DE3613389A1

DE3613389A1 - Process for preparing a hard-facing (build-up welding) alloy composition

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Publication number: DE3613389A1
Application number: DE19863613389
Authority: DE
Inventors: Roman Francis Houston Tex. Arnoldy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-17
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1986-11-20
Also published as: ZA862978B; AU5656886A

Abstract

An iron-based alloy having high abrasion resistance at temperatures in the region from ambient to 650 DEG C and suitable for use as a hard-facing composition is deposited on a workpiece by the mass-welding method, using an iron or steel wire consumption electrode and a granular metal filler. Selection of the composition of the filler powder, typically from 46 to 50% of Cr, from 8 to 8.5% of bound C, from 5 to 5.5% of Mn, less than 1% of Si, from 0.5 to 1% of Mo, the remainder mainly iron optionally with small amounts of Nb, Ti, W, V and B, and maintenance of the welding ratio at not more than 1.6 : 1 enables a hard-phasing alloy composition comprising from 12 to 25% by weight of Cr, from 4 to 4.9% by weight of C and from 38 to 45% by volume of abrasion-resistant primary carbides of the (Cr/Fe)7C3 type to be applied to the workpiece.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung des The invention relates to the use of the

Massenschweißverfahrens zur Herstellung gewünschter Hartauftragsschweißungs-Auftragslegierungen und insbesondere auf die Verwendung des Massenschweißens, um ein Hartauftragsschweißungsmaterial herzustellen, das einen hohen Gehalt an primären Eisen-Chrom-Carbiden ((Cr-Fe)7 C3) hat, hier weiter als M7C3 bezeichnet. Mass welding process for the production of the desired hard overlay weld overlay alloys and in particular to the use of bulk welding to create a hard overlay weld material manufacture that has a high content of primary iron-chromium carbides ((Cr-Fe) 7 C3), hereinafter referred to as M7C3.

K Die Verwendung von Eisen-Chrom-Kohlenstoff-Hartauftragsschweißungen, so, wie sie durch Schmelzschweißverfahren aufgetragen werden, ist alt und in der Technik allgemein bekannt. Diese Hartauftragsschweißungen schaffen wegen der Mikrostruktur, die eine oder mehrere Kombinationen von Chrom- und Eisencarbiden enthält, eine billige, wirksame Festigkeit gegenüber Abrieb. Es gibt eine Vielzahl von diesen Carbiden, aber diejenigen mit der besten Abriebfestigkeit sind die vom Typ M7C3, primäre Carbide" genannt. Das ~M" stellt eine Mischung von Eisen und Chrom dar, die variieren kann, aber die im allgemeinen als etwa zwei Teile Chrom zu ein Teil Eisen, bezogen auf das Gewicht, vorhanden ist. Die primären Carbide sind in einer Netzform in einer Matrix von anderen Carbiden und Füllmetallen dispergiert. Je mehr primäre Carbide in der resultierenden Mikrostruktur vorhanden sind, je mehr Abriebfestigkeit weist der Uberzug auf.K The use of iron-chromium-carbon hard overlay welds, the way they are applied by fusion welding is old and in the Technology well known. Due to the microstructure, these hard overlay welds create which contains one or more combinations of chromium and iron carbides, a cheap, effective resistance to abrasion. There are a variety of these carbides but those with the best abrasion resistance are those of the M7C3 type, primary carbides " called. The ~ M "represents a mixture of iron and chromium, which can vary, but that is generally referred to as about two parts of chromium to one part of iron the weight, is present. The primary carbides are in a reticulated shape in a Matrix dispersed by other carbides and filler metals. The more primary carbides are present in the resulting microstructure, the more abrasion resistance has the coating on.

Eine typische 3,2 mm (1/8 inch) Hartauftragsschweißungsschicht, hergestellt durch bekannte Massenschweißverfah ren, enthält mindestens etwa 30 Gew.-% Chrom, etwa 62 % Eisen, etwa 4 1/4 % Kohlenstoff und hat etwa 35 % primäre Carbide, bezogen auf das Volumen. A typical 3.2 mm (1/8 inch) hard overlay weld layer is made by known mass welding processes, contains at least about 30% by weight of chromium, about 62% iron, about 4 1/4% carbon, and about 35% primary carbides, based on on the volume.

