CN1404958A - 一种连铸辊堆焊用烧结焊剂及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种连铸辊堆焊用烧结焊剂，其组分重量百分比为：MgO：20～30％、Al2O3：20～30％、CaF2+CaO：10～35％、BaCO3：1～10％、SiO2：1～10％、MnO2：0.5～3％、ZrO2：1～10％、Cr2O3：1～3％、Nb2O5：0.5～2％、V2O5：0.5～2％、Si－Fe：1～5％、Mn－Fe：1～5％、Ti－Fe：0～3％、Ca－Si：0～3％，其可与1Cr13系焊带相匹配，将上述原料混合后，加入粘结剂调湿后进行焙烧和造粒，堆焊前进行烘干，该焊剂用于连铸辊堆焊明显提高了堆焊层的耐冷热疲劳性能，制造方便、成本低。

Description

一种连铸辊堆焊用烧结焊剂及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种烧结焊剂，尤其涉及一种连铸辊堆焊用烧结焊剂及其生产方法。
背景技术
连铸辊是连铸机的关键部件，它连续不断地与内部还未凝固的高温板坯接触，同时还承受冷却水的反复作用，工况条件十分苛刻，辊面很容易产生冷热疲劳裂纹、氧化腐蚀和磨损等损伤形式，严重的甚至造成断辊停机事故，当辊面裂纹扩展到一定深度，连铸辊必须修复或报废处理，连铸辊的使用寿命往往是制约连铸机生产作业率的关键因素，因此要求连铸辊具有足够的高温强度、高温耐氧化腐蚀性能和高温耐磨性，特别是高的耐冷热疲劳性能。
早期连铸辊多采用15CrMo、20CrMo的整体锻钢辊，整体锻钢辊耐冷热疲劳和高温氧化腐蚀性能较差，所以使用寿命低。从八十年代开始国内外大型钢铁企业普遍采用堆焊复合辊，这种复合辊是在辊体表面堆焊一层性能优异的工作层，工作层可以反复再生，连铸辊使用寿命得到明显提高，大大降低了生产成本。
连铸辊的堆焊有带极和丝极两种方法。丝极堆焊的特点是连续化程度较高、管丝合金成分调整方便、管丝制作简便等，但是堆焊层金属的成分均匀性较差、环状螺旋堆焊搭接较多，辊面裂纹易于沿搭接部位扩展，美国和欧洲一些大型钢厂采用该方法堆焊。带极堆焊的优点是堆焊效率较高，采用纵向堆焊时，对抑制环状疲劳裂纹扩展有利，但是合金焊带是通过冶炼和轧制制成，工艺复杂，成分调整比较困难，日本、德国和国内一些大型钢厂均采用这种方法堆焊。无论带极还是丝极堆焊都是采用焊剂埋弧堆焊。焊剂主要是起到稳弧、保护、冶金及合金化作用，同时为了保证自动堆焊的工艺性能，还必须使熔池有良好的流动性，并使焊道成型良好，确保自动脱渣和减少气孔。目前，焊剂主要有烧结焊剂和熔炼焊剂两种。
中国专利CN1072366A提供了一种MgO-Al2O3-CaF2-SiO2渣系的陶质烧结焊剂与H1Cr13合金焊丝匹配，其主要特征是在焊剂中添加Cr、Ni、Mn、Mo、V等合金元素，以使焊缝金属合金化、改善堆焊层性能。该种焊剂不容易稳定控制堆焊层的合金成分，与含有Mo、V、Nb等合金元素的焊带和管丝匹配脱渣性能不良。
发明内容
本发明的目的是提供一种能提高连铸辊使用寿命的连铸辊堆焊用烧结焊剂及其生产方法。
本发明的烧结焊剂与含有Mo、V、Nb等合金元素的1Cr13系合金焊带匹配，用于连铸辊堆焊，该焊剂不仅堆焊工艺性能好，而且与焊带匹配后堆焊层具有高的高温强度和耐磨性、优异的抗冷热疲劳性能，可以明显提高连铸辊的使用寿命。
因为连铸辊的最终失效形式是疲劳裂纹所致，因此，提高连铸辊使用寿命的关键是改善堆焊层的性能，特别是抗冷热疲劳裂纹的性能。
焊剂的渣系不同，其酸碱度不同，堆焊工艺性能差异很大。当焊剂碱度大时，堆焊层抗裂纹性能好，但堆焊工艺性能差；当焊剂酸度大时，堆焊工艺性能好，但堆焊裂纹倾向明显。本发明采用MgO-Al2O3-CaF2+CaO-SiO2-BaCO3渣系中性偏碱性烧结焊剂，既能降低堆焊层中P、S的含量防止产生裂纹，同时具有较好的堆焊工艺性能。
本发明的连铸辊堆焊用烧结焊剂，其组分重量百分比如下：
