CN112247393B - 一种用于冷轧轧辊表面的药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，公开了一种用于冷轧轧辊表面的药芯焊丝及其制备方法。所述药芯焊丝包括外皮和填充在所述外皮内的药芯，所述药芯，按重量份数计，包括以下组分：高碳铬铁30‑65份、铌铁15‑45份、镍0.5‑8份、锰3‑9份、锑0.2‑2份、铁2‑5份、石墨2‑5份、75硅铁1‑5份、铜0.1‑2份、铼0.03‑2份、表面活化的碳化硼3‑9份、二氧化钛0.1‑3份、钛酸钾0.3‑5份；所述表面活化的碳化硼是经过NaOH活化处理得到。所述药芯焊丝，应用于冷轧轧辊表面，其宏观硬度高达66HRC，显微硬度高达1239HV，无裂纹，表面磨损量仅为0.1610g；且所述药芯焊丝成本低，所述制备方法简单。

Description

一种用于冷轧轧辊表面的药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种用于冷轧轧辊表面的药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
冷轧轧辊，即冷轧用的轧辊，广义上的冷轧辊包含同轧件接触的工作辊和起支承作用的支承辊。由于支承辊自成体系，冷轧辊经常被狭义地指冷轧工作辊。冷轧辊必须具有足够的强度、硬度和良好的表面质量，以承受极高的轧制力，保证足够的抗磨损能力，满足轧材精度要求。当冷轧辊表面出现损伤，一般采用堆焊技术可以改善表面性能，并使冷轧轧辊具有更长的使用寿命从而降低总的成本。
堆焊是一种常见的表面修复技术和再生制造技术，通过在机械金属零件的表面堆焊一层耐磨合金材料来提高机械金属零件的耐磨性，从而延长设备使用的寿命，进一步提高工作效率。当前，堆焊材料的最大问题体现在加工性能和耐磨性上，无法实现原材料的加工性能与耐磨性能的有机结合。药芯焊丝为焊接材料，其易于操作、好加工，但是其形成的堆焊层的硬度尚不足，且其耐磨性较差，严重其使用寿命缩短，以致于出现反反复复的修复情况，反复修复增加成本的同时也加长了换辊的时间。
因此，亟需提供一种硬度高、耐磨损的药芯焊丝，能够增加冷轧轧辊表面的耐损伤性，延长冷轧轧辊使用寿命。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种硬度高、耐磨损的药芯焊丝，能够增加冷轧轧辊表面的耐损伤性，延长冷轧轧辊使用寿命。
一种药芯焊丝，包括外皮和填充在所述外皮内的药芯，所述药芯，按重量份数计，包括以下组分：
高碳铬铁30-65份、铌铁15-45份、镍0.5-8份、锰3-9份、锑0.2-2份、铁2-5份、石墨2-5份、75硅铁1-5份、铜0.1-2份、铼0.03-2份、表面活化的碳化硼3-9份、二氧化钛0.1-3份、钛酸钾0.3-5份；所述表面活化的碳化硼是经过NaOH活化处理得到。
通过各金属元素的选择，尤其是二氧化钛、钛酸钾的加入，利用钛元素的特殊性质，使药芯焊丝焊接后堆焊层组织致密，晶粒细化，同时钛元素还能与其他元素形成新的硬质相而进一步提高表面硬度；而加入的铼，具有高密度、高沸点、高熔点，晶格类型为六角密集型，与各组分的配合可以进一步提升焊层的耐磨性；经表面活化的碳化硼，粉体表面产生更多的晶体缺陷和不稳定结构，在焊接过程中，更利于与其他组分融合，形成硬质相，提升焊层的机械性能。
优选的，所述药芯，按重量份数计，包括以下组分：
高碳铬铁30-55份、铌铁15-35份、镍0.5-5份、锰3-9份、锑0.2-1份、铁2-5份、石墨2-5份、75硅铁1-3份、铜0.1-1份、铼0.03-2份、表面活化的碳化硼3-9份、二氧化钛0.1-2份、钛酸钾0.3-3份。
优选的，所述NaOH活化处理的过程为：取碳化硼于NaOH溶液中，超声波处理，然后清洗，干燥，即得所述表面活化的碳化硼。
优选的，所述NaOH溶液的浓度为0.5-2mol/L，进一步优选的，所述NaOH溶液的浓度为1-1.5mol/L。
优选的，所述超声波处理的功率为250-500W，所述超声波处理的时间为5-20min。
优选的，所述外皮为钢带；进一步优选的，所述钢带为430钢带。