Das Massenschweißen ist ein Verfahren, das die geregelte Zugabe von pulverförmigen Metallfüllmaterialien zu dem automatischen Lichtbogenschweißen anwendet. In diesem Verfahren wird granuliertes Legierungsmetallpulver zu dem Werkstück gerade an der Spitze einer Eisen- oder Stahlelektrode zugeführt, die für die Herstellung von Hartauftragsschweißungen oszilliert wird. Die Elektrode ist üblicherweise in einem 38 mm (1 1/2 inch) Lichtbogen oszilliert, diagonal zur Richtung der Wulst (bead), die bei der Herstellung von Auftragungen und Hartauftragsschweißungen gebildet wird. Die Menge des granularen Pulvers, die dem Werkstück zugeführt wird, wird durch ein geregeltes elektronisches Abmeßsystem exakt zugeteilt, in einem exakten Verhältnis zu der Menge der Elektrode, die zugeführt wird. Die Chemie der Schweißauftragung ist abhängig von den granularen Metallfüllmaterialien, der Abbrand-Drahtelektrode, der Verdünnung von dem Grundmaterial des Werkstückes. Um die oben beschriebene typische Legierung herzustellen, beträgt das Schweißverhältnis (das Gewichtsverhältnis des granularen Pulvers zum Gewicht der Elektrode) etwa 1,5 Teile Pulver zu etwa 1 Teil des Eisen- oder Stahlelektrodendrahtes. Bulk welding is a process that allows the controlled addition of Applies powdered metal filler materials to automatic arc welding. In this process, granulated alloy metal powder is straightened to the workpiece at the top of an iron or Steel electrode fed for the production of hard overlay welds is oscillated. The electrode is usually oscillated in a 38 mm (1 1/2 inch) arc, diagonal to the direction the bead, which is used in the manufacture of surfacing and hard surfacing is formed. The amount of granular powder added to the workpiece is exactly allocated by a regulated electronic measuring system, in an exact Relation to the amount of electrode that is fed. The chemistry of weld deposit depends on the granular metal filling materials, the consumable wire electrode, the dilution of the base material of the workpiece. To the typical described above To make alloy, the weld ratio (the weight ratio of the granular powder to the weight of the electrode) about 1.5 parts powder to about 1 part of iron or steel electrode wire.

Typische Substrate, auf die das Hartauftragsschweißungs-Auftragen angewendet wird, sind Stahlwerkstücke zur Verwendung in Umgebungen mit hoher Abnutzung, häufig in Form von Stahlgrobblech als industrielle Bestandteile, wie Arbeitswalzen, Schnittwerkzeuge und Stempel.Typical substrates that hard overlay welding is applied to is used are steel workpieces for use in environments with high wear, often in the form of heavy steel plate as industrial components, such as work rolls, Cutting tools and stamps.

Massenschweißverfahren sind in den früheren Patenten der Anmelderin US-A-3 076 888, 3 172 991, 3 260 834, 3 264 445, 3 296 408, 4 237 362 und 4 493 963 beschrieben.Bulk welding processes are in applicant's previous patents US-A-3,076,888, 3,172,991, 3,260,834, 3,264,445, 3,296,408, 4,237,362 and 4,493 963 described.

Die Erhöhung des Verhältnisses des granularen Metallfüllmaterials zum verbrauchten Elektrodendraht, um den Gehalt der mehr abriebfesten Carbide in der Hartauftragsschweißungs-Auftragung zu erhöhen, hat den Nachteil, daß es schwieriger wird, das Verfahren zu verwenden, und es häufig Defekte in der Schweißauftragung gibt.The increase in the proportion of granular metal filler material to the used electrode wire to determine the content of the more abrasion-resistant carbides in Increasing the hard overlay weld build-up has the disadvantage that it is more difficult is going to use the process and there are frequent defects in the weld deposit gives.

