一種高硬度連鑄輥堆焊修復(fù)用自保護(hù)藥芯焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工工程中的焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種高硬度連鑄輥堆焊修復(fù)用自保護(hù)藥芯焊絲，主要應(yīng)用于鋼廠(chǎng)中連鑄輥的堆焊修復(fù)。
【背景技術(shù)】
[0002]連鑄設(shè)備在我國(guó)的各大鋼廠(chǎng)中已普遍采用，連鑄輥是連鑄設(shè)備中的主要消耗部件，連鑄輥在承受高溫鋼坯的高溫磨損及鋼坯通過(guò)產(chǎn)生的鼓脹力和靜壓力引起循環(huán)載荷的同時(shí)，還要承受?chē)娏芾鋮s水和高溫鋼坯的冷熱疲勞。因此，工作一段時(shí)間后，輥面會(huì)產(chǎn)生磨損、腐蝕、變形和熱疲勞裂紋。當(dāng)裂紋的深度達(dá)到一定時(shí)，必須下機(jī)修復(fù)，否則會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格，甚至連鑄輥斷裂失效。
[0003]堆焊技術(shù)是利用焊接工藝將耐磨合金熔敷在工件表面的技術(shù)，采用堆焊技術(shù)修復(fù)連鑄輥是冶金工業(yè)生產(chǎn)提高其使用壽命的重要技術(shù)手段。現(xiàn)今采用的焊接方法多為埋弧堆焊，此種方法需大量使用焊劑，增加成本，且堆焊過(guò)程中需要不斷敲渣，增加了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種連鑄輥堆焊修復(fù)用自保護(hù)藥芯焊絲，采用自保護(hù)堆焊方式，即在堆焊過(guò)程中無(wú)需外加保護(hù)氣源和焊劑，在堆焊過(guò)程中不用敲渣，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高工作效率。
[0005]本發(fā)明具有硬度高(HRC42?48)，耐磨性?xún)?yōu)良；具有極佳的焊接工藝性能，焊縫成型美觀(guān)，堆焊金屬硬度高，韌性好，裂紋敏感性低，耐磨性?xún)?yōu)良。采用該焊絲堆焊修復(fù)連鑄輥，可顯著降低修復(fù)成本，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，增加生產(chǎn)效率。
[0006]本發(fā)明所提供的連鑄輥堆焊修復(fù)用自保護(hù)藥芯焊絲采用H08A冷軋鋼帶為外皮；藥芯的組分及其重量百分比為:Ti02:20-40%，高碳鉻鐵:5-15%，低碳鉻鐵:12_30%，Mn-Si 合金:0.5-5%, Al-Mg 合金:0.5-5%, N1:5_15%，氟化物:0.5-2.5%, Mo5-15%,V:0.5-2.5%, Cr:2-10%, A1203:0.5_5 %，余量為鐵粉；藥芯焊絲中藥芯的填充率為
20-35%。
[0007]其中，所述的Al-Mg合金中Al含量為40-60(重量)％ ；
[0008]Mn-Si合金中Mn含量為40-60 (重量)% ；
[0009]所述的高碳鉻鐵中C含量為6-9 (重量)％，Cr含量為50-80 (重量)％，余量為鐵；
[0010]所述的低碳鉻鐵中C含量為0.1-0.5 (重量)％，Cr含量為50-80 (重量)%，余量為鐵；
[0011]所述的氟化物為BaF2、MgF2、CaF2, Na3AlF6或Na 2SiF6中的一種或幾種的混合物。
[0012]本發(fā)明藥芯焊絲采用常規(guī)藥芯焊絲制備技術(shù)制得。
[0013]藥芯中各組分的作用如下:
[0014]T12:是渣形成組分，可以改善渣的覆蓋性能和焊縫脫渣性，并使電弧集中、穩(wěn)定，改善焊縫成型和減少飛濺。若含量過(guò)低，則不易形成短渣，對(duì)焊絲工藝性能不利；若含量過(guò)高，則影響熔敷金屬的綜合力學(xué)性能。
[0015]高碳鉻鐵:提高熔敷金屬的硬度和耐磨性。
[0016]低碳鉻鐵:提高熔敷金屬的硬度和耐磨性。
[0017]Mn:確保熔敷金屬的強(qiáng)度和降低氧、硫含量，促進(jìn)針狀鐵素體的形成，提高熔敷金屬韌性。
[0018]S1:提供合適的熔渣粘度，增加電弧穩(wěn)定性。作為脫氧劑確保焊接金屬的強(qiáng)度和降低氧含量。若含量過(guò)高，則使熔渣粘度增大，對(duì)脫渣及焊接性能不利。
[0019]Al-Mg:主要作用是脫氧脫氮。脫氧后產(chǎn)生的Al2O3，具有調(diào)節(jié)高溫熔渣物理性能的作用，有利于改善焊接性能。
[0020]N1:確保熔敷金屬的強(qiáng)度和韌性，作為奧氏體化元素，防止熔敷金屬中由于殘留δ鐵素體而使韌性降低。
[0021]Mo:提高熔敷金屬的淬透性和熱強(qiáng)性，增加耐磨性和耐熱疲勞能力。
[0022]V:提高熔敷金屬的強(qiáng)度，細(xì)化晶粒，降低晶粒長(zhǎng)大傾向，提高淬硬性。
[0023]Cr:提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性。
[0024]氟化物:藥芯中的各種氟化物在高溫下均能分解，汽化，產(chǎn)生大量的氟蒸汽而大大降低電弧氣氛中的氫分壓，從而起到去氫能力。藥芯中的氟化物與大量金紅石在焊接時(shí)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生TiF4可與電弧氣氛中氫原子及水蒸汽發(fā)生二次反應(yīng)，形成不溶于鋼液的穩(wěn)定氫氟化物HF，從而降低了電弧氣氛中的氫分壓，降低焊縫氫含量。
[0025]Ti02+XF — XCHTiF4
[0026]Ti02+XF — XTi03+TiF4
[0027]反應(yīng)產(chǎn)物TiF4可與電弧氣氛中氫原子及水蒸汽發(fā)生二次反應(yīng):
[0028]TiF4+H — TiF+HF ?
