CN111618473A - 一种篦条用超高耐磨药芯焊丝 - Google Patents

一种篦条用超高耐磨药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述药芯焊丝包括低碳冷轧钢带以及药粉，按照占所述药芯焊丝总质量的百分比计，所述药粉的组成包括：高碳铬铁合金粉18～25％、高碳锰铁合金粉2～3％、硅铁合金粉0～1％、铌铁粉6～8％、钨铁粉2～3％、钛铁粉1～3％、钼铁粉8～12％以及微晶石墨粉2～5％。所述篦条用超高耐磨药芯焊丝对篦条表面进行堆焊修复，通过添加Cr、Mo、Nb合金元素来提高高温耐磨性能，通过添加Ti和W元素形成极硬碳化物，极大程度上提高耐磨性和高温硬度；耐磨层在具备优良的耐磨性能的同时，还能保持良好的韧性、耐腐蚀性和耐冲击性。

Description

一种篦条用超高耐磨药芯焊丝
技术领域
本发明属于金属材料表面修复技术领域，涉及一种药芯焊丝，尤其涉及一种篦条用超高耐磨药芯焊丝。
背景技术
磨损是装备部件失效的主要形式之一。篦条是烧结机上的主要部件，属易损件，其使用寿命的长短直接影响烧结机的生产作业率和烧结矿的生产成本。烧结机篦条的工作条件十分恶劣，温度变化大，烧结时篦条的温度一般为800℃～1000℃，而卸料后在空气中冷却温度快速降为100℃～300℃，常在含有复杂气体和水蒸气的介质中工作，使用过程中还要受到烧结矿的撞击和摩擦，因而很容易产生裂纹和磨损失效。篦条是烧结设备的主要易损件，而其使用性能又直接影响烧结机的生产作业率和烧结矿的生产成本，因此选择性能较好的耐磨焊丝对其进行表面修复堆焊极其重要。
目前，耐磨类药芯焊丝要求高硬度、高耐磨性能，一般通过提高堆焊层的碳含量来提高焊层硬度的方式进行，钢的性能与组织很大程度上取决于钢中碳含量及碳化物的分布形式。堆焊层金属中碳含量的增加一方面以固溶形式提高钢的强度，另一方面是与其他元素结合，形成碳化物，提高钢的硬度及耐磨性。但是碳含量的增加会使塑性、韧性降低，同时碳量高还会降低材料的耐大气腐蚀能力，增加冷脆性和失效敏感性。
CN 109551135 A公开了一种磨药芯焊丝，所述焊丝外皮是H08A材料制作的，所述粉芯包括以下组分：高碳铬铁、钛铁、钒铁、磷铁、锰铁、硅铁、石墨、铝粉和铁粉，钛铁粉占药芯总重量的48～56％，铬铁粉占药芯总重量的28～31％，焦粉占药芯总重量的1～1.5％、硅铁粉占药芯总重量的5～6％，硅锰合金粉占药芯总重量的5～8％，铌粉占药芯总重量的1～4％，堆焊层表面平均宏观硬度达到61.1HRC，达到了耐磨堆焊合金的硬度要求。
CN 108907501 A公开了一种耐磨焊丝，包含的组分及其重量百分比为：铬：10.00％～40.00％；碳：3.00％～8.00％；锰：0.50％～4.00％；硅：0.40％～3.50％；硼：0.10％～2.50％；钒：0.10％～2.00％；镍：0.05％～0.50％；铌：0.20％～1.00％；钼：0.10％～0.50％；余量为铁；该焊丝克服了传统焊丝成本高、耐磨强度低的缺陷；添加少量成本较低的钒，利于耐磨焊丝合金化；将C含量提高，改善了焊丝的耐磨性能，提高了堆焊合金的耐磨强度；提供了该耐磨焊丝的制备方法；通过初级混合与深度混合，提高了堆焊合金的耐磨强度，延长了使用寿命。
其他同类型篦条堆焊焊丝只在常温下保持高硬度状态，在高温环境下难以保持，使堆焊后的部件在实际高温工作环境中失效，缩短使用周期，严重的造成生产事故。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，所述篦条用超高耐磨药芯焊丝对篦条表面进行堆焊修复，通过添加Cr、Mo、Nb来提高高温磨损性能，通过添加Ti和W元素形成极硬碳化物，极大程度上提高耐磨性和高温硬度；耐磨层在具备优良的耐磨性能的同时，还能保持良好的韧性、耐腐蚀性和耐冲击性。
为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述药芯焊丝包括低碳冷轧钢带以及药粉，按照占所述药芯焊丝总质量的百分比计，所述药粉的组成包括：高碳铬铁合金粉18～25％、高碳锰铁合金粉2～3％、硅铁合金粉0～1％、铌铁粉6～8％、钨铁粉2～3％、钛铁粉1～3％、钼铁粉8～12％以及微晶石墨粉2～5％。
