CN110682032A

CN110682032A - 一种用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝

Info

Publication number: CN110682032A
Application number: CN201911056267.1A
Authority: CN
Inventors: 侯云昌; 许立宝; 张健; 杨咏梅; 邢俊瑛; 肖辉英
Original assignee: Tianjin Yongchang Welding Wire Co Ltd
Current assignee: Tianjin Yongchang Welding Wire Co Ltd
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-01-14

Abstract

本发明提供了一种用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的低碳调质钢带，所述药芯占焊丝总重量的比例为45％‑55％；所述药芯包括如下重量百分数的组分：高碳铬铁50％‑70％，石墨2％‑5％，硅添加物1％‑5％，锰添加物1％‑5％，铌添加物5％‑20％，钼铁0％‑7％，钒铁2％‑5％，镍粉0‑5％，稳弧剂0.5％‑3％，硼添加物0.5％‑5％，钛添加物1％‑10％，稀土添加物1％‑10％。本发明所述的焊丝通过药粉组分及其含量来控制最终堆焊金属中合金组分含量，改善了硬质相的形态和分布，提高了挤压辊耐磨粒磨损性能，同时优化明弧自保护堆焊药芯焊丝的工艺性能，减少了堆焊飞溅、烟尘。

Description

一种用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其是涉及一种用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝。

背景技术

作为基础设施建设必需的建材行业，水泥工业在国民经济中具有重要地位。我国拥有目前全球最大的水泥生产和消费市场，以其显著的劳动力优势、资源优势和技术优势在国际上具有很强的国际竞争力。水泥工业生产中，各种机械磨损导致大量钢材消耗，据统计，我国水泥产量约为10亿吨/年，每年水泥工业消耗钢材在200万吨左右，其中机械磨损消耗的钢材占90％以上，即180万吨左右。辊压机挤压辊破碎矿石，完成生料、熟料的粉磨，长期工作在高温、粉尘和含有水分及发生物理化学反应的环境中，受到不同载荷的冲击、震动和摩擦以及物料的磨蚀等，承受着剧烈的高应力磨粒磨损和应力疲劳破坏。因此，提高挤压辊表面耐磨层的耐磨性，延长部件的使用寿命，提高设备利用率，在水泥行业实施绿色制造，促进循环经济发展，具有重大的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，通过调节焊丝中药粉组分含量来控制最终堆焊金属中C、B、Nb、Cr、V、Mo、Ti等合金的含量，获得马氏体+残余奥氏体+多元合金复合碳硼化合物组织，改善硬质相形态和分布，提高挤压辊耐磨粒磨损性能，为实际堆焊修复工作提供焊材选择，同时优化明弧自保护堆焊药芯焊丝的工艺性能，减少了堆焊飞溅、烟尘。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的低碳调质钢带，所述药芯占焊丝总重量的比例为45％-55％；所述药芯包括如下重量百分数的组分：高碳铬铁50％-70％，石墨2％-5％，硅添加物1％-5％，锰添加物1％-5％，铌添加物5％-20％，钼铁0％-7％，钒铁2％-5％，镍粉0-5％，稳弧剂0.5％-3％，硼添加物0.5％-5％，钛添加物1％-10％，稀土添加物1％-10％。

进一步，所述药芯配方中组分的颗粒度为60目-200目。

进一步，所述硅添加物为75^#硅铁、稀土硅铁、碳化硅、硅锰合金中的两种或两种以上。

进一步，所述锰添加物为电解锰、硅锰合金、高碳锰铁中的一种或两种以上。

进一步，所述铌添加物为铌粉、铌铁、碳化铌中的一种或两种以上。

进一步，所述硼添加物为硼铁、碳化硼、钛硼合金中的一种或两种以上。

进一步，所述钛添加物为钛铁、碳化钛、钛硼合金中的一种或两种以上。

进一步，所述稀土添加物为稀土氧化物、稀土氟化物、稀土硅铁中的一种或两种以上；其中，稀土元素为镧或铈。

进一步，所述焊丝的直径为2.8mm-3.2mm。

进一步，所述焊丝是将碳钢钢带轧制形成U型槽，将药粉混匀烘烤后加入，并通过轧制、拉拔减径获得。

其中，本发明中各元素作用效果如下：

C：碳的含量直接影响初生M₇C₃的数量、大小和分布，促进高硬度、强磨粒磨损的过共晶碳化物形成，提高堆焊合金硬度和耐磨性；此外，碳在堆焊过程中还能起到脱氧作用，减少其他合金元素的烧损。碳一般通过石墨加入，其药粉密度低、流动性差，容易造成焊丝填充率低、不均匀的问题；同时石墨含量过高，容易造成较大烟尘。本发明中石墨添加量需控制在合理范围内。