MgO：20～30％、Al2O3：20～30％、CaF2+CaO：10～35％、BaCO3：1～10％、SiO2：1～10％、MnO2：0.5～3％、ZrO2：1～10％、Cr2O3：1～3％、Nb2O5：0.5～2％、V2O5：0.5～2％、Si-Fe：1～5％、Mn-Fe：1～5％、Ti-Fe：0～3％、Ca-Si：0～3％。
采用中性钾水玻璃作为粘结剂，占总组分的5～30％。
Mn-Fe中Mn大于75％、C小于1％、其余为Fe；Ti-Fe中Ti大于60％，其余为Fe；Si-Fe中Si大于45％，其余为Fe；Ca-Si中Ca大于20％，其余为Si。
与本发明的焊剂相匹配的焊带是1Cr13系合金焊带。也可与在1Cr13系焊带的基础上加入Ni、Mo、V、Nb等耐高温合金元素制成的1Cr13NiMoVNb焊带相匹配。
1Cr13NiMoVNb焊带的组成成分的重量百分比为：
C：0.03～0.15％   Si：0.2～0.65％   Mn：0.50～1.50％  Ni：0.50～2.50％
Cr：12.0～15.0％  Mo：0.50～1.50％  V：0.10～0.30％   Nb：0.18～0.45％
P≤0.015％        S≤0.010％
其中，MgO、Al2O3、CaF2+CaO、SiO2、BaCO3组成主要渣系，以BaCO3代替SiO2降低堆焊层中Si的含量，降低堆焊层裂纹倾向。
Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe、Ca-Si的作用是脱氧。
加入ZrO2主要目的改善脱渣性能。加入Cr2O3、Nb2O5、V2O5主要作用是减少Cr、Nb、V的氧化，从而改善脱渣性能。
本发明的焊剂的生产方法为，将各原料混合后，加入粘结剂调湿均匀，在800～900℃下进行焙烧和造粒，堆焊前在300～400℃温度下烘干。
要求焊剂的松装比：1～1.2g/cm3、焊剂的含水率≤0.1％、焊剂夹杂物含量≤0.1％。
焊剂的粒度组成：
  目数   ＜10目   10～40目   40～60目   ≥60目
  ％   ≤1   80～90   10～15   ≤2
与现有技术相比，本发明的焊剂适用于含有Mo、V、Nb等影响脱渣性能的合金元素的1Cr13系合金焊带堆焊，不仅堆焊工艺性能优良，成形美观，无堆焊缺陷，而且不增C和Si，合金元素烧损少，控制P、S效果明显，确保堆焊层的高温强度的同时，明显提高了堆焊层的耐磨损和耐冷热疲劳性能，制造方便、成本低。
具体实施方式
实施例1
本发明的焊剂的组分重量百分比为：
MgO：20％、Al2O3：22％、CaF2+CaO：30％、BaCO3：5％、SiO2：6％、MnO2：2％、ZrO2：6％、Si-Fe：1％、Mn-Fe：3％、Ti-Fe：1％、Ca-Si：1％、Cr2O3：1％、Nb2O5：1％、V2O5：1％
粘结剂为中性钾水玻璃，占总组分的15％。
Mn-Fe中Mn为85％，C小于1％，其余为Fe；Ti-Fe中Ti为65％，其余为Fe；Si-Fe中Si为50％，其余为Fe；Ca-Si中Ca为28％，其余为Si。
其生产方法为：按各原料的化学成份计算配料，混合均匀后，添加水玻璃粘结剂调湿均匀，采用造粒机在820℃下进行焙烧和造粒，确保焊剂干燥且粒度均匀，堆焊前在330℃温度下烘干，即制得本发明的焊剂。
所制得的焊剂的松装比：1.05g/cm3、焊剂的含水率≤0.1％、焊剂夹杂物含量≤0.1％。
焊剂的粒度组成：
  目数   ＜10目   10～40目   40～60目   ≥60目
％ 0.5 85 13.5 1
实施例2
本发明的焊剂的组分重量百分比为：
MgO：20％、Al2O3：24％、CaF2+CaO：32％、BaCO3：2％、SiO2：6％、MnO2：2％、ZrO2：6％、Si-Fe：1％、Mn-Fe：5％、Ti-Fe：0.5％、Ca-Si：1％、Cr2O3：0.5％、Nb2O5：0.5％、V2O5：0.5％
粘结剂为中性钾水玻璃，占总组分的20％。
Mn-Fe中Mn为87％、C小于1％、其余为Fe；Ti-Fe中Ti为72％，其余为Fe；Si-Fe中Si为65％，其余为Fe；Ca-Si中Ca为38％，其余为Si。
