CN114571136A - 用于轧辊修复的药芯焊丝及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于轧辊修复的药芯焊丝及制备方法，所述药芯焊丝包括外皮和药芯，外皮为低碳钢带，药芯由下述质量百分比的组分组成：高碳铬铁12～32％、微碳铬铁1.8～4.6％、电解金属锰2.4～4.1％、金属钼2.2～4.5％、钒铁0.5～6.2％、电解镍粉1.2～2.5％、钇基重稀土硅铁合金4～6％、铌铁5.0～10％、还原性铁粉20～50％、活性剂6～12％，其中，药粉填充率为20～50％。本发明所述用于轧辊修复的药芯焊丝具有焊后堆焊金属性能优良，有很好的高温强度、高温硬度且性能稳定的优点，解决了原有技术修复后轧制量不高、使用寿命短的问题。

Description

用于轧辊修复的药芯焊丝及制备方法

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及用于轧辊修复的药芯焊丝及制备方法。

背景技术

轧辊是在轧制生产中要与所轧金属直接接触，使金属产生塑性变形，因此它是轧机的主要变形工具，更是轧机大型消耗性部件，它所产生的费用在钢厂备件消耗费及流动资金中占很大的比例。因轧辊工况恶劣，承受负荷大，磨损严重，故障机理复杂，所以世界各国的钢厂都要在寻求、追求高质量的轧辊。经统计，以轨梁950轧辊、BD1轧辊(均为开坯辊)为例，其新辊的平均轧制量在正常情况下为7000～8000t/次。为提高单次轧制量，有的钢厂对其进行激光表面强化处理，平均轧制量可达12000～15000t/次，以此来降低辊耗、生产成本、提高轧件质量。因轧制量不高，钢厂仍需要购买大量的新辊，资金压力巨大。所以，努力降低轧制辊耗是降低生产成本的一条重要的有效途径。通常，钢厂都采用对报废轧辊进行堆焊修复的方法来降低辊耗。

由于堆焊是指将具有一定使用性能的合金材料借助一定的热源手段熔敷在母体材料的表面，以赋予母材特殊使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。堆焊是焊接领域的一个分支，它与一般焊接方法不同，不是为了连接工件、简单的尺寸恢复，而是对工件表面进行改性，以获得所需的耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能的熔敷层，恢复工件因磨损或加工失误造成的不足，这在表面工程学上称为强化与修复。一般从两个方面来解决这个问题：一、对旧辊实施再生修复处理，提高利用率，降低生产成本和辊耗；二、通过合金化等手段提高辊面材质的硬度与耐磨性，主要是通过复合制造延长其的使用寿命。基于堆焊技术的特殊作用，国内外的钢厂通常采用埋弧堆焊的方法来对其进行堆焊修复。传统的堆焊修复是将已使用至其最小直径才考虑对其进行修复，由最小使用直径堆焊至材料、工艺、设备能达到的允许的厚度。本质上讲，这只是对轧辊进行简单的尺寸恢复，达不到强化修复的目标，即增寿型的目的。由于各企业在堆焊材料、堆焊工艺上的差别，轧辊修复后的效果千差万别，同类轧辊的轧制量只能达到原新辊过钢量的80％～100％，最高的也小于15000吨/次，根本达不到用方对高耐磨性、高轧制量的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供用于轧辊修复的药芯焊丝，其具有焊后堆焊金属性能优良，有很好的高温强度、高温硬度且性能稳定的优点，以解决原有技术修复后轧制量不高、使用寿命短的问题。

此外，本发明还提供上述用于轧辊修复的药芯焊丝的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

用于轧辊修复的药芯焊丝，所述药芯焊丝包括外皮和药芯，外皮为低碳钢带，药芯由下述质量百分比的组分组成：高碳铬铁12～32％、微碳铬铁1.8～4.6％、电解金属锰2.4～4.1％、金属钼2.2～4.5％、钒铁0.5～6.2％、电解镍粉1.2～2.5％、钇基重稀土硅铁合金4～6％、铌铁5.0～10％、还原性铁粉20～50％、活性剂6～12％，其中，药粉填充率为20～50％。

