含量的重量百分比为50-80％，余量为铁。
6.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述的氟化物为BaF2、MgF2、CaF2、Na3AlF6或Na2SiF6中的一种或几种的混合物。
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