CN1140379C - 耐高温耐磨蚀的管状焊丝 - Google Patents

Abstract

一种耐高温耐磨蚀的管状焊丝，其特征是该管状焊丝内主要为Fe₃Al金属间化合物合金为基的粉末中加入不同比例的WC、Co和TiC·Cr₃C₂粉末制成，主要成分按重量百分比为：WC＝0～30；Co＝0～10；TiC·Cr₃C₂＝0～40；及平衡量的Fe₃Al金属间化合物合金。该Fe₃Al金属间化合物合金主要成分按重量百分比为：C＝0～0.50；Si＝0.01～0.51；Mn＝0.02～0.50；Cr＝2.0～6.0；Al＝15.0～20.0；B＝0～0.10；Zr＝0～0.15；及平衡量的Fe。该管状焊丝，在热喷涂于机械设备的金属材料表而后，在氧化或硫化及500℃高温中，及其不同粒子冲刷下，皆具有很好的耐蚀性和耐磨性，能大大提高相关机械设备的使用寿命，对材料表面的修复方便，而具经济实用性。

Description

耐高温耐磨蚀的管状焊丝

技术领域

本发明涉及一种管状焊丝，特别涉及一种在高温下具耐磨损、抗腐蚀性能的耐高温耐磨蚀的管状焊丝。

背景技术

在经济建设中，尤其在电力、冶金及基建施工中都大量使用机械设备，而各种机械设备在使用过程中都不同程度的存在金属部件的磨损，因此机械设备的金属部件的耐蚀性和耐磨性决定其机械设备的使用寿命，为此，如何提高机械设备金属部件的耐蚀性及耐磨性是人们非常关注的问题。

以往人们为了改善机械设备的金属部件的耐蚀性及耐磨性，一般是对金属部件进行表面改性，如对不锈钢等结构材料料进行淬火或电镀处理；近年来又有在金属结构材料中添加特殊硬质颗粒的方法，提高其耐蚀性及耐磨性，但这种方法亦造成金属材料韧性的降低。

目前在改进机械设备金属结构材料表面性能工作中，国内外均采用基体金属(Ni，Co，Fe)中加入WC，VC，Y₂O₃(碳化钨，碳化钒，三氧化二钇)以提高金属材料表面的耐蚀性及耐磨性。例如欧洲专利：EP0254324A1介绍利用NiCr-9Al加2Y₂O₃来解决耐蚀性，中国专利CN1174247A、CN1137433A均在Ni、Co基粉末中加入WC以提高耐磨性，而中国专利CN1203283A为改善加入WC带来的脆性问题而改用VC粉末加入。但都没能解决金属结构材料在高温下即抗腐蚀又抗磨损的难题。

有鉴于此，木发明人根据自己从事本行业的实际经验及理沦，经过多次试验，并精心研究开发，终于创造出本发明。

发明内容

本发明是要提供一种耐高温耐磨蚀的管状焊丝，以解决在高温下提高金属材料表面耐腐蚀、耐磨损的技术问题。

解决上述技术问题所采用的技术方案是这样的：

本发明一种耐高温耐磨蚀的管状焊丝，其特征是：该管状焊丝内主要为Fe₃Al金属间化合物合金为基，并加入WC、Co和TiC·Cr₃C₂中至少一种组成；

其中该Fe₃Al金属间化合物合金与WC、Co和TiC·Cr₃C₂的重量百分比为：

WC＝0～30，Co＝0～10，TiC·Cr₃C₂＝40或WC＝0～30，Co＝10，TiC·Cr₃C₂＝0～40或WC＝30，Co＝0～10，TiC·Cr₃C₂＝0～40及平衡量的Fe₃Al金属间化合物合金。