就本发明所述药芯焊丝的外皮而言，优选外皮的低碳钢带为H08A低碳优质钢带，其中，S和P的含量越低越好。就药芯而言，其各个组分的说明如下：

一、高碳铬铁和微碳铬铁：铬铁按不同含碳量分为高碳铬铁、中碳铬铁、低碳铬铁、微碳铬铁等。本发明主要用高碳铬铁和微碳铬铁，高碳铬铁主要是保证焊缝的足够的铬和碳，其中，铬具有质硬、耐磨、耐高温、抗腐蚀等特性，碳主要是保证与Cr、MO、V等合金形成足够的碳化物，生成硬质相。加入微碳铬铁主要是用于调整铬、碳的化学成分。

二、电解金属锰：锰在焊接过程中用于脱氧、脱硫，起放热并加快焊接反应的速度，也有补充焊缝中锰量，但用量不能过多，通常控制在2％以下。

三、金属钼：主要是渗合金，它形成碳化物的能力较Cr、W强，且较W有更高的耐磨性；同时增加钢的红硬性，消除钢的脆性，显著提高冲击韧性。

四、钇基重稀土硅铁合金：在高速工具钢行业中，钇基重稀土硅铁合金的使用效果好、杂质少、不污染。在钢中加入合金耐磨度可提高40％，有高硬度、高红硬性、高耐磨性、高寿命、良好的加工性能和成本低廉等级优点。而含稀土的焊材可以改善熔敷金属的耐磨性、耐腐蚀性、耐心高温性和抗裂性，提高焊的韧性，改善焊接性能，提高接头强度和抗蚀性能。未加稀土的焊层与基体存在过渡层，且过渡层不致密，结合状态不好，加稀土的合金层中间过渡期层均匀致密，焊层耐磨性提高一倍，对承载能力的影响与会动上对滑动速度有关。当滑动速度小于1m/s时承载能力提高，当滑动速度大于1m/s、小于2m/s时效果不明显，当滑动速度大于2m/s时承载能力明显提高，成倍数增长。轧件滑动速度高，这正好符合轨梁的生产实际。

五、电解镍粉：镍在焊缝中的作用，可提高韧性及强度，耐腐蚀性提高。在一般高强钢中加入适量Ni，其热敏感性在为改善。

六、还原性铁粉的指标中，如下组分各自的质量百分比分别为：Fe≥98％，C≤0.01％，磷和硫占比都小于0.03％，其中，氢损为0.1～0.2％。

本发明的外皮的低碳优质钢带和镍粉中的中的镍元素，铬铁中的铬元素、金属锰中锰元素、钇基重稀土硅铁合金中的硅元素、钼铁中的钼元素、钒铁中的钒元素、电解镍粉中的镍元素、铌铁中铌元素、还原性铁粉以及外皮和药芯中含有的铁元素，在焊接后都成为熔敷金属的主要合金化学成分。当然，上述药芯焊丝焊接后，熔敷金属化学成分中含有极少量的不可避免的杂质，如Mn、Si、S、P等，但都要允许范围内。加入高碳铬铁、微碳铬铁还原性铁粉，是考虑外皮低碳钢钢带有厚有薄、有宽有窄、药芯焊丝包粉量即药粉占焊丝重量比称为包粉量的大小，以便于在不同包粉量要求时作为碳元素、Fe元素的补充，同时也便于按熔敷金属主要化学成分调整焊丝组分。

