專利名稱：：一種高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高硬度材料焊接領(lǐng)域，涉及一種焊絲，具體地說涉及一種含有高碳高鈮鉻鐵的自保護(hù)堆焊藥芯焊絲。熔覆金屬中的鈮含量大于5%，具有高硬度和所屬材料加工工程中的焊接領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：日常使用的鋼廠燒結(jié)設(shè)備工件、火力發(fā)電廠磨煤機(jī)磨輥、磨盤及水泥廠立磨磨輥、磨盤襯瓦、高爐投料設(shè)備(投料槽、料鐘、儲(chǔ)料區(qū)、篩板)、礦渣立磨、破碎機(jī)錘頭和滾筒、挖掘機(jī)的鏟齒、耐磨鋼板等許多裝備中，存在著的低、中、高溫嚴(yán)重耐磨工件的堆焊修復(fù)。堆焊修復(fù)上述工件方式中，由于明弧焊本身具有的堆焊性能可靠、不易引起母材開裂變形、以及生產(chǎn)率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、焊層耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，特別是它解決了埋弧焊有些部位不能堆焊(如磨盤中速磨底座)的問題，在短短幾年里，就得到廣泛推廣和應(yīng)用。高硬度高耐磨的無渣型自保護(hù)藥芯焊絲成為最為廣泛應(yīng)用的合金材料。對(duì)于磨粒磨損工況，鐵基合金(即高鉻合金鐵)是比較常見和適用的堆焊合金體系。在伴有各種應(yīng)力狀態(tài)或沖擊作用實(shí)際工況下，這類堆焊合金的高硬(抗磨好)和韌化(不剝落)的組合優(yōu)化問題，可以通過調(diào)整硬質(zhì)相的種類、數(shù)量及其分布形態(tài)與基體組織的合理配置得以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的高鉻鑄鐵堆焊合金熔覆金屬主要為碳化鉻及少量的碳化硼和碳化鈦。傳統(tǒng)材料焊后不但硬度不高(不高于HRC60)耐磨性差，使用壽命短，而且經(jīng)常出現(xiàn)致命缺陷一掉塊，嚴(yán)重?fù)p害生產(chǎn)裝備，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。鈮在高碳鉻鐵中的重要性表現(xiàn)在鈮的沉淀物和固熔Nb可使高鉻鑄鐵硬度增加，耐磨性增加，組織細(xì)化，Nb在奧氏體中對(duì)抑制馬氏體轉(zhuǎn)變起重大作用。1、鈮作為強(qiáng)碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在適當(dāng)條件下，就形成高硬度高耐磨的(2000HV)MC型碳化物，強(qiáng)烈提高材料的硬度和耐磨性。本專利中此合金體系鈮含量高(6%8%)，碳含量較多(5~7%)，同時(shí)在堆焊過程中層間溫度低(<120°C)，鈮在焊接過程中大部分形成高硬度高耐磨的碳化鈮NbC，強(qiáng)化了鉻的碳化物。同時(shí)，還有少量部分Nb固熔于基體中，強(qiáng)化了基體，合金體系中加入錳、鎢、鉬等元素，這類元素一部分以原子狀態(tài)進(jìn)入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體，如(Fe、Mn)3C、(Fe,Cr)3C等，這些元素強(qiáng)化了基體，避免了工作過程中掉塊的危險(xiǎn)。2、鈮的沉淀物NbC和固熔Nb能阻礙碳化物的聚集，可使高鉻鑄鐵組織細(xì)化，抗時(shí)效裂紋能力加強(qiáng)，焊道表面的裂紋寬度細(xì)如發(fā)絲，裂紋間距小，有效的釋放內(nèi)應(yīng)力，降低了掉塊的可能性。