该Fe₃Al金属间化合物合金的主要成分重量百分比为：

C＝0.0025～0.45WT％；

Si＝0.01～0.51WT％

Mn＝0.02～0.50WT％；

Cr＝2.02～5.80WT％；

Al＝15.0～20.0WT％；

B＝0.01～0.10WT％；

Zr＝0.001～0.15WT％；

及平衡量的Fe。

本发明主要是以Fe₃Al金属间化合物合金为基的粉末中加入不同比例的WC、Co和复合碳化物TiC·Cr₃C₂粉末而制成管状焊丝。

本发明的Fe₃Al金属间化合物合金是采用纯金属原料，通过中频感应熔炼，再用氩气保护雾化制成，其主要成分为Fe₃Al金属间化合物，并加工制成粉末后分筛，取150～240目粉末备用；将制成的Fe₃Al金属间化合物合金为基的粉末按不同比例加入WC、Co和TiC·Cr₃C₂粉末而制成不同成分的管状焊丝。

本发明管状焊丝主要元素的作用是：Al(铝)的原子含量为25～35％，即重量百分比为15～20％时，它能形成稳定的Fe₃Al基金属间化合物合金，而合金化是改善它性能的主要方法，Cr(铬)是能提高Fe₃Al金属间化合物室温塑性的合金元素之一，铬还能抑制环境敏感氢脆；Mn(锰)与铬一样能有效改善Fe₃Al金属间化合物合金塑性；Zr(锆)在Fe3Al金属间化合物，中的溶解度极低，但在本发明中少量加入可导至第二相的形成，它们可形成Fe₂Me(Me表示添加的合金元素)或Fe₂Me和MC(金属碳化物)的沉淀析出，可细化Fe₃Al而使Fe₃Al的室温强度和塑性提高；B(硼)能改善Fe₃Al的室温塑性，这是因为通过冶金使它在晶格内均匀分布；C(碳)在冶金过程中，是从原料中进入的，它能形成碳化物，起沉淀强化作用，在碳含量低于0.5％时，Fe₃Al的硬度和强度随碳含量的上升而上升；W(钨)是由于Fe₃Al中加入WC(碳化钨)，在热喷涂于金属材料表面后，形成M₆C(金属碳化物)型碳化物，不仅有沉淀强化效果，亦能细化合金晶粒。

本发明中Al是形成Fe₃Al基金属间化合物合金的主要元素，按三个铁原子与一个铝原子配合形成Fe₃Al金属间化合物，它是一种新型耐蚀材料，该合金中如果含铝的重量百分比大于6％，就有很好的抗氧化性和抗硫化性，又因铁与铝形成的合金成本低廉，它的比重也轻，特别是它的室温与高温硬度很高，所以它是中温或高温的磨蚀、冲刷环境中使用的最佳结构材料；从而解决了在高温(近500℃)情况下提高金属材料表面耐蚀性、耐磨损的技术问题。

本发明由于采用Fe₃Al金属间化合物合金为基，加入不同比例的WC、Co和复合碳化物TiC·Cr₃C₂粉末制成，在热喷涂于材料表面后，在其氧化或硫化环境下，500℃高温中，及其不同粒子冲刷下，皆具有很好的耐蚀性和耐磨性，能延长材料使用寿命，对材料表而的修复具有很好的经济实用性。

附图说明

图1是本发明实施例一KF74D1的显微(×400)硬度压痕形貌图：

图2是本发明实施例二KF74D3的显微(×400)硬度压痕形貌图；

图3是本发明实施例三KF74D5的显微(×400)硬度压痕形貌图。

具体实施方式

本发明的Fe₃Al金属间化合物为基的合金中，Al(铝)的原子含量为25～35％，即重量百分比为15～20％时，能形成稳定的Fe₃Al金属间化合物，具有很好的高温耐磨性、耐蚀性，于高温、氧化、硫化、冲刷环境中使用是最为理想的结构材料。

为了准确制成Fe₃Al金属间化合物合金粉末，按设计配方共有具体实施例三炉(每炉150kg)，三炉配方重量百分比列在表1中。

表1 Fe₃Al金属间化合物合金成分配方(重量百分比)