经本发明所述的药芯焊丝修复后的辊径，当一次轧制完成后，继续进行下一次的修复即可。本发明所述的药芯焊丝尤其适用于轧辊堆焊修复工艺之中。

本发明所述的药芯焊丝在实际使用时的优点如下：

一、堆焊层厚度不是十分太厚，应力积累较小，堆焊修复质量易于保证；

二、堆焊金属的硬度达HRC54-56，有优异的耐磨性能、热疲劳性能，堆焊金属组织的热稳定性好，下次堆焊时，只要将其疲劳层和缺陷车去，即可在原堆焊层上进行堆焊；

三、基于对成本、质量、使用的一种综合考虑，提出了一个最佳辊径修复。传统修复由最小辊径长至最大辊径，所耗费的材料、工时对修复成本是不合算的，同时修复的风险大，质量不可控。

其中，轧制量在报废辊径时进行堆焊，由于堆焊材料、工艺是不变，堆焊金属的耐磨性能也不变。主要是在达到报废尺寸时，辊径小，当其在轧制同等数量、同等规格的钢材，其轧辊所跑的公里数是有变化的，最小辊径与最大辊径轧制公里数大约差8％～9％；同时避免了小辊径事故率相对较高的缺点。

进一步地，质量百分比为6～12％的活性剂的主要成分包含氟化钙、氧化铈、碳酸钾、氟硼酸钾和钾水玻璃，其中，氟化钙占药芯的质量百分比为6～10％，氧化铈占药芯的质量百分比为0.5～1％、碳酸钾占药芯的质量百分比为0.5～1％、氟硼酸钾占药芯的质量百分比为0.5～1％、钾水玻璃占药芯的质量百分比为0.5～1％，同时活性剂包含极少量的Mn、Si、S、P杂质。

本发明加入活性剂的目的主要有两个：一是作为稀释剂，使焊缝中的气体易于逸出，二是脱硫，硫与氢结合挥发，减少白点倾向；同时当选用萤石为活性剂也不能加太多，因为萤石中的氟属于高电离元素，会影响电弧稳定。

进一步地，活性剂为萤石。

进一步地，外皮的低碳钢带中，如下组分各自的质量百分比分别为：C≤0.08％、Mn≤0.40％、P≤0.025％和S≤0.020％。

进一步地，外皮的低碳钢带为H08A低碳优质钢带。

进一步地，药芯中各组分的粒径分别为：高碳铬铁80目、微碳铬铁80目、电解金属锰80目、金属钼80目、铌铁80目、电解镍粉80目、钇基重稀土硅铁合金100目、还原性铁粉100目、活性剂60目。

制备用于轧辊修复的药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：

a、外皮剪裁：按药芯焊丝的直径需求，将低碳钢板裁剪成钢带，作为焊丝的外皮；

b、去油烘干：将裁剪完毕的钢带清洗干净，使表面无油、无水、无锈，干燥以备用；

c、药芯干燥：将药芯的各个组分分别干燥，然后均匀混合，得焊丝药芯；

d、生产焊丝：将所述钢带轧制成“U”型，之后将干燥后的药芯填充在所述“U”型槽内，再将“U”型药皮轧制成“O”型，然后拉拔成各种规格直径的药芯焊丝。

进一步地，步骤a中，钢带的厚度为0.3～0.8mm、宽度为8.0～16.0mm。

进一步地，步骤d中，焊丝直径为2.5～4.0mm。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明的药芯焊丝具有如下的技术优势：

一、焊丝制造方法简单，焊丝焊后的堆焊金属性能优良，有很好的高温强度、高温硬度，且性能稳定，完全达到轨梁轧辊的堆焊技术要求。

二、在实际修复时，只需保证辊面工作层的单边有效厚度5～7mm即可，并可使使用寿命就成倍提高；同时，使用中不粘氧化皮，轧制部位越用越亮，在使用中基本无需修磨，克服了原辊在使用中需要人工多次、大量修磨的问题。

三、由于不需要堆焊过渡层，较传统按功能性修复所用的焊接材料少，且修复时间短，节省了大量的能源费用，并减少了环境污染。

四、修复或制作的轨梁轧辊，单次上机轧制量高，达35000-42000吨/次，后期换辊次数少，提高了轧制量；同时加之轧制中基本不修磨，大大减轻了工人的劳动强度，也减少了因原轧制低引起频繁换辊过程中消耗的备品备件及辅助物资。