Es wurde nun gefunden, daß bestimmte Eisen-Chrom-Kohlenstoff-Legierungen von geregelter Chemie mit Massenschweißen hergestellt werden können, die erhöhte Mengen von primären Carbiden und verringerte Mengen der weniger abriebbeständigen Carbide und anderer Legierungsmaterialien haben, ohne das Schweißverhältnis zu erhöhen. Durch Auswahl eines geeigneten Analysebereiches haben die eingegebenen Materialien ausreichend Chrom und Kohlenstoff, um die gewünschten primären Carbide zu bilden, während sie ein Minimum an anderem Material enthalten. Die hergestellte Legierung ist ein hervorragendes Hartauftragsschweißungsmaterial und kann in Umgebungen von hohem Abrieb und von Umgebungstemperatur bis hohe Temperaturen z. B. 650 0C (1200 OF) verwendet werden.It has now been found that certain iron-chromium-carbon alloys Can be produced by controlled chemistry with bulk welding that increased Amounts of primary carbides and decreased amounts of the less abrasion resistant Carbides and other alloy materials without increasing the weld ratio. By selecting a suitable analysis area, the entered materials have sufficient chromium and carbon to form the desired primary carbides, while containing a minimum of other material. The alloy made is an excellent hard overlay weld material and can be used in environments of high abrasion and from ambient temperature to high temperatures e.g. B. 650 0C (1200 OF) can be used.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verwendung beim Massenschweißen zu schaffen, um eine L#egierung mit hervorragenden Abriebfestigkeitseigenschaften zu schaffen.It is therefore the object of the present invention to provide a method for Use in bulk welding to create an alloy with excellent To create abrasion resistance properties.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Solchen Verfahrens, um eine Legierung mit weniger Chrom, mehr Kohlenstoff und noch bemerkenswert mehr primären Carbiden herzustellen.Another object of the present invention is to provide Such a process to make an alloy with less chromium, more carbon and produce remarkably more primary carbides.

Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Legierungen mit hohem Gehalt an primären Carbiden durch Massenschweißen, ohne das Verhältnis des granularen Schweißmaterials zur Drahtelektrode zu erhöhen.An essential object of the present invention is to provide of alloys with a high content of primary carbides by mass welding without to increase the ratio of the granular welding material to the wire electrode.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Massenschweißverfahren zur Herstellung einer auf Eisen basierenden Legierung mit hoher Abriebbeständigkeit geschaffen, das zur Verwendung als Hartauftragsschweißungsmaterial geeignet ist, welches das Bilden der Legierung auf einem Werkstück durch Lichtbogenschweißen mit einer Eisen- oder Stahlabbrandelektrode in Gegenwart von granularem Metallfüllmaterial und das Zuführen des granularen Metallfüllmaterials zu dem Werkstück in einem geregelten Verhältnis zur Zufuhrgeschwindigkeit der Elektrode umfaßt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zusammensetzung des granularen Metallfüllmaterials so ausgewählt ist, um in der so gebildeten, auf Eisen basierenden Legierung einen Chromgehalt von 12 bis 25 Gew.-%, einen Kohlenstoffgehalt von 4 bis 4,9 Gew.-% und mindestens 38 Vol.-% primärer Carbide von Eisen und Chrom zu schaffen, während das Zufuhrverhältnis des granularen Metallfüllmaterials zur Elektrode bei nicht mehr als 1,6 : 1 gehalten wird.According to the present invention, there is a bulk welding method for the production of an iron-based alloy with high abrasion resistance created that is suitable for use as hard overlay welding material, which involves the formation of the alloy on a workpiece by arc welding an iron or steel consumable electrode in the presence of granular Metal filler material and the feeding of the granular metal filler material to the workpiece comprises in a regulated ratio to the feed speed of the electrode, the characterized in that the composition of the granular metal filler material is selected to have one in the iron-based alloy so formed Chromium content of 12 to 25% by weight, a carbon content of 4 to 4.9% by weight and to create at least 38% by volume of primary carbides of iron and chromium, while that Feed ratio of the granular metal filler to the electrode at no more is held as 1.6: 1.

In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegendne Erfindung kann die Füllpulvercharge für das Massenschweißver fahren folgendes, bezogen auf das Gewicht, enthalten: Chrom etwa 46 bis etwa 50 % gebundener Kohlenstoff etwa 8 bis etwa 8,50 % Mangan etwa 5 bis etwa 5,50 % Silicium weniger als 1,00 % Molybdän wahlweise, vorzugsweise etwa 0,5 bis etwa 1,00 % Eisen und unwesentliche Verunreinigungen Rest Andere Elemente, die in dem Füllpulver vorhanden sein können, umfassen Niob, Titan, Wolfram, Vanadium und Bor.In preferred embodiments of the present invention, the Filling powder batch for the mass welding process drive the following, based on the weight, contain: chromium about 46 to about 50% bound carbon about 8 to about 8.50 % Manganese about 5 to about 5.50% silicon, less than 1.00% molybdenum optionally, preferably about 0.5 to about 1.00 percent iron and the remainder negligible impurities Other elements that may be present in the filler powder include niobium, titanium, Tungsten, vanadium and boron.