其中，高碳铬铁合金粉的质量百分比可以是19％、20％、21％、22％、23％或24％等，高碳锰铁合金粉的质量百分比可以是2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％或2.9％等，硅铁合金粉的质量百分比可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％或0.9％等，铌铁粉的质量百分比可以是6.2％、6.5％、6.8％、7％、7.2％、7.5％或7.8％等，钨铁粉的质量百分比可以是2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％或2.9％等，钛铁粉的质量百分比可以是1.2％、1.5％、1.8％、2.0％、2.2％、2.5％或2.8％等，钼铁粉的质量百分比可以是8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％或11.5％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，耐磨层组织形貌为马氏体基体上弥散分布的高硬度碳化物。由于高碳和高合金的合理匹配，堆焊层金属含有大量的合金碳化物(MC、M3C2、M7C3)。初生碳化铬呈纤维状分布在奥氏体基体中，且与磨损方向垂直，提高堆焊层耐磨性；铌铁、钛铁优先与C结合形成(Nb，Ti)C复合硬质耐磨相，且弥散分布，从而使组织得以细化，增加堆焊金属强韧性。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出的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。并且，(Nb，Ti)C复合碳化物比(Cr、Fe)7C3碳化物具有更高的硬度和热稳定性，提高堆焊金属的硬度和耐磨性。
本发明中，使用的低碳冷轧钢带为本领域药芯焊丝的常用原料，因此其具体组成在此不再赘述。
作为本发明优选的技术方案，所述高碳铬铁合金粉中碳的含量为5～10wt％，铬的含量为65～75wt％，优选地碳的含量为8wt％，铬的含量为70wt％。
其中，碳的含量可以是5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％或9.5wt％等，铬的含量可以是66wt％、67wt％、68wt％、69wt％、70wt％、71wt％、72wt％、73wt％或74wt％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述高碳锰铁合金粉中碳的含量为5～10wt％，锰的含量为70～80wt％，优选地碳的含量为8wt％，锰的含量为75wt％。
其中，碳的含量可以是5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％或9.5wt％等，锰的含量可以是71wt％、72wt％、73wt％、74wt％、75wt％、76wt％、77wt％、78wt％或79wt％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述硅铁合金粉中硅的含量为70～80wt％，如71wt％、72wt％、73wt％、74wt％、75wt％、76wt％、77wt％、78wt％或79wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为75wt％。
作为本发明优选的技术方案，所述铌铁粉中铌的含量为60～70wt％，如61wt％、62wt％、63wt％、64wt％、65wt％、66wt％、67wt％、68wt％或69wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为65wt％。
作为本发明优选的技术方案，所述钨铁粉中钨的含量为70～80wt％，如71wt％、72wt％、73wt％、74wt％、75wt％、76wt％、77wt％、78wt％或79wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为75wt％。
优选地，所述钛铁粉中钛的含量为65～75wt％，如66wt％、67wt％、68wt％、69wt％、70wt％、71wt％、72wt％、73wt％或74wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为70wt％。
作为本发明优选的技术方案，所述钼铁粉中钼的含量为55～65wt％，如56wt％、57wt％、58wt％、59wt％、60wt％、61wt％、62wt％、63wt％或64wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为60wt％。
优选地，所述微晶石墨粉中碳的含量大于98wt％，如98.5wt％、99wt％、99.5wt％或99.9wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述高碳铬铁合金粉、高碳锰铁合金粉、硅铁合金粉、铌铁粉、钨铁粉、钛铁粉、钼铁粉以及微晶石墨粉的粒度分别独立地为60～200目，如70目、80目、90目、100目、120目、150目或180目等，且160～200目的含量不超过20wt％，如1wt％、2wt％、5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、15wt％或18wt％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述药芯焊丝中药粉的装填系数为45～55％，如46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％或54％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述药芯焊丝的线径Φ为2.8～3.2mm，如2.85mm、2.9mm、2.95mm、3.0mm、3.05mm、3.1mm或3.15mm等，并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述药芯焊丝具有高硬度，室温下硬度达到HRC62～69，高温环境下仍然具有良好的硬度；