五、本发明修复、制作轨梁轧辊，其修复不以辊径的厚度为评判标准，每次修复只上机使用一次，单次上机的轧制量大。

六、按照本发明修复、制作的轨梁轧辊，每次可在同一辊径进行修复，每次下机后，只需去除疲劳层，即可用该焊丝按工艺进行堆焊修复，这样可重复多次修复。原辊在使用一次后，每次都要车削一定厚度，至保证孔型后上机，这样重复6-7次，至报废尺寸后报废。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

用于轧辊修复的药芯焊丝，所述药芯焊丝包括外皮和药芯，外皮为低碳钢带，药芯由下述质量百分比的组分组成：高碳铬铁(FeCr69C4.0)32％、微碳铬铁(FeCr69C0.03)1.8％、电解金属锰4.1％、金属钼4.5％、钒铁(FeV50-A)6.2％、电解镍粉(FND-1)2.5％、钇基重稀土硅铁合金(FeSiRe26)5.9％、铌铁10％、活性剂12％，余量为还原性铁粉，其中，药粉填充率(包粉量)为25％。

在本实施例中，活性剂为萤石。

在本实施例中，药芯中各组分的粒径分别为：高碳铬铁80目、微碳铬铁80目、电解金属锰80目、金属钼80目、铌铁80目、电解镍粉80目、钇基重稀土硅铁合金100目、还原性铁粉100目、活性剂60目。

本实施例所述药芯焊丝的制备方法如下：

a、外皮剪裁：按药芯焊丝的直径需求，将低碳钢板裁剪成钢带，作为焊丝的外皮；

b、去油烘干：将裁剪完毕的钢带清洗干净，使表面无油、无水、无锈，干燥以备用；

c、药芯干燥：将药芯的各个组分分别干燥，然后均匀混合，得焊丝药芯；

d、生产焊丝：将所述钢带轧制成“U”型，之后将干燥后的药芯填充在所述“U”型槽内，再将“U”型药皮轧制成“O”型，然后拉拔成各种规格直径的药芯焊丝。

优选地，步骤a中，钢带的厚度为0.3～0.8mm、宽度为8.0～16.0mm。

优选地，步骤d中，焊丝直径为2.5～4.0mm。

即本实施例以低碳钢带为外皮，经裁剪，去油干燥，将外皮轧制U型，然后将药芯组分严实填装在U型槽内，以保证焊材不中空；最后将U型槽轧制成O型，然后拉拔成药芯焊丝。该药芯焊丝可包装成卷或成桶。

实验证明：经过实施例得到的药芯焊丝，有效的解决了原有焊丝修复后轧制量不高、使用寿命短的缺陷。本发明堆焊后的金属性能优良，有很好的高温强度、高温硬度且性能稳定，技术优势十分明显，市场推广前景广阔。

实施例2：

本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于：药芯焊丝的配方不同，具体地：

用于轧辊修复的药芯焊丝，所述药芯焊丝包括外皮和药芯，外皮为低碳钢带，药芯由下述质量百分比的组分组成：高碳铬铁(FeCr69C4.0)20％、微碳铬铁(FeCr69C0.03)3％、电解金属锰3.3％、金属钼3.5％、钒铁(FeV50-A)3％、电解镍粉(FND-1)2.0％、钇基重稀土硅铁合金(FeSiRe26)5％、铌铁8％、活性剂9％，余量为还原性铁粉，其中，药粉填充率(包粉量)为40％。

实验证明：经过实施例得到的药芯焊丝，有效的解决了原有焊丝修复后轧制量不高、使用寿命短的缺陷。本发明堆焊后的金属性能优良，有很好的高温强度、高温硬度且性能稳定，技术优势十分明显，市场推广前景广阔。

