复合双金属冷剪刃绿色再制造技术用堆焊焊条

摘要

本发明公开一种复合双金属冷剪刃绿色再制造的堆焊焊条，焊条药皮的化学成分为wt％：钛白粉1～2％，大理石30～40％，萤石15～25％，石英3～7％，白土子2～4％，高碳铬铁4～8％，高碳锰铁2～5％，硅铁2～5％，钛铁6～9％，钼铁6～9％，铈氧化物2～4％，镧氧化物2～4％，金属镍2～5％，钨铁6～9％，石墨1～4％，纯碱0～2％；焊芯为H08A钢焊丝；采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7～3.0，波美度浓度为48～50。本堆焊焊条可以不用焊前预热、焊后热处理对废旧冷剪刃进行堆焊再制造，堆焊金属具有较高的抗开裂性能，且硬度适中(HRC40～45)，可以进行机械加工。通过焊后在500～600℃回火处理，堆焊金属的硬度可以达到HRC55～60，并且具有较高的耐磨性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料科学与工程领域，特别是涉及一种复合双金属冷剪刃绿色再制造技术用堆焊焊条。

背景技术

冷剪刃是轧钢生产中成品板材剪边的关键部件，其材质的好坏直接影响着产品的质量和生产效率。冷剪刃、圆盘剪刃在剪切热成品钢板的工况下，其自身温升约在200-400℃之间，要求其能够稳定保持各项力学性能，特别是热强性、高温硬度、耐磨性和韧性。在工作时要承受大的冲击载荷和强烈的震动挤压，常常发生压塌、崩刃和剥落，使用寿命较短。虽然人们在寻求各种各样的方式(如热处理、微合金化等)来提高冷剪刃的使用寿命，但是，由于其表面过渡磨损，冷剪刃最终还是要报废的。

采用堆焊可以修复废旧的冷剪刃，但是，因其碳当量较高，若采用传统的堆焊方法，即使采用焊前预热、焊后热处理。在堆焊过程中及焊后使用中也极易开裂。从而限制了堆焊技术的广泛应用。因此，堆焊修复冷剪刃已成为国内外的一个研究热点。

冷剪刃一般是由含有合金元素的5CrW2Si、6Cr2W2Si、H13、MC5、55CrNiW等制造。整体制造冷剪刃等零部件不仅费用昂贵，而且由于工作层仅在表面，内部贵重合金元素的优势不能完全发挥出来。若采用绿色再制造技术制造冷剪刃，即零部件的基体和表层采用不同性能的材料，不仅可发挥零部件的综合技术性能和材料的工作潜力，还能节约大量的贵重合金。

再制造技术是利用原有零部件，采用高新的表面工程技术及其它加工技术使零部件恢复尺寸、形状和性能，形成再制造毛坯，经加工过程形成再制造的产品。特别是绿色再制造是以优质、高效、节能、节材、环保为主要目标，统筹考虑零部件整个寿命周期内的再制造策略，从而使报废(退役)产品在对环境污染最小，资源利用率最高的情况下重新达到最佳的性能。

因此，研制一种具有较高耐磨性的堆焊焊条，应用于堆焊修复废旧冷剪刃，或基体采用普通碳钢在其上堆焊一层高耐磨的熔敷金属制造双金属复合冷剪刃，不仅将产生巨大的经济效益，而且还会产生巨大的社会效益。

发明内容

为了能够实现对冷剪刃进行堆焊修复及绿色再制造，本发明提高一种复合双金属冷剪刃绿色再制造技术用堆焊焊条，该发明在冷剪刃焊前不需进行预热，焊后不用热处理的情况下进行堆焊修复。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种复合双金属冷剪刃绿色再制造技术用堆焊焊条，其焊条药皮的化学成分为wt％：钛白粉1～2％，大理石30～40％，萤石15～25％，石英3～7％，白土子2～4％，高碳铬铁4～8％，高碳锰铁2～5％，硅铁2～5％，钛铁6～9％，钼铁6～9％，铈氧化物2～4％，镧氧化物2～4％，金属镍2～5％，钨铁6～9％，石墨1～4％，纯碱0～2％；焊芯为H08A钢焊丝。采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7～3.0，浓度(波美度)为48～50。对于硅铁、高碳铬铁和高碳锰铁使用前需要进行钝化处理，钝化工艺硅铁粉末为720～750℃，高碳铬铁粉末为550～600℃，高碳锰铁粉末为300～350℃，并且所述金属粉末均保温1小时。