其生产方法为：按各原料的化学成份计算配料，混合均匀后，添加水玻璃粘结剂调湿均匀，采用造粒机在860℃下进行焙烧和造粒，确保焊剂干燥且粒度均匀，堆焊前在370℃温度下烘干，即制得本发明的焊剂。
所制得的焊剂的松装比：1.08g/cm3、焊剂的含水率≤0.1％、焊剂夹杂物含量≤0.1％。
焊剂的粒度组成：
   目数   ＜10目   10～40目   40～60目   ≥60目
   ％   0.5   88   10.2   1.3
实施例3
本发明的焊剂组分重量百分比为：
MgO：20％、Al2O3：28％、CaF2+CaO：28％、BaCO3：6％、SiO2：2％、MnO2：3％、ZrO2：6％、Si-Fe：1％、Mn-Fe：1％、Ti-Fe：0.5％、Ca-Si：1％、Cr2O3：1.5％、Nb2O5：1.5％、V2O5：1.5％
粘结剂为中性钾水玻璃，占总组分的28％。
Mn-Fe中Mn为92％、C小于1％、其余为Fe；Ti-Fe中Ti为91％，其余为Fe；Si-Fe中Si为60％，其余为Fe；Ca-Si中Ca为35％，其余为Si。
其生产方法为：按各原料的化学成份计算配料，混合均匀后，添加水玻璃粘结剂调湿均匀，采用造粒机在900℃下进行焙烧和造粒，确保焊剂干燥且粒度均匀，堆焊前在400℃温度下烘干，即制得本发明的焊剂。
所制得的焊剂的松装比：1.02g/cm3、焊剂的含水率≤0.1％、焊剂夹杂物含量≤0.1％。
焊剂的粒度组成：
  目数   ＜10目   10～40目   40～60目   ≥60目
  ％   0.9   82   15.5   1.6
按照本发明的焊剂成份，制作供试验和大生产用焊剂9吨，分别堆焊试板和大直径(355～405mm)实物连铸辊，分别用于冷热疲劳试验和上机考核使用。
新焊材匹配堆焊层较1Cr13焊带堆焊层的屈服强度、断面收缩率和硬度明显提高，70℃至700℃循环冷热疲劳试验2000次，现有技术堆焊层严重龟裂，裂纹深度超过15mm，新焊材堆焊层表面光滑、仅有微裂纹，深度不超过2mm。
堆焊20根弧形段实物连铸辊上机使用，一次使用寿命由原来的平均2500炉，提高到5000炉以上，堆焊层耐高温和抗冷热疲劳性能明显提高。

Claims (6)

1.一种连铸辊堆焊用烧结焊剂，与1Cr13系焊带相匹配，其特征在于，其组分重量百分比为：
MgO：20～30％、Al2O3：20～30％、CaF2+CaO：10～35％、BaCO3：1～10％、SiO2：1～10％、MnO2：0.5～3％、ZrO2：1～10％、Cr2O3：1～3％、Nb2O5：0.5～2％、V2O5：0.5～2％、Si-Fe：1～5％、Mn-Fe：1～5％、Ti-Fe：0～3％、Ca-Si：0～3％。
2.如权利要求1所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂，其特征在于，用中性钾水玻璃作为粘结剂，其占总组分的5～30％。
3.如权利要求1所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂，其特征在于，Mn-Fe中Mn大于75％、C小于1％、其余为Fe；Ti-Fe中Ti大于60％，其余为Fe；Si-Fe中Si大于45％，其余为Fe；Ca-Si中Ca大于20％，其余为Si。
4.如权利要求1所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂的生产方法，其特征在于，将各原料混合后，加入粘结剂调湿后进行焙烧和造粒，堆焊前进行烘干。
5.如权利要求4所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂的生产方法，其特征在于，所述的焙烧温度为800～900℃；所述的烘干温度是300～400℃。
6.如权利要求1所述的连铸辊堆焊用烧结焊剂，其特征在于，所述的焊剂可作为连铸辊堆焊用烧结焊剂。
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