[0029]TiF4+H20(汽)-* Ti02+HF ?
[0030]多種氟化物的加入，如配方中的8&匕可以支持很短的電弧，全位置焊接時(shí)降低了電弧能量和焊絲燃燒速度，更容易控制熔池，部分氟化物分解出鋰、鉀、鈉等電離勢(shì)小于鈣，能提高焊絲的電弧穩(wěn)定性。
[0031]鐵粉:調(diào)節(jié)成分，保證電弧穩(wěn)定性，提高熔敷效率。
[0032]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0033]I)本發(fā)明藥芯焊絲具有良好電弧穩(wěn)定性的同時(shí)又具有優(yōu)異的耐磨性、耐熱疲勞能力，有效提尚連鑄棍的使用壽命。
[0034]2)本發(fā)明藥芯焊絲中加入多種氧化物和氟化物，提高了焊絲的去雜質(zhì)及脫氫效果，加入強(qiáng)脫氮脫氧劑鋁、鎂，有利于堆焊金屬中氣體的排出和焊縫成型，有效提高堆焊金屬的韌性。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于下述實(shí)施例。
[0036]實(shí)施例1
[0037]高硬度自保護(hù)連鑄輥堆焊藥芯焊絲包括外皮和藥芯，藥芯占藥芯焊絲總重量的25%;外皮采用H08A冷軋鋼帶，藥芯的化學(xué)組成(重量百分比)為:Ti02:38%，高碳鉻鐵:5.5%,低碳鉻鐵:30 %，Mn-Si 合金:0.6%, Al-Mg 合金:2.5 %，N1:5.5 %，CaF2:0.8%,Mo:5%, V:0.8%, Cr:2.8%, A1203:2.1%，鐵粉:6.4% 0
[0038]Al-Mg合金中Al重量百分比為45%;Mn_Si合金中Mn重量百分比為44%;高碳鉻鐵中C重量百分比為6.2%，Cr重量百分比為54% ;低碳鉻鐵中C重量百分比為0.11%,Cr重量百分比為56%。
[0039]實(shí)施例2
[0040]高硬度自保護(hù)連鑄輥堆焊藥芯焊絲包括外皮和藥芯，藥芯占藥芯焊絲總重量的28% ;外皮采用H08A冷軋鋼帶，藥芯的化學(xué)組成(重量百分比)為:Ti02 -.25 %,高碳鉻鐵:12 %,低碳鉻鐵:17 %, Mn-Si 合金:4.6 %，Al-Mg 合金:3.I %, Ni:12CaF2:0.4%，Na3AlF6: 1.5%, Mo: 8%, V:1.9% , Cr:6%, A1203:3.3%，鐵粉:5.2%0
[0041]Al-Mg合金中Al重量百分比為50%;Mn-Si合金中Mn重量百分比為48%;高碳鉻鐵中C重量百分比為8.2%，Cr重量百分比為74% ;低碳鉻鐵中C重量百分比為0.31 %，Cr重量百分比為66%。
[0042]實(shí)施例3
[0043]高硬度自保護(hù)連鑄輥堆焊藥芯焊絲包括外皮和藥芯，藥芯占藥芯焊絲總重量的32% ;外皮采用H08A冷軋鋼帶，藥芯的化學(xué)組成(重量百分比)為:Ti02:31%，高碳鉻鐵:8%，低碳鉻鐵:26%, Mn-Si 合金:2.2%, Al-Mg 合金:0.8%, Ni:9%, BaF2:1.3%,Mo: 14%, V:1.4%, Cr:4.5%, A1203:0.6%，鐵粉:3.2%0
[0044]Al-Mg合金中Al重量百分比為55%;Mn_Si合金中Mn重量百分比為49%;高碳鉻鐵中C重量百分比為7.2%，Cr重量百分比為76% ;低碳鉻鐵中C重量百分比為0.22%,Cr重量百分比為76%。
[0045]實(shí)施例4
[0046]高硬度自保護(hù)連鑄輥堆焊藥芯焊絲包括外皮和藥芯，藥芯占藥芯焊絲總重量的34% ;外皮采用H08A冷軋鋼帶，藥芯的化學(xué)組成(重量百分比)為:Ti02 -.20 %,高碳鉻鐵:13%，低碳鉻鐵:12%, Mn-Si 合金:3.1%, Al-Mg 合金-.4.5%, N1-.14.5%,MgF2:l.4%，Na2SiF6: I %, Mo: 14.5%, V:2.3% , Cr:9%, A1203:4.7%。
[0047]Al-Mg合金中Al含量為40-60 (重量)% ；Mn-Si合金中Mn含量為40-60 (重量)% ；所述的高碳鉻鐵中C含量為6-9 (重量)％，Cr含量為50-80 (重量)％ ;所述的低碳鉻鐵中C含量為0.1-0.5 (重量)％，Cr含量為50-80 (重量)%
[0048]Al-Mg合金中Al重量百分比為58%;Mn_Si合金中Mn重量百分比為51%;高碳鉻鐵中C重量百分比為8.7%，Cr重量百分比為67% ;低碳鉻鐵中C重量百分比為0.46%,Cr重量百分比為63%。