炉号	C	Si	Mn	Cr	Al	B	2r	Fe
									GA-1	0,0025	0.01	0.02	2.02	15.90	0.01	0.001	平衡量
GA-2	0.36	0.44	0.40	5.52	18.12	0.099	0.005	平衡量
									GA-3	0.45	0.51	0.50	5.80	20.00	0.10	0.15	平衡量

由上述GA-2炉号的配方，通过中频感应熔炼，再用氩气保护雾化制成粉末，然后按管状焊丝不同组成配方加入不同比例的WC、Co和复合碳化物TiC·Cr₃C₂粉末硬质点，这里选取五个具体实施例，具各成分重量百分比列入表2中。

表2 Fe₃Al金属间化合物合金为基的管状焊丝的配方(重量百分比)

试样编号	Fe3Al	WC	CO	TiC·Cr3C2
					KF74D1	60	30	10	-
KF74D2	70	30	-	-
					KF74D3	50	-	10	40
KF74D4	60	-	-	40
					KF74D5	100	-	-	-

这五个具体实施例的室温硬度与500℃高温硬度，通过检测表而硬度，其检测结果，包括维氏硬度(HV)与洛氏硬度(HRC)值列入表3中。

表3管状焊丝热喷涂后表面硬度值

试样编号	室温硬度		500℃硬度
					HV	HRC	HV	HRC
	KF74D1	415	43	252，261，265					26

KF74D2	434	44	-	-
					KF74D3	531	51	428，468，421	45
KF74D4	349	37	-	-
					KF74D5	276	27	176，173，168	9.0

从表3中可明显看出KF74D3实施例在室温与500℃高温硬度最高，而没有加入WC、Co及TiC·Cr₃C₂的KF74D5实施例其室温与高温硬度最低；

其中KF74D1、KF74D3、KF74D5的显微(×400)硬度压痕形貌图分别如图1、2、3所示。

本发明在以下各公司进行了内部试验，其结果皆达到了本发明的预期效果，其试验内容是：

1、宝钢一特钢300吨转炉烟罩及裙罩的耐热、耐磨、抗挂渣涂层；

2、宝钢300吨转炉OG系统3100kW风机转子修复；

3、宝钢二连铸355kW蒸气排风机转子的耐蚀、耐磨，喷涂；

4、马钢三炼钢厂2号新活动烟罩、烟道体喷涂；

5、武钢三炼厂、一炼厂转炉烟罩、尾部烟道、冷却水管表面喷涂；

6、本溪钢厂竖炉风机叶轮喷涂；

7、贵阳清镇电厂5号低温过热器、中上省煤器耐磨防腐喷涂。

以上内部试验结果，均提高了表而耐磨性及耐蚀性，提高了相关机械设备使用寿命。

综上所述，可以看出，本发明的高温耐蚀性、耐磨性明显提高，可以大大提高相关机械设备的使用寿命，而具经济实用性，其功效有明显提高，完全符合发明专利各要件要求，故依法提出发明专利申请。

Claims (2)

1、一种耐高温耐磨蚀的管状焊丝，其特征是：该管状焊丝内主要为Fe₃Al金属间化合物合金为基，并加入WC、Co和TiC·Cr₃C₂中至少一种组成；

其中该Fe₃Al金属间化合物合金与WC、Co和TiC·Cr₃C₂的重量百分比为：

WC＝0～30，Co＝0～10，TiC·Cr₃C₂＝40或WC＝0～30，Co＝10，TiC·Cr₃C₂＝0～40或WC＝30，Co＝0～10，TiC·Cr₃C₂＝0～40及平衡量的Fe₃Al金属间化合物合金。

2、根据权利要求1所述的耐高温耐磨蚀的管状焊丝，其特征是：该Fe₃Al金属间化合物合金的主要成分重量百分比为：

C＝0.0025～0.45WT％；

Si＝0.01～0.51WT％

Mn＝0.02～0.50WT％；

Cr＝2.02～5.80WT％；

Al＝15.0～20.0WT％；

B＝0.01～0.10WT％；

Zr＝0.001～0.15WT％；

及平衡量的Fe。

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