Si、Mn：硅、锰是铁基耐磨材料最常用的合金化元素，固溶于基体中提高基体强度；与O的亲和力较大，是良好的脱氧剂，有利于降低焊缝中的氧含量，防止CO气孔产生。

Cr：铬能够与碳、硼相互作用生成硬度较高的碳化物(Cr₃(C,B)，Cr₇(C,B)₃和Cr₂₃(C,B)₆)，这些碳化物可以起到抗磨相的作用，显著提高堆焊层的耐磨性；而且铬还能固溶于基体中，提高基体组织的淬透性、硬度、耐磨性及耐蚀性。

B：硼作为间隙原子存在，能够与合金元素相互作用直接形成硼化物；硼也能使高铬合金共晶点左移，有利于初生相的生成，代替一部分碳，固溶到M₃C，M₇C₃和M₂₃C₆型碳化物中，原位合成碳硼复合硬质相，使得磨损以磨粒的显微切削为主。此外，硼在铁基体中的固溶量很小，一般聚集在晶界附近，起到晶界强化的作用。但是，过多的硼会使堆焊层变脆，降低堆焊层的耐磨性。

Nb：铌促进形成NbC的同时可以减小过共晶高铬铸铁组织中先析M₇C₃碳化物的尺寸；此外，铌可作为其它含铬碳化物的异质形核质点，使得过共晶高铬铸铁组织中NbC与M₇C₃碳化物形成共生生长形态，相互交错穿插构筑成耐磨骨架，大幅降低磨损量。此外，适当的B、Nb配比对Nb的固溶量有显著影响，可优化Fe-Cr-C-B-Nb堆焊层的综合性能。

V：钒是强碳化物形成元素，可改变熔体碳浓度分布，且能显著细化晶粒，增加合金韧性。

稀土元素：Ce的添加可使高铬铸铁堆焊合金柱状晶组织得以细化；Ce能够促进M₇C₃碳化物的异质形核，使得碳化物均匀分布，从而在磨损过程中增强堆焊合金抵抗塑性变形和刮擦的能力。

相对于现有技术，本发明所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝具有以下优势：

(1)本发明所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，优化自保护明弧堆焊药芯焊丝的配方，减少焊飞溅、烟尘，堆焊金属不易剥落，提高修复后水泥辊压机挤压辊的使用寿命，降低了修复周期，节省了原料和成本。

(2)本发明所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝采用新型的Fe-C-B-Cr-Nb-V-Ti合金体系，通过Cr、Nb、Mo、V、Ti等多元素形成碳硼化合物的硬质相，提高堆焊金属的硬度和耐磨性；通过稀土氧化物、稀土氟化物、稀土硅铁中的一种或两种组合向堆焊金属添加稀土元素镧或铈，以细化组织，提高了堆焊金属抗剥落和抗应力磨损破坏的能力。而且，还通过调节焊丝中药粉组分含量来控制堆焊金属中C、B、Nb、Cr、V、Mo、Ti等合金组分含量，获得马氏体+残余奥氏体+多元合金复合碳硼物组织，改善硬质相形态和分布，提高挤压辊耐磨粒磨损性能，解决了传统水泥辊压机硬面堆焊层合金易剥离、耐磨性差的问题。

(3)本发明所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝为明弧自保护型焊丝，无需保护气体；堆焊过程电弧稳定、烟尘少，焊后无渣、飞溅小，无需打磨清理，节省时间和人力。

(4)本发明所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝为明弧自保护型焊丝，堆焊三层硬度≥HRC60，较现有焊丝的成本降低了20％，耐磨粒磨损性能提高了1.5倍左右。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：包括药芯和包覆在药芯外侧的低碳调质钢带，所述药芯占焊丝总重量的比例为45％-55％；