优选的，所述药芯焊丝中所述外皮与所述药芯的质量比为(1:4)-(1:3)。
优选的，所述高碳铬铁中铬的质量分数为65-70％，碳的质量分数为5-9％。
优选的，所述铌铁中铌的质量分数为50-75％，进一步优选的，所述铌铁中铌的质量分数为65％。
优选的，所述表面活化的碳化硼的粒径为10-50μm；进一步优选的，所述表面活化的碳化硼的粒径为20-50μm。
优选的，所述二氧化钛的粒径为20-60μm；进一步优选的，所述二氧化钛的粒径为30-50μm。
所述药芯焊丝的直径为1.5mm-3.0mm。
一种药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称量高碳铬铁、铌铁、镍、锰、锑、铁、石墨、75硅铁、铜、铼、表面活化的碳化硼、二氧化钛和钛酸钾，混合，制得所述药芯组合物；
(2)将步骤(1)制得的药芯组合物与外皮制成所述药芯焊丝。
优选的，步骤(1)中，所述混合为采用球磨机混合，所述球磨机的转速为200r/min-250r/min，所述球磨的时间为30min-120min。
所述制备方法简单、对设备要求低。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)采用高碳铬铁、铌铁、镍、锰、锑、铁、石墨、75硅铁、铜、铼、表面活化的碳化硼、二氧化钛和钛酸钾，合理配比，是制得的药芯焊丝，应用于冷轧轧辊表面，其宏观硬度高达66HRC，显微硬度高达1239HV，无裂纹，表面磨损量仅为0.1610g，能够延长冷轧轧辊使用寿命。
(2)采用本发明所述药芯焊丝制作钢铁厂冷轧板厂冷轧轧辊表面的耐磨层，不需采用现有的激光熔覆、喷涂重熔等复杂高成本的工艺，只需采用明弧堆焊机焊接表面即可，成本低，只有喷涂镍基自熔合金重熔的三分之一。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
取碳化硼，于1mol/L NaOH溶液中，超声波(400W)处理10min，然后用去离子水洗净，干燥，即得表面活化的碳化硼。
取高碳铬铁(Cr69％，C9％)50份、铌铁(Nb65％)25份、镍3份、锰3份、锑1份、铁3份、石墨3份、75硅铁2份、铜1.2份、铼0.8份、表面活化的碳化硼(粒径为30μm)4份；二氧化钛(粒径为40μm)1.5份、钛酸钾2份，采用球磨机混合，球磨机的转速为200r/min，球磨2h，制得药芯组合物；
将药芯组合物和送入由430钢皮形成的凹槽中，其中，430钢皮与药芯组合物的质量比为1:4；经过合口、多道拉拔后，形成药芯焊丝。
将药芯焊丝采用明弧焊机在冷轧轧辊表面进行明弧堆焊试验，堆焊工艺参数为电弧电压27V，焊接电流220A，焊接速度10mm/s。采用HRC-150型洛氏硬度计进行宏观硬度测定；采用HV-1000型维氏硬度计测量堆焊层组织的显微硬度，试验加载时间为10s，施加载荷为0.1kg，进行多点测量并取平均值作为最终结果。
通过湿橡胶轮式磨损试验机进行磨粒磨损试验：磨料为石英砂，磨损试验参数为:胶轮转速240r/min，胶轮直径150mm，胶轮表面压力1.5MPa，磨损时间3min。磨损前后分别采用分度值为0.1mg的TG328A型分析天平测量试样质量，并计算出试样的磨损质量。
经测试，焊层表面的磨损质量为0.1610g，宏观硬度为66HRC，显微硬度为1239HV，无裂纹。
实施例2
取碳化硼，于1mol/L NaOH溶液中，超声波(400W)处理10min，然后用去离子水洗净，干燥，即得表面活化的碳化硼。
取高碳铬铁(Cr69％，C5％)30份、铌铁(Nb70％)25份、镍3份、锰3份、锑0.2份、铁2份、石墨2份、75硅铁2份、铜0.1份、铼0.03份、表面活化的碳化硼(粒径为10μm)3份；二氧化钛(粒径为50μm)0.2份、钛酸钾0.4份，采用球磨机混合，球磨机的转速为200r/min，球磨2h，制得药芯组合物；
将药芯组合物和送入由430钢皮形成的凹槽中，其中，430钢皮与药芯组合物的质量比为1:4；经过合口、多道拉拔后，形成药芯焊丝。
采用与实施例1相同的焊接方法和测试方法，对制得的药芯焊丝进行性能测试，经测试，焊层表面的磨损质量为0.1712g，宏观硬度为65HRC，显微硬度为1213HV，无裂纹。
