CN1562552A - 一种氮合金化的硬面合金药芯焊丝材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮合金化的硬面合金药芯焊丝材料，药芯粉由合金粉与矿物粉混合而成，其中金红石3～9％，高碳铬铁13～18％,低碳铬铁42～53％，稀土硅3～6％，铝镁合金0～5％，金属锰4～8％，钼铁1～5％，钒铁1～4％，钛铁2～5％，金属镍2～5％，氮化铬2～6％，余量为铁粉。还可包括2～5％的石英，3～6％的萤石。本发明用氮代替部分碳进行合金化，提高了堆焊层金属的抗焊接裂纹性能，具有生产效率高、综合成本低、焊接工艺性能优良。可用于明弧自动焊和埋弧自动焊。主要用于钢铁冶金设备的轧辊、矿山机械和大型挖掘机等工程机械的堆焊修复和复合制造。如冶金设备的上下夹送辊、助卷辊、除磷辊、连铸辊和工作辊等，大型挖掘机的导向轮等。
Description
技术领域
本发明属于焊丝材料技术领域，具体涉及一种氮合金化的硬面合金药芯焊丝材料。
背景技术
硬面合金药芯焊丝材料主要用于钢铁冶金设备的轧辊、矿山机械和大型挖掘机等工程机械的堆焊修复和复合制造。目前用于堆焊修复的硬面合金药芯焊丝材料普遍采用碳进行合金化，在基体中分布大量碳化物质点，形成高碳硬面合金。这种高碳硬面合金药芯焊丝材料有下列几方面明显不足：
①碳当量高，抗焊接裂纹性能差。为了获得较好的耐磨蚀性能，加入了大量的C、Cr、Mo、V等合金元素，这极大地提高了碳当量，降低了抗焊接裂纹性能。
②塑性较低，易剥落。高碳硬面合金材料中的碳化物易长大粗化。这造成硬面合金的碳化物分布不均匀，塑性较低，使用过程中易剥落。
③高温稳定性不高，耐蚀性能一般。高碳硬面合金在较高温度工况下服役时，碳化物质点会发生碳扩散，造成碳化物分解或类型转变，缩短使用寿命。高碳硬面合金的耐点蚀性能也不高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种氮合金化的硬面合金药芯焊丝材料，该焊丝材料具有碳当量低、抗焊接裂纹性能好、塑性较高，不易剥落、高温性能稳定和耐蚀性能好的特点。
本发明提供的一种氮合金化的硬面合金药芯焊丝材料，药芯粉由合金粉与矿物粉混合而成，各成分的重量百分比为：金红石3～9％，高碳铬铁13～18％，低碳铬铁42～53％，稀土硅3～6％，铝镁合金0～5％，金属锰4～8％，含钼量为50-55％的钼铁1～5％，含钒量为20-25％的钒铁1～4％，含钛量为20-25％的钛铁2～5％，金属镍2～5％，含氮量为8-9％的氮化铬2～6％，余量为铁粉，以上比例均为重量百分比。
上述材料还可包括石英和萤石，其重量百分比为：石英2～5％，萤石3～6％。
本发明采用与碳具有类似性质的元素进行合金化，以保证硬面合金的性能。氮与碳一样均为间隙溶质原子，并都能与Ti、V、Cr等合金元素形成第二相质点。用氮代替部分碳进行合金化，形成一种氮合金化的新型硬面合金药芯焊丝材料。本发明具有生产效率高、综合成本低、焊接工艺性能优良特点。主要用于钢铁冶金设备的轧辊、矿山机械和大型挖掘机等工程机械的堆焊修复和复合制造。如冶金设备的上下夹送辊、助卷辊、除磷辊、连铸辊和工作辊等，大型挖掘机的导向轮等。具体而言，本发明具有以下特点：
①堆焊层的显微组织为马氏体加少量残余奥氏体，在马氏体上弥散分布着细小的碳化物、氮化物和碳氮化物。经550℃左右回火处理，堆焊层的硬度为48～52HRC，堆焊层硬度不均匀性为±1.5HRC。
