CN110814570A - 一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝,由外皮和药芯组成,所述药芯由以下原料制备得到:每100重量份药芯中包括:碳化铬、钼铁、铌铁、镍、锰、钛铁、铝镁合金、稀土硅铁和铁。本申请提供的型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝,其在Cr5合金系中合理调整Mo、Nb、Ni、N、RE等合金比例,通过微合金化以及合金原料含量的配比,保证了堆焊层合金具有高硬度、高耐磨性的同时,还具有很好的韧性和耐冷热疲劳性能。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域,尤其涉及一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝。
背景技术
轧辊是轧钢生产的主要消耗备件之一,随着冶金技术的发展,轧钢种类增多以及轧钢速度和自动化程度的提高,对轧辊的质量特别是轧辊的强度、韧性、耐磨性也提出了更高的要求。近些年,轧辊材质发展趋势是向高合金、多元合金发展,因此也增加了轧辊制造的难度。
利用磨损报废的轧辊进行堆焊复合制造是一种绿色环保、节能利费的、很有价值的项目,这一技术随着药芯焊丝、埋弧焊设备及埋弧焊工艺的广泛应用,在各个钢厂均得到了较快的发展和应用。
堆焊修复冶金热轧辊用的药芯焊丝多采用Cr5、Cr13基合金系,再添加不同的Mo、W、V、Co、Nb等合金来强化,堆焊层硬度HRc50左右,堆焊辊上机后基本能满足轧机工作要求,但堆焊层耐磨性不理想,主要是堆焊层强韧性不足;这是因为堆焊工作层硬度>50HRc时,材料的韧性就会大大下降,辊子在堆焊或在使用过程中就极易产生裂纹或剥落掉块。
如何解决Cr5、Cr13系堆焊材料强韧性问题是堆焊材料研究者面临的一道难题。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高硬度、高耐磨和高韧性的热轧辊堆焊用药芯焊丝。
本申请提供了一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝,其由碳化铬、钼铁、铌铁、镍、锰、钛铁、铝镁合金、稀土硅铁和铁制备得到;该种药芯焊丝采用C、Cr、Mo、Nb、N强化,获得的堆焊层组织为高碳马氏体基加弥散均匀分布碳、氮化物和少量铁素体,组织纯净度高、晶粒细小、均匀,因此该药芯焊丝使得堆焊层合金具有硬度高、耐磨性、耐冷热疲劳性能好以及抗裂性优良的优点。用该焊丝堆焊的热轧轨梁辊过钢量达5.7万吨,是普通Cr5系合金的2~3倍(如图1、图2所示)。
附图说明
图1为利用比较例4制作的药芯焊丝堆焊的轨梁BD1辊第三孔位置磨损失效照片(过钢2.0万吨);
图2为利用本发明实施例2制作的药芯焊丝堆焊的轨梁BD1辊第三孔位置磨损失效照片(过钢5.7万吨);
图3为本发明实施例2制作的焊丝堆焊层的微观组织照片。
具体实施方式
针对现有技术中Cr5、Cr13系堆焊材料强韧性问题,本申请提供了一种适用于型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝,其在Cr5合金系中合理调整Mo、Nb、Ni、N、RE等合金比例,通过微合金化以及合金原料的调整,在保证堆焊层合金具有高硬度、高耐磨性的同时,还具有很好的韧性和耐冷热疲劳性能。具体的,本申请所述型钢粗轧工作辊堆焊修复用的高硬度、高韧性合金药芯焊丝,由外皮和药芯组成,所述药芯由以下原料制备得到:每100重量份药芯中包括:
对于本领域技术人员熟知的,所述药芯焊丝由外皮和药芯组成,药芯焊丝是通过焊丝成型机“O”型搭接成型后利用直线多道拔丝装置拔制而成。在本申请中,所述药芯焊丝的直径为2.4mm、2.8mm、3.2mm或4.0mm。所述外皮为本领域技术人员熟知的外皮,更具体的,本申请中所述外皮为低碳钢H08E钢带,其厚度为0.5~0.8mm,宽度为12~16mm。