3、鈮使高碳鉻鐵強(qiáng)度性能增加，屈服強(qiáng)度提高，鈮的高溫性能穩(wěn)定，耐沖擊，高溫耐磨性好，溫度高達(dá)攝氏600度時(shí)仍然保持卓越的耐磨性和沖擊韌性。鈮在高碳鉻鐵中的作用十分重要，但高碳鉻鐵自保護(hù)藥芯焊絲中加入鈮，在堆焊熔池階段，鈮優(yōu)先與空氣中的氧結(jié)合生成含鈮氧化物一尖晶石形化合物二價(jià)NbO，能與三價(jià)金屬氧化物(AI203、Cr302)形成具有體心立方結(jié)構(gòu)的尖晶石形化合物MeOMe203，緊緊的黏在焊道表面，產(chǎn)生嚴(yán)重的黏渣。同時(shí)飛濺增大，焊絲的浸潤(rùn)性差。由于上述難點(diǎn)，含鈮的高碳鉻鐵自保護(hù)藥芯焊絲在國(guó)內(nèi)未見任何專利和報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，以克服含鈮高碳鉻鐵自保護(hù)藥芯焊絲黏渣、飛濺大、浸潤(rùn)性差等難點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，以鋼帶為外皮，藥芯成份按質(zhì)量百分比為1030%的鈮鐵；2030%的高碳鉻鐵；0.1~3%的V;0.2~3%的W;0.60.8%的錳鐵；0.20.8%的75硅鐵；2030%的碳化鉻；512%的石墨；110%的鋁鎂合金；15%碳化硅；13%的硼鐵；15%的螢石；15%的氟化鋇；13%的碳酸鋇；04%氟硅酸鈉；03%大理石；05%氟化鋰；03%的碳酸鋰。所述的高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，其中，鋼帶的厚度x寬度為0.3X16mm、0.4X18mm或0.5X21mm。所述的高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，其中，焊絲直徑為1.64.0mm。所述的高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，其中，焊絲的配重比在4654%之間。本發(fā)明提供的高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲具有1)堆焊層滿足特定的化學(xué)成分，金相組織主要為奧氏體+少量萊氏體+各種碳化物?；w具有良好的韌性組織奧氏體，有較高的抗事故能力，以防物料中硬質(zhì)物的破壞；表面具有高硬度高耐磨組織碳化物。從而實(shí)現(xiàn)了基體和耐磨相的良好結(jié)合，極大程度的提高了熔覆金屬的韌性和耐磨性。2)堆焊層表面具有均勻的裂紋形貌，同時(shí)具有優(yōu)良的抗掉塊能力。堆焊層表面具有適當(dāng)而均勻的硬度(范圍5864HRC)，及良好的耐磨性能。3)堆焊層中無氣孔、夾渣、咬邊、焊道表面清潔無渣等焊接缺陷，焊絲的浸潤(rùn)性要好，熔化速率高，熔敷金屬量1015Kg/h。焊材堆焊工藝性能優(yōu)良。4)堆焊時(shí)電弧穩(wěn)定；飛濺??；焊道成型美觀；加入多種多量合金元素，提高焊絲熔化時(shí)電弧區(qū)的溫度和熔池存在時(shí)間，適當(dāng)降低堆焊金屬熔點(diǎn)和擴(kuò)大堆焊金屬結(jié)晶溫度區(qū)間，降低液體金屬的粘度和表面張力，浸潤(rùn)性好；堆焊后熔敷金屬中存在有大量的碳化物、鈮化物以及一定數(shù)量的氮化物，使堆焊金屬具有高的硬度和良好的韌性，適合多層多道焊，堆焊層厚度可高達(dá)70mm，具有良好的可焊性和抗掉塊能力。廣泛應(yīng)用于低、中、高溫嚴(yán)重低中應(yīng)力耐磨工件的堆焊修復(fù)。