②碳当量不高，堆焊层的结合强度高，抗焊接裂纹性能好。并有良好的耐磨性能、抗疲劳裂纹和剥落性能。
③堆焊层显微组织的晶粒细小，塑性高，高温稳定性和耐蚀性能好。
④用于钢铁冶金设备的上下夹送辊、助卷辊、除磷辊等功能辊的修复，比传统上用Cr-Mo-W-V合金系焊丝，使用寿命提高一倍。
具体实施方式
本发明所说的焊丝材料的药芯粉由合金粉与矿物粉混合而成，下面以实例对其作进一步详细的说明。下面比例均为重量百分比。
实例1：金红石，8％；石英，4％；萤石，6％；高碳铬铁，17％；低碳铬铁，42％；稀土硅，3％；含钼量为50％的钼铁，2％；含钒量为25％的钒铁，1％；含钛量为20％的钛铁，1％；镁铝合金，3％；金属锰，5％；含氮量为8％的氮化铬，4％；金属镍，4％。
药芯重量系数为35～37％
实例2：金红石，3％；高碳铬铁，14％；低碳铬铁，52％；稀土硅，3％；含钼量为55％的钼铁，5％；含钒量为20％的钒铁，4％；含钛量为25％的钛铁，1％；镁铝合金，2％；金属锰，5％；含氮量为8％的氮化铬，6％；金属镍，5％。
药芯重量系数为34～36％
实例3：金红石，6％；石英，2％；萤石，3％；高碳铬铁，13％；低碳铬铁，53％；稀土硅，4％；含钼量为55％的钼铁，4％；含钒量为25％的钒铁，3％；含钛量为20％的钛铁，2％；金属锰，6％；含氮量为9％的氮化铬，4％；金属镍，2％。
药芯重量系数为33～35％。
实例4：金红石，3％；高碳铬铁，14％；低碳铬铁，52％；稀土硅，3％；含钼量为52％的钼铁钼铁，1％；含钒量为22％的钒铁，3％；含钛量为23％的钛铁，2％；金属锰，6％；含氮量为8.5％的氮化铬，4％；金属镍，2％。
药芯重量系数为33～35％
实例5：金红石，4％；石英，2％；萤石，4％；高碳铬铁，14％；低碳铬铁，46％；稀土硅，4％；含钼量为50％的钼铁，4％；含钒量为20％的钒铁，4％；含钛量为25％的钛铁，2％；镁铝合金，1％；金属锰，7％；含氮量为8％的氮化铬，2％；金属镍，4％；铁粉，2％。
药芯重量系数为33～35％
实例6：金红石，9％；石英，5％；萤石，3％；高碳铬铁，14％；低碳铬铁，43％；稀土硅，3％；含钼量为53％的钼铁，1％；含钒量为20％的钒铁，3％；含钛量为22％的钛铁，5％；金属锰，8％；含氮量为9％的氮化铬，2％；金属镍，3％；铁粉，1％。
药芯重量系数为33～35％
实例7：金红石，7％；高碳铬铁，18％；低碳铬铁，42％；稀土硅，6％；含钼量为52％的钼铁，5％；含钒量为25％的钒铁，2％；含钛量为20％的钛铁，1％；镁铝合金，5％；金属锰，4％；含氮量为8％的氮化铬，3％；金属镍，2％；铁粉，5％。
药芯重量系数为36～38％
上述各实例中，钒铁中钒的含量为20-25％，钛铁中钛的含量为20-25％，氮化铬中氮的含量为8-9％，其它各材料按照焊接材料规定用合金粉、矿物粉规选用即可。
铁粉在本发明中主要起平衡作用，使合金粉与矿物粉之和为100％，其多少并不改变硬面药芯焊丝的性能。
本发明的硬面药芯焊丝用于修复1700mm热轧机的上助卷辊的修复结果如下表。
表1：堆焊层的耐腐蚀、抗疲劳裂纹、脱落和剥皮性能
| 时间(月) | 本发明的硬面药芯焊丝 | H25Cr3Mo2VA硬面焊丝 | ||||||
| 6 | 9 | 12 | 15 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 腐蚀坑 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 麻点 | 腐蚀坑 | 腐蚀坑 |