具体的,本申请所述药芯由以下原料制备得到:碳化铬、钼铁、铌铁、镍、锰、钛铁、铝镁合金、稀土硅铁和铁。
其中,碳化铬的含量为15~25重量份,在具体实施例中,所述碳化铬的含量为18~23重量份,在具体实施例中,所述碳化铬的含量为20~22重量份。所述碳化铬中C的含量为12~14wt%,Cr的含量为84~87wt%,P<0.025wt%,S<0.025wt%。所述碳化铬的粒度为120~200目。
钼铁的含量为5~7重量份,具体的,所述钼铁的含量可以为5.2重量份、5.4重量份、5.9重量份、6.0重量份、6.4重量份或6.7重量份。所述钼铁中Mo的含量为60~65wt%,P<0.025wt%,S<0.025wt%。所述钼铁的粒度为120~200目。
铌铁的含量为12~18重量份,具体的,所述铌铁的含量为14~17重量份。所述铌铁中Nb的含量为60~70wt%,P<0.025wt%,S<0.025wt%。所述铌铁的粒度为160~300目。
所述镍即为金属镍,其含量为0.5~1.0重量份,具体的,所述镍的含量为0.6~0.9重量份,在具体实施例中,所述镍的含量为0.7~0.8重量份。
所述锰即为金属锰,其含量为5~7重量份,具体的,所述锰的含量为5.3重量份、5.5重量份、5.9重量份或6.5重量份。
所述钛铁的含量为4~6重量份,具体的,所述钛铁的含量为4.3重量份、4.8重量份、5.5重量份、5.8重量份或5.9重量份。
所述铝镁合金的含量为1~2重量份,具体的,所述铝镁合金的含量为1.3重量份、1.5重量份或1.8重量份。
所述稀土硅铁的含量为1~2重量份,具体的,所述稀土硅铁的含量为1.2重量份、1.5重量份、1.6重量份、1.8重量份或1.9重量份。
上述组分作为制备药芯的原料,在上述组分的基础上所述药芯中的成分具体为:C的含量为0.60~0.80wt%,Si的含量为0.90~1.05wt%,Mn的含量为1.10~1.30wt%,Cr的含量为5.50~7.00wt%,Ni的含量为0.50~0.70wt%,Mo的含量为2.00~2.20wt%,Nb的含量为2.10~4.50wt%,RE的含量<1.5wt%,Fe为余量。
上述成分中,(Cr+Mo)/Nb=2.5~3.0效果最好,当(Cr+Mo)/Nb>3时,Nb的强化效果不足,而当(Cr+Mo)/Nb<2.5时,合金中的碳被Nb夺走,NbC增多而W7C3大大减少,堆焊合金硬度反而降低。
本申请中,所述药芯焊丝中所述药芯的含量为30~40wt%,更具体的,所述药芯的含量为32~37wt%。
利用本申请上述药芯焊丝进行堆焊,药芯焊丝与高碱度焊剂匹配,得到的堆焊层中P、S、O、H含量低,组织为高碳马氏体基加弥散均匀分布碳、氮化物和少量铁素体(如图3所示),由图3可知,微观组织的晶粒细小均匀、夹杂物直径小数量少,因此,堆焊层韧性高、高温稳定性好。实验结果表明,经过520~550℃回火后堆焊层硬度≥52HRc。
为了进一步理解本发明,下面结合具体实施例对本发明提供的药芯焊丝进行详细说明。本申请的保护范围不受实施例的限制。
实施例
按表1中比较例和实施例的化学成分调配各种合金原料比例(重量份),由此原料具体为:
实施例1:碳化铬为22,钼铁为6.7,铌铁为17,金属镍0.7,金属锰5.5,钛铁为4.5,铝镁粉1.5,稀土硅铁1.5和铁粉40.6;
实施例2:碳化铬为21,钼铁6.4,铌铁15,金属镍0.8,金属锰5.3,钛铁为5.0,铝镁粉1.5,稀土硅铁1.5和铁粉43.5;
实施例3:碳化铬20,钼铁5.9,铌铁为14,金属镍0.8,金属锰为5.9,钛铁为5.5,铝镁粉为1.8,稀土硅铁1.3和铁粉44.8;
对比例1:高碳铬20、钼铁6、镍1、钨铁5、锰6、钛铁4、铝镁合金1.0、稀土硅铁1.2和铁粉55.8;
对比例2:高碳铬24、钼铁5、镍6、钨铁7、钒铁5、锰5、钛铁3、铝镁合金1.2、稀土硅铁1和铁粉42.8;