所述药芯包括如下重量百分数的组分：

高碳铬铁50％，

石墨2％，

硅添加物5％：75^#硅铁

锰添加物5％：电解锰和高碳锰铁

铌添加物17％：铌粉

钒铁2％，

镍粉2％，

稳弧剂0.5％，

硼添加物1.5％：硼铁

钛添加物6％：钛铁

稀土添加物9％：稀土元素铈的氧化物：氧化铈

所述焊丝的直径为2.8mm。

所述焊丝是将碳钢钢带轧制形成U型槽，将药粉混匀烘烤后加入，并通过轧制、拉拔减径获得。

实施例2

所述药芯包括如下重量百分数的组分：

高碳铬铁60％，

石墨4％，

硅添加物3％：碳化硅和硅锰合金

锰添加物3％：电解锰

铌添加物6％：铌粉和铌铁

钼铁7％，

钒铁3.5％，

稳弧剂3％，

硼添加物0.5％：碳化硼

钛添加物5％：钛铁和碳化钛

稀土添加物5％：镧系稀土氟化物

所述焊丝的直径为3.2mm。

实施例3

所述药芯包括如下重量百分数的组分：

高碳铬铁70％，

石墨5％，

硅添加物1％：75^#硅铁和碳化硅

锰添加物1％：硅锰合金和高碳锰铁

铌添加物5％：铌铁和碳化铌

钼铁2％，

钒铁5％，

镍粉3％，

稳弧剂1％，

硼添加物5％：硼铁和钛硼合金

钛添加物1％：钛铁和碳化钛

稀土添加物1％：稀土硅铁。

所述焊丝的直径为3mm。

试验：

将实施例1-3中制备的药芯焊丝进行堆焊，采用直流反接堆焊，电压28V-34V，电流350A-450A。焊接过程中电弧稳定，烟尘少，飞溅少，焊后无渣。

硬度采用HBRV-187.5型布洛维硬度计测定，每个实施例堆焊层取10个点打硬度，最后得到该实施例堆焊层的平均洛氏硬度值，具体数值如表1。

磨损试验参照JBT 7705标准要求，采用LGM-130干砂橡胶轮式磨损试验机。将每个实施例的堆焊熔敷金属层切5个尺寸为75×25×8(mm)的磨损试样。磨损实验参数如下：橡胶轮直径：229mm，橡胶轮转速：200转/分，橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)，载荷：130N，橡胶轮转数：预磨500转，正式试验转3000转，磨料：50-70目石英砂。堆焊金属的耐磨性能以正式磨损的失重量衡量。在每次实验前后将试样置入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗5-6分钟，待干后称重记录。实验用Q235钢作为对比样，对比件失重量与测量件失重量之比作为堆焊样的相对耐磨性ε，具体数值如表1。

表1实施例1-3堆焊性能表

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：包括药芯和包覆在药芯外侧的低碳调质钢带，所述药芯占焊丝总重量的比例为45％-55％；所述药芯包括如下重量百分数的组分：高碳铬铁50％-70％，石墨2％-5％，硅添加物1％-5％，锰添加物1％-5％，铌添加物5％-20％，钼铁0％-7％，钒铁2％-5％，镍粉0-5％，稳弧剂0.5％-3％，硼添加物0.5％-5％，钛添加物1％-10％，稀土添加物1％-10％。

2.根据权利要求1所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述药芯配方中组分的颗粒度为60目-200目。

3.根据权利要求1所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述硅添加物为75^#硅铁、稀土硅铁、碳化硅、硅锰合金中的两种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述锰添加物为电解锰、硅锰合金、高碳锰铁中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述铌添加物为铌粉、铌铁、碳化铌中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述硼添加物为硼铁、碳化硼、钛硼合金中的一种或两种以上。

7.根据权利要求1所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述钛添加物为钛铁、碳化钛、钛硼合金中的一种或两种以上。

8.根据权利要求1所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述稀土添加物为稀土氧化物、稀土氟化物、稀土硅铁中的一种或两种以上；其中，稀土元素为镧或铈。

9.根据权利要求1所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述焊丝的直径为2.8mm-3.2mm。

10.根据权利要求1所述的用于水泥挤压辊修复的自保护硬面堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述焊丝是将碳钢钢带轧制形成U型槽，将药粉混匀烘烤后加入，并通过轧制、拉拔减径获得。