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，其所屬藥芯焊絲質(zhì)量百分比如下鋼帶鋼帶厚度(mm)X寬度(mm)為0.3X16，0.4X18，0.5X21及相關(guān)帶，配重比在4652%之間。焊絲直徑01.6(D4.0mm。藥芯組份為1030%的鈮鐵，2030%的高碳鉻鐵，0.13X的V，0.23X的W，0.60.8%的錳鐵，0.20.8%的75硅鐵，2030%的碳化鉻，512%的石墨，110%的鋁鎂合金，15%碳化硅，13%的硼鐵，15%的螢石，15%的氟化鋇，13%的碳酸鋇。焊絲中還可能含有以下幾種成分04%氟硅酸鈉，03%大理石，05%氟化鋰，03%的碳酸鋰等礦物質(zhì)。藥芯中主要成分作用如下石墨(1)石墨與合金元素作用可產(chǎn)生碳化物，這正是提高堆焊金屬硬度與耐磨性所需要的。(2)石墨在電弧高溫下有很強(qiáng)氧化性，氧化后生成CO氣體，可以作為電弧下熔池的保護(hù)氣體。由于石墨在高溫下是很強(qiáng)的脫氧劑，因此，保證了合金元素的過渡；石墨脫氧反應(yīng)可產(chǎn)生大量的熱，有利于金屬的熱電離，提高焊絲的引弧和穩(wěn)弧性能。高碳鉻鐵和碳化鉻引入C和Cr，在熔覆金屬中，隨碳和鉻含量的增多，碳化物數(shù)量增多，而碳的影響比較明顯。當(dāng)碳含量一定時(shí)，隨鉻含量的增加，碳化物寬度變窄；當(dāng)鉻含量一定時(shí)，碳含量的增加使得碳化物的寬度稍有增加，并使碳化物的形貌和分布發(fā)生變化，堆焊層硬度和耐磨性隨含C量增加而增加。鈮鐵強(qiáng)碳化物形成元素只要有足夠的碳，在適當(dāng)條件下，就形成高硬度高耐磨的碳化物，在此合金體系中由于鈮含量較大，碳含量較多，絕大部分鈮在焊接過程中形成高硬度的碳化鈮，強(qiáng)化熔覆金屬的碳化物，增加了抗磨損程度；很少部分強(qiáng)化了基體，促使合金體系向奧氏體轉(zhuǎn)化，使基體組織有足夠的韌性，防止在磨損過程中掉塊。錳和硅鐵在堆焊過程中脫氧脫硫，產(chǎn)生大量的熱量加快焊接反應(yīng)速度，同時(shí)可提高堆焊熔覆金屬的強(qiáng)度和硬度。釩鐵釩在高碳鉻鐵中的主要作用是析出二次碳化物，降低基體的碳含量。同時(shí)又能取代共晶碳化物中的部分鉻，降低了碳化物中的含鉻量，，隨釩含量的增加，共晶碳化物中鉻量降低，增加了基體中鉻含量，促使連續(xù)冷卻曲線右移，有提高奧氏體穩(wěn)定的可能性。生成的碳化物又有利于提高合金體系的耐磨。鎢鐵-鎢跟鉬相似，一部分生成碳化物，另一部分強(qiáng)化基體。鋁鎂合金脫氧劑，同時(shí)可減少氮向金屬內(nèi)部的擴(kuò)散，保證焊道不出現(xiàn)氣孔。碳化硅向熔覆金屬中滲入高硬度高耐磨的陶瓷材料，可極大提高材料的耐磨性和硬度。硼鐵B在縫凝固過成中與N結(jié)合為BN，降低固溶N的含量，固溶B能抑制Y晶問的先共析鐵索體的析出，與碳反應(yīng)生成BC，提高材料的耐磨性，但用量多會(huì)產(chǎn)生脆硬現(xiàn)象。螢石強(qiáng)稀釋劑，使焊縫中氣體易于逸出，能脫硫，與氫反應(yīng)生成HF減少白點(diǎn)傾向。螢石熔點(diǎn)低，易行成CaF2氣囊，防止空氣侵入鋼液表面，減少氣體對(duì)熔池焊道的污染。主要作用是造渣，氟硅酸鈉主要起造渣和造氣作用，調(diào)整熔清的物化性能，調(diào)整瑢池的熔點(diǎn)、粘度、表面張力和流動(dòng)性，改善脫渣性。Ca2C03:受熱分解產(chǎn)生C02氣體保護(hù)焊縫不被氧、氮化，同時(shí)起穩(wěn)定電弧和脫硫。