对比例3:高碳铬22、钼铁5、镍2.5、钨铁4、钒铁4、锰5、钛铁4、铝镁合金1、稀土硅铁1和铁粉51.5;
对比例4:高碳铬38、金属铬10、钼铁7、钴5、锰6、钛铁3、铝镁合金1.5、稀土硅铁1.2和铁粉28.3;
对比例5:高碳铬22、金属铬2、钼铁5、镍4、钨铁7、钒铁5、锰5、钛铁4、铝镁合金1.2、稀土硅铁1和铁粉43.8;
对比例6:高碳铬24、金属铬2、钼铁7、钨铁6、锰4、钛铁5、铝镁合金1.5、稀土硅铁1.2和铁粉49.3;
对比例7:高碳铬22、钼铁16、钴10、钨铁10、钒铁7、锰5、钛铁4、铝镁合金1.2、稀土硅铁1和铁粉24.8;
对比例8:高碳铬23、钼铁5、铌14、锰6、钛铁4、铝镁合金1.5、稀土硅铁1和铁粉45.5;
对比例9:高碳铬22、钼铁5、铌25、锰5、钛铁4、铝镁合金1.5、稀土硅铁1和铁粉36.5;
对比例10:高碳铬24、钼铁15、锰4、钛铁5、铝镁合金1.5、稀土硅铁1.5和铁粉49;
原料调配后按照现有技术的方法将其拉拔制成φ3.2mm的药芯焊丝:
表1药芯焊丝成分调整数据表
将实施例与比较例制备的药芯焊丝按照表2的规范焊制试板,得到不同的堆焊合金,检测其性能,检测结果如表3所示;
表2实施例与比较例制备的药芯焊丝堆焊的相关参数数据表
表3实施例与对比例制备的堆焊合金的性能数据表
由表3可知,随着铌的加入量增加,堆焊合金强化明显,堆焊层硬度得到提高,但在Cr、Mo、Nb合金系中当(Cr+Mo)/Nb=2.5~3.0最好,当(Cr+Mo)/Nb>3时,Nb的强化效果不足,而当(Cr+Mo)/Nb<2.5时,合金中的碳被Nb夺走,NbC增多而W7C3大大减少,堆焊合金硬度反而降低。
按实施例2制作的药芯焊丝为包钢轨梁厂堆焊的轨梁BD1轧辊上机应用取得满意结果,过钢量达到5.7万吨(如图2所示);比较例4过钢2.0万吨(如图1所示),不仅大大降低了辊耗也使轧钢生产效率提高7%。
Claims (8)
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于,所述药芯为所述药芯焊丝的30~40wt%。
3.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于,所述碳化铬中C的含量为12~14wt%,Cr的含量为84~87wt%,P<0.025wt%,S<0.025wt%;所述钼铁中Mo的含量为60~65wt%,P<0.025wt%,S<0.025wt%;所述铌铁中Nb的含量为60~70wt%,P<0.025wt%,S<0.025wt%。
4.根据权利要求1或3所述的药芯焊丝,其特征在于,所述碳化铬的粒度为120~200目,所述钼铁的粒度为120~200目,所述铌铁的粒度为160~300目。
5.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于,所述外皮为低碳钢H08A钢带,厚度为0.5~0.8mm,宽度为12~16mm。
6.根据权利要求5所述的药芯焊丝,其特征在于,所述药芯焊丝的直径为2.4mm、2.8mm、3.2mm或4.0mm。
7.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于,所述药芯中C的含量为0.60~0.80wt%,Si的含量为0.90~1.05wt%,Mn的含量为1.10~1.30wt%,Cr的含量为5.50~7.00wt%,Ni的含量为0.50~0.70wt%,Mo的含量为2.00~2.20wt%,Nb的含量为2.10~4.50wt%,RE的含量<1.5wt%,Fe为余量。
8.根据权利要求7所述的药芯焊丝,其特征在于,(Cr+Mo)/Nb为2.5~3.0。
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