冷剪刃堆焊焊条设计的原则是根据冷剪刃在使用过程中，不仅要求堆焊修复及再制造后的冷剪刃在其工作时要具有较高的耐磨性，而且还要求堆焊后具有较高的抗开裂性能和抗冲击性能。从提高堆焊金属的耐磨性角度考虑，堆焊金属要具有一定的含碳量，并有适量的铬、锰、硅等合金元素，保证基体的强度，还要加入一定量的钨和钼元素，在一次回火和两次回火过程中以钨和钼的碳化物形式析出，弥散分布在基体上，产生二次硬化作用，提高其耐磨性。从提高堆焊金属的抗开裂性能和抗冲击性能角度考虑，过量的碳会提高堆焊金属的淬硬性，增加片状马氏体的数量，从而增加堆焊金属的开裂倾向；而添加钛可以细化晶粒，添加镍可以提高奥氏体稳定性，减缓奥氏体向片状马氏体的转变，增加残余奥氏体量，提高堆焊金属的塑、韧性；特别是添加稀土氧化物可以脱氧、脱硫，净化堆焊熔池，而且细化结晶晶粒，变质夹杂物，均可以提高堆焊金属的抗开裂性能。因此，新型堆焊及再制造焊条的设计原则为：1)、控制适当的含碳量，保证适当堆焊金属的硬度；2)、加入适量的铬、锰、硅等合金元素，保证堆焊金属具有较高的强硬性；3)、加入一定量的钨和钼元素，在回火过程中弥散析出钨和钼的碳化物，产生二次硬化作用，提高其耐磨性；4)、加入适量稀土氧化物，以改善焊后一次结晶组织和二次结晶组织，变质夹杂物；5)、加入适量的镍元素，使堆焊组织中保留大量的残余奥氏体，以增加冷剪刃的韧性，同时，降低马氏体相变温度Ms点，改善应力分布。通过成分调整和优化，使冷剪刃堆焊金属的硬度在HRC50～60之间范围。

本发明的有益效果是：采用本发明的堆焊焊条对冷剪刃进行堆焊修复及绿色再制造，简化了制造方法，减少了能源消耗，避免了制造过程对环境的污染；通过免预热和免热处理堆焊使废旧的冷剪刃恢复了原来的形状和尺寸，并且提高了其使用寿命，再制造的冷剪刃使用寿命长于原冷剪刃3倍左右，真正实现了绿色再制造。本发明对解决我国冶金机械行业所普遍存在的冷剪刃进行堆焊修复及绿色再制造这一难题具有重要的现实意义，其市场空间十分广阔。

具体实施方式

实施例

下面公开是本发明的一个实施例，在该实施例中，堆焊焊条药皮的化学成分重量百分比为：钛白粉1.4％，大理石30.9％，萤石16.1％，石英4.2％，白土子2.8％，高碳铬铁5.2％，高碳锰铁3.8％，硅铁3.8％，钛铁7.0％，钼铁7.8％，铈的氧化物2.0％，镧的氧化物2.0％，金属镍2.4％，钨铁6.3％，石墨3.8％，纯碱0.5％。焊芯采用H08A钢焊丝。粘结剂水玻璃的模数为2.7～3.0，浓度(波美度)为48～50。对于硅铁、高碳铬铁和高碳锰铁使用前需要进行钝化处理，钝化工艺硅铁粉末为730℃，高碳铬铁粉末为560℃，高碳锰铁粉末为320℃，以上金属粉末均保温1小时。将上述配方中的相关粉末采用混料机进行混合，然后加入水玻璃搅拌均匀，用焊条涂敷机挤压出焊条，在250～300℃对焊条进行烘干，然后进行磨头磨尾。

采用上述制造的堆焊焊条对报废的冷剪刃进行再制造，焊前对焊条在300-400℃烘干1小时，去除药皮中的结晶水，使用直流焊机，进行反接，焊接电流为150～200A，焊接电压为70～80V。经焊前不用对冷剪刃进行预热、焊后不用进行热处理，通过堆焊再制造的冷剪刃表面的硬度为HRC43，对其进行机械加工，达到原冷剪刃的尺寸要求，加热到550℃进行二次回火处理，其表面硬度可以达到HRC57，对处理后的冷剪刃进行磨削加工，去除表面氧化皮。经堆焊修复或再制造的冷剪刃可以代替经整体铸造生产的冷剪刃，不仅减少了制造工序，节省了原料和能源，同时更提高了使用寿命。