BaF、LiF、Li2C03、Ba2C03:加入多量的上述物質(zhì)可完全抑制氣孔的產(chǎn)生，降低鋁鎂合金及鋁的加入量，可得到無氣孔等缺陷和沖擊韌性良好的焊縫。加入后可使電弧電壓低，電弧短，減少了自保護(hù)藥芯焊絲焊接時(shí)熔滴的吸收氮量。調(diào)整焊渣熔化溫度，降低熔池粘度。鋼帶鋼帶厚度(mm)X寬度(mm)為0.3X16，0.4X18，0.5X21及相關(guān)帶，配重比在4653%之間。焊絲直徑01.6(D4.0mm。實(shí)施例h采用普通碳鋼帶H08A，厚度為0.3mm，寬度為16mm。藥芯成份為高碳鉻鐵250克，碳化鉻277克，75硅鐵8克，錳鐵8克，鈮鐵190克，石墨100克，鎢20克，釩20克，鋁鎂合金20克，碳化硅15克，硼鐵12克，螢石30克，氟化鋇15克，碳酸鋇10克，氟化鋰4克，碳酸鋰7克，氟硅酸鈉14克。共1000克粉子，配重比為53%。實(shí)施例2:采用普通碳鋼帶H08A，厚度為0.3mm，寬度為16mm。藥芯成分為高碳鉻鐵250克，碳化鉻277克，75硅鐵8克，錳鐵8克，鈮鐵190克，石墨100克，鎢20克，釩20克，鋁鎂合金20克，碳化硅15克，硼鐵12克，螢石25克，氟化鋇13克，碳酸鋇21克，氟硅酸鈉21克。共1000克粉子，配重比為53%。實(shí)施例3:采用普通碳鋼帶H08A，厚度為0.3mm，寬度為16mm。藥芯成分為高碳鉻鐵250克，碳化鉻277克，75硅鐵8克，錳鐵8克，鈮鐵190克，石墨100克，鎢20克，釩20克，鋁鎂合金20克，碳化硅15克，硼鐵12克，螢石20克，氟化鋇10克，碳酸鋇10克，氟化鋰4克，碳酸鋰12克，大理石24克。共1000克粉子，配重比為53%。實(shí)施例4:采用普通碳鋼帶H08A，厚度為0.3mm，寬度為16mm。藥芯成份為高碳鉻鐵200克，碳化鉻290克，75硅鐵2克，錳鐵6克，鈮鐵220克，石墨95克，鎢3克，釩2克，鋁鎂合金49克，碳化硅40克，硼鐵10克，螢石33克，氟化鋇30克，碳酸鋇20克。共1000克粉子，配重比為53%。比較例不含鈮的高碳鉻鐵自保護(hù)藥芯焊絲采用普通碳鋼帶H08A，厚度為0.3mm，寬度為16mm。高碳鉻鐵789克，75硅鐵8克，錳8克，石墨100克，鋁鎂合金27克，螢石40克，氟化鋇8克，碳酸鋇20克。共1000克粉子。配重比為53%。將上述實(shí)施例均制成直徑為(D3.2mm的焊絲，堆焊焊絲進(jìn)行機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)1)化學(xué)成分在250mmX200mmX20mm的A3鋼試件上，沿長(zhǎng)度中點(diǎn)寬度方向堆焊四層，層間溫度在15(TC以下，堆焊電流為350-420A，在焊道表面去屑進(jìn)行化學(xué)分析，測(cè)熔覆金屬合金含量。2)硬度試驗(yàn)在HR-150洛氏硬度計(jì)上打洛氏硬度，一般測(cè)5點(diǎn)取平均值，若碰到硬度特殊高點(diǎn)和特殊低點(diǎn)則不計(jì)。3)磨粒磨損試驗(yàn)在250mmX200mmX20mm的A3鋼試件上，沿長(zhǎng)度中點(diǎn)寬度方向堆焊五層，層間溫度在15(TC以下。注意以堆焊層表面為準(zhǔn)向母材方向加工6mm，以保證堆焊層厚度，以堆焊的上半面作為試驗(yàn)面。進(jìn)行磨損試驗(yàn)的條件如下橡膠輪直徑為178mm，硬度為60(邵爾硬度)，所加法碼重量為10kg，橡膠輪轉(zhuǎn)速為240r/min。先將試樣預(yù)磨1000轉(zhuǎn)后，在精度為萬分之一的天平上稱重，然后正式試驗(yàn)?zāi)?000轉(zhuǎn)稱重，兩次重量差為磨損試驗(yàn)失重量，一種焊絲制三個(gè)試樣，測(cè)量平均失重量。