[0049]將實(shí)施例1-4中制備的藥芯焊絲進(jìn)行連鑄輥的堆焊，焊接過(guò)程中電弧穩(wěn)定，飛濺少，焊縫成型、脫渣優(yōu)良；采用GB/229-2007及GB228-2002標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其熔敷金屬的力學(xué)性能指標(biāo)為:抗拉強(qiáng)度ob:800_1000MPa，屈服強(qiáng)度σ Q 2:400_500MPa，延伸率δ 5:25_35%，沖擊吸收功 Akv (O°C ):80-100Jo
[0050]硬度測(cè)試采用HR-580便攜式硬度計(jì)，對(duì)每一堆焊層取5點(diǎn)打硬度，得到該焊絲堆焊層的平均硬度(HRC)為54-58。
[0051]磨損實(shí)驗(yàn)采用SGS-245磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，在堆焊層中取5個(gè)55*25*5mm試樣，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:橡膠輪轉(zhuǎn)速240轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)數(shù)為1000轉(zhuǎn)，磨料為40-70目石英砂。材料耐磨性用磨損的失重量來(lái)衡量，實(shí)驗(yàn)用Q235鋼作為對(duì)比，對(duì)比件失重量與測(cè)試件失重量之比為該試件的相對(duì)耐磨性，實(shí)驗(yàn)得到該焊絲堆焊層的平均耐磨性為13.5-16.5。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高硬度連鑄輥堆焊修復(fù)用自保護(hù)藥芯焊絲，采用H08A冷軋鋼帶為外皮，其特征在于，藥芯組分及其重量百分比為:Ti02:20-40%，高碳鉻鐵:5-15%，低碳鉻鐵:12_30%，Mn-Si 合金:0.5-5%, Al-Mg 合金:0.5-5%, N1:5_15%，氟化物:0.5-2.5%, Mo5-15%,V:0.5-2.5%, Cr:2-10%, A1203:0.5_5 %，余量為鐵粉；藥芯焊絲中藥芯的填充率為20-35%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述的Al-Mg合金中Al含量的重量百分比為40-60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述的Mn-Si合金中Mn含量的重量百分比為40-60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述的高碳鉻鐵中C含量的重量百分比為6-9%，Cr含量的重量百分比為50-80%，余量為鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述的低碳鉻鐵中C含量的重量百分比為0.1-0.5%, Cr含量的重量百分比為50-80%，余量為鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述的氟化物為BaF2、MgF2、CaF2、Na3AlF6或Na2SiF6中的一種或幾種的混合物。
【專(zhuān)利摘要】一種高硬度連鑄輥堆焊修復(fù)用藥芯焊絲，屬于材料加工工程中的焊接技術(shù)領(lǐng)域。采用H08A冷軋鋼帶為外皮；藥芯的組分及其重量百分比為：TiO2：20-40％，高碳鉻鐵：5-15％，低碳鉻鐵：12-30％，Mn-Si合金：0.5-5％，Al-Mg合金：0.5-5％，Ni：5-15％，氟化物：0.5-2.5％，Mo5-15％，V：0.5-2.5％，Cr：2-10％，Al2O3：0.5-5％，余量為鐵粉；藥芯焊絲中藥芯的填充率為20-35％。優(yōu)點(diǎn)在于，藥芯焊絲采用自保護(hù)堆焊方式，連鑄輥堆焊修復(fù)過(guò)程無(wú)需保護(hù)氣和焊劑，可顯著降低修復(fù)成本，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，增加生產(chǎn)效率；該焊絲具有良好電弧穩(wěn)定性的同時(shí)又具有優(yōu)異的耐磨性和耐熱疲勞能力，有效提高連鑄輥的使用壽命。
【IPC分類(lèi)】B23K35-368
【公開(kāi)號(hào)】CN104690451
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510090194
【發(fā)明人】牟淑坤, 張飛虎, 金茹, 章軍, 陳延清, 王鳳會(huì), 劉宏
【申請(qǐng)人】首鋼總公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年2月27日