Chrom wird normalerweise in Form von Ferrochrom von einer Analyse zugeführt, die geeignet ist, um den obengenannten Prozentsatz zu ergeben. Kohlenstoff wird geeigneterweise als ein Teil des Ferrochroms durch Auswahl eines Ferrochroms von geeignetem Kohlenstoffgehalt zugeführt. Mangan wird typischerweise als Standard-Ferromangan zugegeben. Silicium ist autochthon zu Ferrochrom, und sein Prozentgehalt sollte minimiert sein. Molybdän ist nicht erforderlich, um die gewünschte Grundlegierung zu erzeugen, wird aber in den gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen verwendet, um die verbesserte Carbidleistung zu ergeben.Chromium is usually found in the form of ferrochrome from an analysis supplied which is suitable to give the above percentage. carbon is suitably used as a part of ferrochrome by selecting a ferrochrome supplied of suitable carbon content. Manganese is typically called the standard ferromanganese admitted. Silicon is indigenous to ferrochrome, and its percentage should be be minimized. Molybdenum is not required to make the desired base alloy to generate, but is used in the presently preferred embodiments, to give the improved carbide performance.

Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung weiterhin, wobei ein granulares Metallfüllmaterial der bevorzugten obengenannten Zusammensetzung verwendet wird.The following examples further illustrate the invention, wherein a granular metal filler material of the preferred composition set forth above is used.

Die Massenschweißausstattung ist so festgesetzt, daß etwa 1,5 Gew.-Teile des Pulvers für jedes Gew.-Teil der Elektrode zugeführt werden. Die Oszillation der Elektrode ist vorzugsweise bei 35 mm (1 3/8 inch) festgesetzt, um eine 38 mm (1 1/2 inch) breite Wulst und Legierung unter Verbrauch des verwendeten Pulvers zu ergeben. Wenn das Verhältnis pulver/Elektrode etwa 1,6 zu 1 übersteigt, würde die größere Pulvermenge eine größere Oszillationsbreite erfordern, um das Pulver zu verbrauchen. Eine höhere Pulvermenge würde auch eine unregelmäßige Schweißwirkung bewirken und die Neigung des Auftretens von Defekten in der Schweißauftragung erhöhen.The mass welding equipment is set so that about 1.5 parts by weight of the powder for each part by weight of the electrode. The oscillation the electrode is preferably set at 35 mm (1 3/8 inch) by a 38 mm (1 1/2 inch) wide bead and alloy using the powder used to surrender. If the powder / electrode ratio exceeds about 1.6 to 1, would the larger amount of powder requires a larger oscillation width to the powder to consume. A higher amount of powder would also produce an irregular welding effect effect and increase the tendency for defects to occur in the weld deposit.

In dem Sub-Lichtbogenverfahren würde die vergrößerte Wulstbreite unerwünscht sein, da sie bewirkt, daß Risse, die beim Kühlen gebildet werden, zu groß für die Hauptauftragsschweißungsqualität werden. Folglich ist das Beibehalten des Schweißverhältnisses 1,5/1 bevorzugt.In the sub-arc process, the increased bead width would be undesirable as it causes cracks formed during cooling to be too large for the Main overlay weld quality will be. Hence the maintenance of the welding ratio 1.5 / 1 preferred.

Bei der Komplettierung der Auftragung zeigte die Prüfung der Schweißauftragung, daß die Auftragung ungefähr 45 % primäre M7C3-Carbide hatte, verglichen mit 33 bis 37 % in den Legierungen, die früher durch Massenschweißen hergestellt wurden.When completing the application, the test of the weld application showed that the plot had approximately 45% M7C3 primary carbides compared to 33 bis 37% in the alloys that were previously made by mass welding.

