堆焊药芯焊丝及提高堆焊熔敷金属的强韧性的方法

摘要

本发明提供了一种堆焊药芯焊丝，其特征在于，它是由钢带和以下药芯原料制备而成：每1000克药芯原料中含有：碳化铬90克，碳化钒20克，碳化铌20克，钒铁30克，铌铁54克，铬粉100克，镍120克，钼16克，75硅铁21克，锰50克，铁粉479克。本发明还提供了利用所述堆焊药芯焊丝进行堆焊以提高堆焊熔敷金属强韧性的方法。本发明中在保持堆焊熔敷金属的合金含量不变的前提下，通过改变合金在堆焊药芯焊丝中碳化物的不同加入形式和数量，从而改变马氏体微观形态，提高堆焊熔敷金属的强韧性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种药芯焊丝，特别是一种用于堆焊复合制造技术中的药芯焊丝。

背景技术

轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件之一，轧钢技术随着轧材材质的发展，轧机速度和自动化程度的不断提高，对轧辊质量特别是轧辊的强度、韧性、耐磨性以及抗粗糙性能等方面也提出了更高要求，轧辊材质发展的明显趋势是广泛使用合金元素且逐渐提高合金化程度、轧辊的硬度或淬硬层厚度。

堆焊复合再制造是焊接技术领域中的一个重要分支，是一种表面技术处理工艺方法。自20世纪70年代，随着堆焊药芯焊丝和多丝埋弧堆焊技术的大量应用，冶金辊的堆焊复合制造技术得到了迅猛发展。

目前，采用堆焊复合制造技术生产的冶金辊类已达几十种，Cr5合金体系是马氏体基体上添加Mo、Nb(W)、V、Co等元素来强化基体，表面硬度可以达到70HS左右，兼有良好的耐磨性和较高的机械性能，成为目前热轧板带轧机轧辊修复材料的主要选择对象。但高合金中Cr5合金系主要是马氏体组织，淬硬性能强，堆焊过程中易出现裂纹等缺陷。高合金的硬面堆焊在国内外有非常齐全的材料品种和完善的工艺条件，但没有一种产品能稳定满足高硬度(＞55HRC)轧辊的堆焊要求，本质原因在于堆焊材料的强韧性不足，随强度提高，堆焊熔敷金属的韧性下降，堆焊过程中或使用过程中容易产生裂纹。

强韧化问题一直是钢铁材料研究关注的主题，堆焊材料研究者借助钢铁材料的强韧化原理，对堆焊材料强韧化也进行了一系列研究，提出了许多强韧化途径，如：细化晶粒、变质处理或形成残余奥氏体来改善韧性，对提高熔敷金属抗裂性起到了一定作用。这些方式虽然能够改善强度和韧性，但主要是通过添加贵重高熔点金属或热处理方法，且改变了堆焊熔敷金属中的合金成分，有时会导致一些负面影响因素，如残余奥氏体增韧理论一度盛行，但会导致热疲劳及耐磨性能的下降，所以有其局限性。

本发明是在高硬度堆焊熔敷金属中，在保持堆焊熔敷金属合金成分不变的情况下，通过改变马氏体微观结构来提高堆焊熔敷金属的强韧性。改变马氏体微观结构是比微合金、降碳、降硫磷更经济和使用效果更好的方式，特别适用于高硬度的堆焊合金体系，是堆焊熔敷金属强韧化的新途径。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种新型的堆焊药芯焊丝，从而提供一种堆焊熔敷金属强韧化的新途径。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种堆焊药芯焊丝，其中，它是由钢带和以下药芯原料制备而成：

每1000克药芯原料中含有：碳化铬90克，碳化钒20克，碳化铌20克，钒铁30克，铌铁54克，铬粉100克，镍120克，钼16克，75硅铁21克，锰50克，铁粉479克。

一种堆焊药芯焊丝，其中，它是由钢带和以下药芯原料制备而成：

每1000克药芯原料中含有：铬粉176克，碳化钒30克，碳化铌60克，钒铁14克，镍120克，钼16克，75硅铁21克，锰50克，铁粉505克，石墨8克。

如上所述的药芯焊丝，其中，所述药芯原料中：

原料钒铁中，钒含量为50～60wt％，铁含量为38～48wt％，其余为杂质；

原料铌铁中，铌含量为56～66wt％，铁含量为30～40wt％，其余为杂质；

原料75硅铁中，硅含量为74～79wt％，铁含量为20～25wt％，其余为杂质。

如上所述的药芯焊丝，其中，所述药芯原料中各组分的纯度为：

原料碳化铬中，碳化铬＞82wt％；原料碳化钒中，碳化钒＞96wt％；原料碳化铌中，碳化铌＞98wt％；原料铬粉中，铬粉＞98wt％；原料镍中，镍＞98wt％；原料钼中，钼＞98wt％；原料锰中，锰＞99wt％；原料铁粉中，铁＞98wt％；原料石墨中，碳＞96wt％。