(2)本发明提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述药芯焊丝具有优异的韧性以及耐冲击性能；
(3)本发明提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述药芯焊丝磨损机理为磨削磨损，磨损过程避免堆焊层大面积掉块和剥落；
(4)本发明提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述药芯焊丝使用寿命长，平均上线工作时间由3个月延长至至少6个月。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述所述药芯焊丝包括低碳冷轧钢带以及药粉，按照占所述药芯焊丝总质量的百分比计，所述药粉的组成包括：高碳铬铁合金粉21％、高碳锰铁合金粉2.5％、硅铁合金粉1％、铌铁粉7.6％、钨铁粉2.6％、钛铁粉1.8％、钼铁粉10％、微晶石墨粉3％。装填系数为49.5％。
高碳铬铁合金粉要求碳含量为8％，铬含量为70％；高碳锰铁合金粉要求碳含量为8％，锰含量为75％；硅铁合金粉硅含量为75％，铌铁粉含铌量为65％，钨铁粉含钨量为75％，钛铁粉含钛量为70％，钼铁粉含钼量为60％，微晶石墨粉含碳量98％以上。
对所述药芯焊丝的硬度进行测试，其结果为HRC65.0±2.2。
进行G65干式石英砂橡胶轮磨粒磨损实验，石英砂颗粒度为60-90目，加载载荷为150KN，测试时间10分钟，磨损失重量为其他同类产品的64.2％。
2017年此实施例首次上线应用，寿命就达到4个月以上；其后经过分析设计，堆焊修复后的篦条寿命可达6个月以上，使用过程没有发生掉块，明显优于他厂产品。
实施例2
本实施例提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述所述药芯焊丝包括低碳冷轧钢带以及药粉，按照占所述药芯焊丝总质量的百分比计，所述药粉的组成包括：高碳铬铁合金粉22％、高碳锰铁合金粉2.5％、硅铁合金粉0.5％、铌铁粉7.5％、钨铁粉2.2％、钛铁粉2.1％、钼铁粉9.5％、微晶石墨粉3.5％。装填系数49.5％。
高碳铬铁合金粉要求碳含量为8％，铬含量为70％；高碳锰铁合金粉要求碳含量为8％，锰含量为75％；硅铁合金粉硅含量为75％，铌铁粉含铌量为65％，钨铁粉含钨量为75％，钛铁粉含钛量为70％，钼铁粉含钼量为60％，微晶石墨粉含碳量98％以上。
对所述药芯焊丝的硬度进行测试，其结果为HRC66.1±2.2。
控制锰硅含量比与实施例1不变，锰硅联合脱氧效果最佳状态。
进行G65干式石英砂橡胶轮磨粒磨损实验，石英砂颗粒度为60-90目，加载载荷为150KN，测试时间10分钟，磨损失重量为其他同类产品的62.7％。
实施例3
本实施例提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述所述药芯焊丝包括低碳冷轧钢带以及药粉，按照占所述药芯焊丝总质量的百分比计，所述药粉的组成包括：高碳铬铁合金粉24％、高碳锰铁合金粉2.5％、硅铁合金粉0.5％、铌铁粉6.6％、钨铁粉2.2％、钛铁粉2.5％、钼铁粉9％、微晶石墨粉3％。装填系数50.3％。
高碳铬铁合金粉要求碳含量为8％，铬含量为70％；高碳锰铁合金粉要求碳含量为8％，锰含量为75％；硅铁合金粉硅含量为75％，铌铁粉含铌量为65％，钨铁粉含钨量为75％，钛铁粉含钛量为70％，钼铁粉含钼量为60％，微晶石墨粉含碳量98％以上。
对所述药芯焊丝的硬度进行测试，其结果为HRC65.4±2.8。
进行G65干式石英砂橡胶轮磨粒磨损实验，石英砂颗粒度为60-90目，加载载荷为150KN，测试时间10分钟，磨损失重量为其他同类产品的63.7％。
实施例4
本实施例提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述所述药芯焊丝包括低碳冷轧钢带以及药粉，按照占所述药芯焊丝总质量的百分比计，所述药粉的组成包括：高碳铬铁合金粉18％、高碳锰铁合金粉3％、硅铁合金粉0.6％、铌铁粉8％、钨铁粉3％、钛铁粉3％、钼铁粉11.5％、微晶石墨粉5％。装填系数52.1％。