| 疲劳裂纹 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 微裂纹 | 裂纹 |
| 脱落 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 | 有 |
| 剥皮 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 | 有 |
此外，本发明的硬面药芯焊丝用于修复1700mm热轧机的上除磷辊、下夹送辊，无疲劳裂纹、脱落、剥皮现象出现，耐冲蚀情况良好，比H25Cr3Mo2VA硬面焊丝的使用寿命提高近2倍。
本发明所说的一种氮合金化的新型硬面合金药芯焊丝材料既可以用于明弧自动焊，也用于可以埋弧自动焊。
实例1用于明弧自动焊，这时的金红石(TiO2)，石英(SiO2)和萤石(CaF2)主要起形成熔渣，保护堆焊层金属的作用。
实例1用于埋弧自动焊，这时选用市售的HJ107焊剂或HJ260焊剂配合使用。
堆焊层金属的化学成分：
为了保证本发明所说的一种氮合金化的新型硬面合金药芯焊丝材料，获得堆焊层的显微组织为马氏体加少量残余奥氏体，在马氏体上弥散分布着细小的碳化物、氮化物和碳氮化物。经550℃左右回火处理，堆焊层的硬度为48～52HRC，堆焊层硬度不均匀性为±1.5HRC。并且碳当量不高，堆焊层的结合强度高，抗焊接裂纹性能好。并有良好的耐磨性能、抗疲劳裂纹和剥落性能。堆焊层金属的化学成分如下：
表2：堆焊层金属的化学成分W，％
| 碳C | 硅Si | 锰Mn | 硫S | 磷P | 铬Cr | 钼Mo | 氮N |
| 0.15～0.25 | 0.3～0.7 | 0.7～1.25 | ≤0.03 | ≤0.03 | 11.5～14.5 | 0.3～0.9 | ≤0.15 |
以下给出本发明的一种制备方法：
1).药芯粉由合金粉与矿物粉混合而成，将合金粉与矿物粉进行反复搅拌、均匀化，进行药芯焊丝生产，各合金粉与矿物粉的配方比例为：金红石3～9％；石英0～5％；萤石0～6％；高碳铬铁13～18％；低碳铬铁42～53％；稀土硅3～6％；铝镁合金0～5％；金属锰1～26％；钼铁1～5％；钒铁1～4％；钛铁2～5％；金属镍2～5％；氮化铬2～6％；铁粉0～20％。
2).硬面合金药芯焊丝的钢带为碳钢H80A。
3).硬面合金药芯焊丝的药芯重量系数为32～38％。
4).硬面合金药芯焊丝的合金粉、矿物粉的粒度为60～200目，药芯粉中的矿物粉经550～600℃烘干保温1～2小时，铁合金经50～80℃烘干保温1～2小时。
5).可拉拔成直径不同的硬面合金药芯焊丝材料，如直径为2.4mm，2.8mm，3.2mm，4.0mm。
Claims (2)
1、一种氮合金化的硬面合金药芯焊丝材料，药芯粉由合金粉与矿物粉混合而成，各成分的重量百分比为：金红石3～9％，高碳铬铁13～18％，低碳铬铁42～53％，稀土硅3～6％，铝镁合金0～5％，金属锰4～8％，含钼量为50-55％的钼铁1～5％，含钒量为20-25％的钒铁1～4％，含钛量为20-25％的钛铁2～5％，金属镍2～5％，含氮量为8-9％的氮化铬2～6％，余量为铁粉。
2、根据权利要求1所述的焊丝材料，其特征在于：所述材料还包括石英和萤石，其重量百分比为：石英2～5％，萤石3～6％。
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