如上所述的药芯焊丝，其中，所述药芯原料占药芯焊丝总重量的百分比为20～36wt％。

如上所述的药芯焊丝，其中，所述钢带优选为碳钢钢带。

如上所述的药芯焊丝，其中，所述钢带优选为型号H08A的碳钢钢带。

如上所述的药芯焊丝，其中，所述钢带的尺寸优选为：厚度×宽度＝0.5～0.9mm×12～16mm。

如上所述的药芯焊丝，其中，它是通过以下方法制备而成：

a.按照配方将药芯原料各组分的粉体在混粉器中混合均匀，得到混合药粉；

b.在轧丝机上将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U形凹槽中填加步骤a中得到的混合药粉，随后将U形钢带轧制成直径3mm～5mm的焊丝坯管；

c.用拉丝机将焊丝坯管拉拔至直径2.4mm～4.0mm，随后用层绕机分绕标准层绕卷，即得到所述药芯焊丝的成品。

如上所述的药芯焊丝，其中，所述拉丝机优选为多联直线式拉丝机。

一种提高堆焊熔敷金属的强韧性的方法，其是采用如上所述的堆焊药芯焊丝进行堆焊。

本发明的有益效果在于：

传统堆焊碳强化的堆焊熔敷金属中，堆焊药芯焊丝主要加入碳化铬强化堆焊熔敷金属。而本发明中，在保持堆焊熔敷金属合金含量不变的前提下，通过改变药芯焊丝中碳化物的不同加入形式：1、直接加碳化铬；2、加石墨和铬粉；从而改变马氏体微观形态，提高堆焊熔敷金属的强韧性能。

附图说明：

图1为本发明对比例得到的药芯焊丝的马氏体组织形态照片。

图2为本发明实施例2得到的药芯焊丝的马氏体组织形态照片。

具体实施方式

本发明中在保持堆焊熔敷金属的合金含量不变的前提下，通过改变合金在堆焊药芯焊丝中碳化物的不同加入形式和数量，从而改变马氏体微观形态，提高堆焊熔敷金属的强韧性能。钢带可采用普通碳钢钢带，通常应用型号为H0gA，尺寸最优选地采用：0.6mm(厚度)×14mm(宽度)，药芯占焊丝配重比优选采用30wt％。

对比例(现有技术的技术方案)：每1000克药芯原料中含有：碳化铬：150克，铬粉：50克，钒铁：60克，铌铁：80克，镍：120克，钼：16克，75硅铁：21克，锰：50克，铁粉：453克。

实施例1(本发明技术方案1)：每1000克药芯原料中含有：碳化铬：90克，碳化钒：20克，碳化铌：20克，钒铁：30克，铌铁：54克，铬粉：100克，镍：120克，钼：16克，75硅铁：21克，锰：50克，铁粉：479克。

实施例2(本发明技术方案2)：每1000克药芯原料中含有：铬粉：176克，碳化钒：30克，碳化铌：60克，钒铁：14克，镍：120克，钼：16克，75硅铁：21克，锰：50克，铁粉：505克，石墨：8克。

按照对比例及实施例的配方将各组成成分的粉体在混粉器中混合均匀；在轧丝机上将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U形凹槽中填加混合粉，随后将U形钢带轧制成Φ3mm～5mm的焊丝坯管；用多联直线拉丝机将焊丝坯管拉拔至成品尺寸Φ2.4mm～4.0mm，随后用层绕机分绕标准层绕卷。

上述三组制成的堆焊药芯焊丝依次标号为：1#，2#，3#。在相同的堆焊工艺下，三种焊丝分别在尺寸为250mm×150mm×25mm(长×宽×高)的试板上进行多道多层堆焊，堆焊宽度为70mm，厚度为22mm的堆焊试样。试板堆焊缓冷后，在试板上堆焊金属表面制取试样，测量堆焊强度及韧性，取样深度不得超过第3层堆焊金属，观测测量其力学性能与微观马氏体结构之间的关系，并测量堆焊熔敷金属的化学成分。

堆焊后，堆焊熔敷金属的化学成分保持不变，如表1所示。

表1堆焊熔敷金属的化学成分(wt％)

  C  Cr  V  Ni  MO  Mn  SI  Nb  Fe  1#  0.52  5.28  0.91  3.62  0.48  1.21  0.51  1.44  余量  2#  0.51  5.21  0.87  3.59  0.44  1.26  0.49  1.42  余量  3#  0.54  5.29  0.89  3.60  0.46  1.20  0.50  1.40  余量

由表可见：1#，2#，3#堆焊熔敷金属的化学成分保持一致。

对比例和实施例2的马氏体亚组织结构形貌分别如图1和图2所示，图1可见对比例制成的药芯焊丝的平直马氏体束组织；图2可见实施例2制成的药芯焊丝的交错马氏体束组织。对比1#和3#的技术方案及图1和图3所示的微观结构可知：改变碳化物的加入方式，堆焊熔敷金属中马氏体的亚结构发生了改变，由1#的平直的板条马氏体束转变成了3#的交错的板条马氏体束，且孪晶组织明显减少。

马氏体形态与力学性能的关系如表2所示。

表2堆焊熔敷金属相同马氏体亚结构与力学性能的关系

由表2可见，堆焊熔敷金属的硬度和强度变化不大，但韧性却有大幅度的提高：马氏体束交错的组织韧性从6J提高到15J，而强度和硬度变化不大，完全满足夹送辊、助卷辊、深弯辊等高硬度堆焊合金的应用。

在堆焊熔敷金属保持不变的前提下，通过控制加入合金的形式能产生韧性更好的交错形式的马氏体组织，且使孪晶组织减少，大幅度的提高堆焊熔敷金属的韧性。所以控制加入形式，减少孪晶组织及产生交错形状的马氏体亚结构是提高高硬度堆焊熔敷金属强韧性的一种新方式。