实施例3
取碳化硼，于1mol/L NaOH溶液中，超声波(400W)处理10min，然后用去离子水洗净，干燥，即得表面活化的碳化硼。
取高碳铬铁(Cr66％，C9％)65份、铌铁(Nb75％)45份、镍7份、锰8份、锑1份、铁5份、石墨4.5份、75硅铁5份、铜1.8份、铼1.8份、表面活化的碳化硼(粒径为40μm)6份；二氧化钛(粒径为60μm)1.5份、钛酸钾2份，采用球磨机混合，球磨机的转速为200r/min，球磨2h，制得药芯组合物；
将药芯组合物和送入由430钢皮形成的凹槽中，其中，430钢皮与药芯组合物的质量比为1:3；经过合口、多道拉拔后，形成药芯焊丝。
采用与实施例1相同的焊接方法和测试方法，对制得的药芯焊丝进行性能测试，经测试，焊层表面的磨损质量为0.1667g，宏观硬度为65HRC，显微硬度为1217HV，无裂纹。
实施例4
取碳化硼，于1.5mol/L NaOH溶液中，超声波(300W)处理15min，然后用去离子水洗净，干燥，即得表面活化的碳化硼。
取高碳铬铁(Cr69％，C9％)45份、铌铁(Nb55％)25份、镍7份、锰3份、锑1份、铁5份、石墨3份、75硅铁2份、铜1.2份、铼0.8份、表面活化的碳化硼(粒径为30μm)9份；二氧化钛(粒径为20μm)1.5份、钛酸钾0.5份，采用球磨机混合，球磨机的转速为200r/min，球磨2h，制得药芯组合物；
将药芯组合物和送入由430钢皮形成的凹槽中，其中，430钢皮与药芯组合物的质量比为1:4；经过合口、多道拉拔后，形成药芯焊丝。
采用与实施例1相同的焊接方法和测试方法，对制得的药芯焊丝进行性能测试，经测试，焊层表面的磨损质量为0.1632g，宏观硬度为65HRC，显微硬度为1227HV，无裂纹。
实施例5
取碳化硼，于1mol/L NaOH溶液中，超声波(400W)处理10min，然后用去离子水洗净，干燥，即得表面活化的碳化硼。
取高碳铬铁(Cr69％，C9％)65份、铌铁(Nb65％)40份、镍5份、锰3份、锑1份、铁3份、石墨3份、75硅铁2份、铜1.2份、铼2份、表面活化的碳化硼(粒径为30μm)4份；二氧化钛(粒径为40μm)1.5份、钛酸钾2份，采用球磨机混合，球磨机的转速为200r/min，球磨2h，制得药芯组合物；
将药芯组合物和送入由430钢皮形成的凹槽中，其中，430钢皮与药芯组合物的质量比为1:4；经过合口、多道拉拔后，形成药芯焊丝。
采用与实施例1相同的焊接方法和测试方法，对制得的药芯焊丝进行性能测试，经测试，焊层表面的磨损质量为0.1685g，宏观硬度为64HRC，显微硬度为1189HV，无裂纹。
实施例6
取碳化硼，于1mol/L NaOH溶液中，超声波(400W)处理10min，然后用去离子水洗净，干燥，即得表面活化的碳化硼。
取高碳铬铁(Cr69％，C9％)50份、铌铁(Nb65％)25份、镍3份、锰3份、锑1份、铁3份、石墨3份、75硅铁2份、铜1.2份、铼0.8份、表面活化的碳化硼(粒径为80μm)4份；二氧化钛(粒径为80μm)1.5份、钛酸钾2份，采用球磨机混合，球磨机的转速为200r/min，球磨2h，制得药芯组合物；
将药芯组合物和送入由430钢皮形成的凹槽中，其中，430钢皮与药芯组合物的质量比为1:4；经过合口、多道拉拔后，形成药芯焊丝。
采用与实施例1相同的焊接方法和测试方法，对制得的药芯焊丝进行性能测试，经测试，焊层表面的磨损质量为0.1689g，宏观硬度为65HRC，显微硬度为1209HV，无裂纹。
对比例1
取碳化硼，于1mol/L NaOH溶液中，超声波(400W)处理10min，然后用去离子水洗净，干燥，即得表面活化的碳化硼。
取高碳铬铁(Cr69％，C9％)51.8份、铌铁(Nb65％)25份、镍3份、锰3份、铁3份、石墨3份、75硅铁2份、铜1.2份、表面活化的碳化硼(粒径为30μm)4份；二氧化钛(粒径为40μm)1.5份、钛酸钾2份，采用球磨机混合，球磨机的转速为200r/min，球磨2h，制得药芯组合物；
将药芯组合物和送入由430钢皮形成的凹槽中，其中，430钢皮与药芯组合物的质量比为1:4；经过合口、多道拉拔后，形成药芯焊丝。