Die chemische Analyse einer typischen Auftragung entsprechend der Erfindung war die folgende: Chrom etwa 12 bis etwa 25 % (etwa 23 % bevorzugt) Kohlenstoff etwa 4 bis etwa 4,9 % (etwa 4,7 % bevorzugt) Mangan etwa 0,5 bis etwa 8 % (etwa 3 % bevorzugt) Silicium weniger als etwa 1 Gew.-% Eisen Rest Die typische Legierung hat einen Gehalt an primärem Carbid von etwa 38 bis etwa 45 Vol.-%, eine Erhöhung von 28 % gegenüber Legierungen, die durch Massenschweißverfahren nach dem Stand der Technik hergestellt wurden, wie es oben beschrieben ist. Für alle bevorzugten Ausführungsformen kann das Verhältnis Pulver/Draht bei etwa 1 1/2 zu 1 beibehalten werden. Wenn es gewünscht ist, können Mengen von verschiedenen anderen Elementen zu dem Schweißmaterial zugegeben werden, um spezifische Ergebnisse zu erzielen. Elemente wie Niob, Molybdän, Titan, Wolfram, Vanadium oder Bor sind Beispiele dafür. Es ist bevorzugt, daß diese Elemente insgesamt als nicht mehr als etwa 3 Gew.-% vorhanden sind.The chemical analysis of a typical plot according to the Invention was the following: Chromium about 12 to about 25% (about 23 % preferred) carbon about 4 to about 4.9% (about 4.7% preferred) about manganese 0.5 to about 8% (about 3% preferred) silicon, less than about 1% by weight iron balance The typical alloy has a primary carbide content of about 38 to about 45% by volume, an increase of 28% over alloys made by bulk welding were manufactured according to the prior art, as described above. For In all preferred embodiments, the powder / wire ratio can be about 1 1/2 to 1 to be retained. If desired, amounts can be different Other elements can be added to the welding material to get specific results to achieve. Elements such as niobium, molybdenum, titanium, tungsten, vanadium or boron are Examples of this. It is preferred that these elements total than no more than about 3% by weight are present.

Claims

Process for making a hard overlay weld alloy composition Claims 1. Mass welding process for producing an iron-based Alloy with high abrasion resistance, suitable for use as hard overlay welding material, which involves the formation of the alloy on a workpiece by arc welding an iron or steel consumable electrode in the presence of granular metal filler material and supplying the granular metal filler material to the workpiece in a controlled manner Ratio to the feed rate of the electrode, characterized in that that the composition of the granular metal filler material is selected so as to in the iron-based alloy thus formed has a chromium content of 12 to 25% by weight, a carbon content of 4 to 4.9% by weight and at least 38% by volume primary carbides of iron and chromium, while the supply ratio of the granular metal filler: electrode held at no more than 1.6: 1.

2. The method according to claim 1, characterized in that the formed iron-based alloy up to 8% by weight manganese and not more than 3% by weight contains a total of niobium, molybdenum, titanium, tungsten, vanadium and boron.

3. The method according to claim 1, characterized in that the composition of the granular metal filler material is selected to be in the formed on Iron-based alloy has a chromium content of 12 to 25% by weight, a carbon content from 4 to 4.8% by weight, a manganese content of 0.5 to 8% by weight and 38 to 45% by volume to create primary carbides, the alloy being highly abrasion resistant at temperatures from ambient to 650 ° C (1200 ° F).

4. The method according to claim 3, characterized in that the formed, Iron-based alloy not more than 3% by weight in total of niobium, molybdenum, Contains titanium, tungsten, vanadium and boron.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the formed iron-based alloy contains about 3 wt .-% manganese.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the formed iron-based alloy does not contain more than 1% silicon by weight contains.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the granular metal filler material is an iron-based powder which, by weight, 46 to 50% chromium, 8 to 8.5% bound carbon, Contains 5 to 5.5% manganese and less than 1% silicon.

8. The method according to claim 7, characterized in that the on Iron-based powder also contains 0.5 to 1% by weight of molybdenum.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the iron-based powder furthermore at least one of niobium, titanium, tungsten, Contains vanadium and boron.

10. The method according to any one of claims 7, 8 and 9, characterized in that that the rest of the composition of the iron-based powder is iron and negligible Impurities is.