與不含鈮的自保護(hù)高鉻鑄鐵磨損量進(jìn)行比較。相對(duì)耐磨性s，規(guī)定不含鈮的高碳鉻鐵耐磨性為1，則s=試樣平均磨損量/高碳鉻鐵平均磨損量。所研制的高碳鉻鈮鐵如表1所示:表1化學(xué)成分分析<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>火力發(fā)電廠、水泥廠磨煤機(jī)磨輥、磨盤；高爐投料設(shè)備(投料槽、料鐘、儲(chǔ)料區(qū)、篩板)；礦渣立磨、破碎機(jī)錘頭和滾筒、鋼廠燒結(jié)設(shè)備工件；例25.0320.167.520.320.080.060.2564.10.307比較例5.6027—-0.480.42—60.91可見，含鈮量高的自保護(hù)藥芯焊絲，硬度高，耐磨性極好。耐磨性要高于普通高鉻鑄鐵的四倍，含鈮的高碳鉻鐵自保護(hù)藥芯焊絲高溫(70(TC)耐磨性能高，抗氧化能力高，抗沖擊能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠、水泥廠磨煤機(jī)磨輥、磨盤；高爐投料設(shè)備(投料槽、料鐘、儲(chǔ)料區(qū)、篩板);礦渣立磨、破碎機(jī)錘頭和滾筒、鋼廠燒結(jié)設(shè)備工件。權(quán)利要求1、一種高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，以鋼帶為外皮，藥芯成份按質(zhì)量百分比為10～30％的鈮鐵；20～30％的高碳鉻鐵；0.1～3％的V；0.2～3％的W；0.6～0.8％的錳鐵；0.2～0.8％的75硅鐵；20～30％的碳化鉻；5～12％的石墨；1～10％的鋁鎂合金；1～5％碳化硅；1～3％的硼鐵；1～5％的螢石；1～5％的氟化鋇；1～3％的碳酸鋇；0～4％氟硅酸鈉；0～3％大理石；0～5％氟化鋰；0～3％碳酸鋰。2、如權(quán)利要求1所述的高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，其中，鋼帶的厚度X寬度為0.3X16mm、0.4X18mm或0.5X21mm。3、如權(quán)利要求1所述的高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，其中，焊絲直徑為1.64.0mm。4、如權(quán)利要求1所述的高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，其中，焊絲的配重比在4654%之間。全文摘要一種高碳高鉻高鈮鑄鐵自保護(hù)藥芯焊絲，以鋼帶為外皮，藥芯成份按質(zhì)量百分比為10～30％的鈮鐵；20～30％的高碳鉻鐵；0.1～3％的V；0.2～3％的W；0.6～0.8％的錳鐵；0.2～0.8％的75硅鐵；20～30％的碳化鉻；5～12％的石墨；1～10％的鋁鎂合金；1～5％的碳化硅；1～3％的硼鐵；配重比在46～54％之間。本發(fā)明硬度高，耐磨性極好，抗氧化能力高，抗沖擊能力強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠、水泥廠磨煤機(jī)磨輥、磨盤；高爐投料設(shè)備(投料槽、料鐘、儲(chǔ)料區(qū)、篩板)；礦渣立磨、破碎機(jī)錘頭和滾筒、鋼廠燒結(jié)設(shè)備工件。文檔編號(hào)B23K35/22GK101406994SQ20071017567公開日2009年4月15日申請(qǐng)日期2007年10月10日優(yōu)先權(quán)日2007年10月10日發(fā)明者劉景鳳,迪張,沈風(fēng)剛,王清寶,波白,眭向榮申請(qǐng)人:中冶集團(tuán)建筑研究總院