采用与实施例1相同的焊接方法和测试方法，对制得的药芯焊丝进行性能测试，经测试，焊层表面的磨损质量为0.2410g，宏观硬度为62HRC，显微硬度为1013HV，出现裂纹。
对比例2
取高碳铬铁(Cr69％，C9％)50份、铌铁(Nb65％)25份、镍3份、锰3份、锑1份、铁3份、石墨3份、75硅铁2份、铜1.2份、铼0.8份、碳化硼(粒径为30μm，不经表面活化处理)4份；二氧化钛(粒径为40μm)1.5份、钛酸钾2份，采用球磨机混合，球磨机的转速为200r/min，球磨2h，制得药芯组合物；
将药芯组合物和送入由430钢皮形成的凹槽中，其中，430钢皮与药芯组合物的质量比为1:4；经过合口、多道拉拔后，形成药芯焊丝。
采用与实施例1相同的焊接方法和测试方法，对制得的药芯焊丝进行性能测试，经测试，焊层表面的磨损质量为0.2015g，宏观硬度为62HRC，显微硬度为1102HV，无裂纹。

Claims (11)

1.一种药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝包括外皮和填充在所述外皮内的药芯，所述药芯，按重量份数计，包括以下组分：高碳铬铁30-65份、铌铁15-45份、镍0.5-8份、锰3-9份、锑0.2-2份、铁2-5份、石墨2-5份、75硅铁1-5份、铜0.1-2份、铼0.03-2份、表面活化的碳化硼3-9份、二氧化钛0.1-3份、钛酸钾0.3-5份；所述表面活化的碳化硼是经过NaOH活化处理得到；
所述NaOH活化处理的过程为：取碳化硼于NaOH溶液中，超声波处理，然后清洗，干燥，即得所述表面活化的碳化硼。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯，按重量份数计，包括以下组分：高碳铬铁30-55份、铌铁15-35份、镍0.5-5份、锰3-9份、锑0.2-1份、铁2-5份、石墨2-5份、75硅铁1-3份、铜0.1-1份、铼0.03-2份、表面活化的碳化硼3-9份、二氧化钛0.1-2份、钛酸钾0.3-3份。
3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为0.5-2 mol/L。
4.根据权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为1-1.5 mol/L。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝中所述外皮与所述药芯的质量比为（1:4）-（1:3）。
6.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述高碳铬铁中铬的质量分数为65-70%，碳的质量分数为5-9%。
7.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述铌铁中铌的质量分数为50-75%。
8.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述表面活化的碳化硼的粒径为10-50 μm；所述二氧化钛的粒径为20-60 μm。
9.根据权利要求8所述的药芯焊丝，其特征在于，所述表面活化的碳化硼的粒径为20-50 μm；所述二氧化钛的粒径为30-50 μm。
10.权利要求1-9中任一项所述的药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按配方称量高碳铬铁、铌铁、镍、锰、锑、铁、石墨、75硅铁、铜、铼、表面活化的碳化硼、二氧化钛和钛酸钾，混合，制得所述药芯组合物；
（2）将步骤（1）制得的药芯组合物与外皮制成所述药芯焊丝。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述混合为采用球磨机混合，所述球磨机的转速为200 r/min-250 r/min，所述球磨的时间为30 min-120 min。
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