高碳铬铁合金粉要求碳含量为9％，铬含量为75％；高碳锰铁合金粉要求碳含量为5％，锰含量为70％；硅铁合金粉硅含量为70％，铌铁粉含铌量为60％，钨铁粉含钨量为65％，钛铁粉含钛量为65％，钼铁粉含钼量为55％，微晶石墨粉含碳量98％以上。
对所述药芯焊丝的硬度进行测试，其结果为HRC66.4±2.5。
进行G65干式石英砂橡胶轮磨粒磨损实验，石英砂颗粒度为60-90目，加载载荷为150KN，测试时间10分钟，磨损失重量为其他同类产品的62.8％。
实施例5
本实施例提供一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，所述所述药芯焊丝包括低碳冷轧钢带以及药粉，按照占所述药芯焊丝总质量的百分比计，所述药粉的组成包括：高碳铬铁合金粉25％、高碳锰铁合金粉2％、硅铁合金粉0.3％、铌铁粉6.2％、钨铁粉2％、钛铁粉1.3％、钼铁粉8％、微晶石墨粉2.3％。装填系数47.1％。
高碳铬铁合金粉要求碳含量为5％，铬含量为65％；高碳锰铁合金粉要求碳含量为10％，锰含量为80％；硅铁合金粉硅含量为80％，铌铁粉含铌量为70％，钨铁粉含钨量为75％，钛铁粉含钛量为75％，钼铁粉含钼量为65％，微晶石墨粉含碳量98％以上。
对所述药芯焊丝的硬度进行测试，其结果为HRC64.3±2.7。
进行G65干式石英砂橡胶轮磨粒磨损实验，石英砂颗粒度为60-90目，加载载荷为150KN，测试时间10分钟，磨损失重量为其他同类产品的65.2％。
对比例1
本对比例提供一种篦条用药芯焊丝，所述药芯焊丝除了将铌铁粉替换为等质量的钛铁粉外其余条件均与实施例1相同。
除(Cr、Fe)7C3碳化物外，堆焊层金属中只生成TiC碳化物，无硬度更高的复合型碳化物形成，且晶粒尺寸变大，硬度降低，耐磨性下降，高温硬度不佳。
对比例2
本对比例提供一种篦条用药芯焊丝，所述药芯焊丝除了将钨铁粉替换为等质量的高碳铬铁粉外其余条件均与实施例1相同。
堆焊后焊层仍具有较高硬度和耐磨性能，但高温硬度下降严重，即室温高硬度状态难以在高温下保持，不能满足实际工作环境需要。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种篦条用超高耐磨药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝包括低碳冷轧钢带以及药粉，按照占所述药芯焊丝总质量的百分比计，所述药粉的组成包括：高碳铬铁合金粉18～25％、高碳锰铁合金粉2～3％、硅铁合金粉0～1％、铌铁粉6～8％、钨铁粉2～3％、钛铁粉1～3％、钼铁粉8～12％以及微晶石墨粉2～5％。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述高碳铬铁合金粉中碳的含量为5～10wt％，铬的含量为65～75wt％，优选地碳的含量为8wt％，铬的含量为70wt％。
3.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述高碳锰铁合金粉中碳的含量为5～10wt％，锰的含量为70～80wt％，优选地碳的含量为8wt％，锰的含量为75wt％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的药芯焊丝，其特征在于，所述硅铁合金粉中硅的含量为70～80wt％，优选为75wt％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的药芯焊丝，其特征在于，所述铌铁粉中铌的含量为60～70wt％，优选为65wt％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钨铁粉中钨的含量为70～80wt％，优选为75wt％；
优选地，所述钛铁粉中钛的含量为65～75wt％，优选为70wt％。
7.根据权利要求1～6任一项所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钼铁粉中钼的含量为55～65wt％，优选为60wt％；
优选地，所述微晶石墨粉中碳的含量大于98wt％。
8.根据权利要求1～7任一项所述的药芯焊丝，其特征在于，所述高碳铬铁合金粉、高碳锰铁合金粉、硅铁合金粉、铌铁粉、钨铁粉、钛铁粉、钼铁粉以及微晶石墨粉的粒度分别独立地为60～200目，且160～200目的含量不超过20wt％。
9.根据权利要求1～8任一项所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝中药粉的装填系数为45～55％。
10.根据权利要求1～9任一项所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的线径Φ为2.8～3.2mm。
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