实施例3：

用于轧辊修复的药芯焊丝，所述药芯焊丝包括外皮和药芯，外皮为低碳钢带，药芯由下述质量百分比的组分组成：高碳铬铁(FeCr69C4.0)12％、微碳铬铁(FeCr69C0.03)4.6％、电解金属锰2.55％、金属钼2.2％、钒铁(FeV50-A)0.5％、电解镍粉(FND-1)1.2％、钇基重稀土硅铁合金(FeSiRe26)4％、铌铁5.5％、活性剂7％，余量为还原性铁粉，其中，药粉填充率(包粉量)为50％。

实验证明：经过实施例得到的药芯焊丝，有效的解决了原有焊丝修复后轧制量不高、使用寿命短的缺陷。本发明堆焊后的金属性能优良，有很好的高温强度、高温硬度且性能稳定，技术优势十分明显，市场推广前景广阔。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于轧辊修复的药芯焊丝，所述药芯焊丝包括外皮和药芯，其特征在于，外皮为低碳钢带，药芯由下述质量百分比的组分组成：高碳铬铁12～32％、微碳铬铁1.8～4.6％、电解金属锰2.4～4.1％、金属钼2.2～4.5％、钒铁0.5～6.2％、电解镍粉1.2～2.5％、钇基重稀土硅铁合金4～6％、铌铁5.0～10％、还原性铁粉20～50％、活性剂6～12％，其中，药粉填充率为20～50％。

2.根据权利要求1所述的用于轧辊修复的药芯焊丝，其特征在于，活性剂的主要成分包含氟化钙、氧化铈、碳酸钾、氟硼酸钾和钾水玻璃，其中，氟化钙占药芯的质量百分比为6～10％，氧化铈占药芯的质量百分比为0.5～1％、碳酸钾占药芯的质量百分比为0.5～1％、氟硼酸钾占药芯的质量百分比为0.5～1％、钾水玻璃占药芯的质量百分比为0.5～1％，同时，活性剂包含极少量的Mn、Si、S、P杂质。

3.根据权利要求1所述的用于轧辊修复的药芯焊丝，其特征在于，所述活性剂为萤石。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于轧辊修复的药芯焊丝，其特征在于，外皮的低碳钢带中，如下组分各自的质量百分比分别为：C≤0.08％、Mn≤0.40％、P≤0.025％和S≤0.020％。

5.根据权利要求1-3任一项所述的用于轧辊修复的药芯焊丝，其特征在于，还原性铁粉的指标中，如下组分各自的质量百分比分别为：Fe≥98％，C≤0.01％，磷和硫占比都小于0.03％，其中，氢损为0.1～0.2％。

6.根据权利要求1-3任一项所述的用于轧辊修复的药芯焊丝，其特征在于，所述外皮的低碳钢带为H08A低碳优质钢带。

7.根据权利要求1-3任一项所述的用于轧辊修复的药芯焊丝，其特征在于，药芯中各组分的粒径分别为：高碳铬铁80目、微碳铬铁80目、电解金属锰80目、金属钼80目、铌铁80目、电解镍粉80目、钇基重稀土硅铁合金100目、还原性铁粉100目、活性剂60目。

8.制备权利要求1所述的用于轧辊修复的药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、外皮剪裁：按药芯焊丝的直径需求，将低碳钢板裁剪成钢带，作为焊丝的外皮；

b、去油烘干：将裁剪完毕的钢带清洗干净，使表面无油、无水、无锈，干燥以备用；

c、药芯干燥：将药芯的各个组分分别干燥，然后均匀混合，得焊丝药芯；

d、生产焊丝：将所述钢带轧制成“U”型，之后将干燥后的药芯填充在所述“U”型槽内，再将“U”型药皮轧制成“O”型，然后拉拔成各种规格直径的药芯焊丝。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，钢带的厚度为0.3～0.8mm、宽度为8.0～16.0mm。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤d中，焊丝直径为2.5～4.0mm。