一種高硬度連鑄輥堆焊修復用自保護藥芯焊絲的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料加工工程中的焊接技術領域，特別是提供了一種高硬度連鑄輥堆焊修復用自保護藥芯焊絲，主要應用于鋼廠中連鑄輥的堆焊修復。
【背景技術】
[0002]連鑄設備在我國的各大鋼廠中已普遍采用，連鑄輥是連鑄設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產生的鼓脹力和靜壓力引起循環載荷的同時，還要承受噴淋冷卻水和高溫鋼坯的冷熱疲勞。因此，工作一段時間后，輥面會產生磨損、腐蝕、變形和熱疲勞裂紋。當裂紋的深度達到一定時，必須下機修復，否則會造成產品質量不合格，甚至連鑄輥斷裂失效。
[0003]堆焊技術是利用焊接工藝將耐磨合金熔敷在工件表面的技術，采用堆焊技術修復連鑄輥是冶金工業生產提高其使用壽命的重要技術手段。現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，且堆焊過程中需要不斷敲渣，增加了工人勞動強度，生產效率較低。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種連鑄輥堆焊修復用自保護藥芯焊絲，采用自保護堆焊方式，即在堆焊過程中無需外加保護氣源和焊劑，在堆焊過程中不用敲渣，易于實現自動化生產，提高工作效率。
[0005]本發明具有硬度高(HRC42?48)，耐磨性優良；具有極佳的焊接工藝性能，焊縫成型美觀，堆焊金屬硬度高，韌性好，裂紋敏感性低，耐磨性優良。采用該焊絲堆焊修復連鑄輥，可顯著降低修復成本，降低工人勞動強度，增加生產效率。
[0006]本發明所提供的連鑄輥堆焊修復用自保護藥芯焊絲采用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]本發明藥芯焊絲采用常規藥芯焊絲制備技術制得。
[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、穩定，改善焊縫成型和減少飛濺。若含量過低，則不易形成短渣，對焊絲工藝性能不利；若含量過高，則影響熔敷金屬的綜合力學性能。
[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:確保熔敷金屬的強度和降低氧、硫含量，促進針狀鐵素體的形成，提高熔敷金屬韌性。
[0018]S1:提供合適的熔渣粘度，增加電弧穩定性。作為脫氧劑確保焊接金屬的強度和降低氧含量。若含量過高，則使熔渣粘度增大，對脫渣及焊接性能不利。
[0019]Al-Mg:主要作用是脫氧脫氮。脫氧后產生的Al2O3，具有調節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性，增加耐磨性和耐熱疲勞能力。
[0022]V:提高熔敷金屬的強度，細化晶粒，降低晶粒長大傾向，提高淬硬性。
[0023]Cr:提高鋼的強度、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發生反應，產生TiF4可與電弧氣氛中氫原子及水蒸汽發生二次反應，形成不溶于鋼液的穩定氫氟化物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]反應產物TiF4可與電弧氣氛中氫原子及水蒸汽發生二次反應:
[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、鈉等電離勢小于鈣，能提高焊絲的電弧穩定性。
[0031]鐵粉:調節成分，保證電弧穩定性，提高熔敷效率。
[0032]本發明具有以下有益效果:
[0033]I)本發明藥芯焊絲具有良好電弧穩定性的同時又具有優異的耐磨性、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及脫氫效果，加入強脫氮脫氧劑鋁、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。
【具體實施方式】
[0035]下面通過【具體實施方式】對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍并不局限于下述實施例。
[0036]實施例1
[0037]高硬度自保護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]實施例2
[0040]高硬度自保護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]實施例3
[0043]高硬度自保護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]實施例4
[0046]高硬度自保護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]將實施例1-4中制備的藥芯焊絲進行連鑄輥的堆焊，焊接過程中電弧穩定，飛濺少，焊縫成型、脫渣優良；采用GB/229-2007及GB228-2002標準測得其熔敷金屬的力學性能指標為:抗拉強度ob:800_1000MPa，屈服強度σ Q 2:400_500MPa，延伸率δ 5:25_35%，沖擊吸收功 Akv (O°C ):80-100Jo
[0050]硬度測試采用HR-580便攜式硬度計，對每一堆焊層取5點打硬度，得到該焊絲堆焊層的平均硬度(HRC)為54-58。
[0051]磨損實驗采用SGS-245磨損實驗機進行測試，在堆焊層中取5個55*25*5mm試樣，實驗參數為:橡膠輪轉速240轉/分，轉數為1000轉，磨料為40-70目石英砂。材料耐磨性用磨損的失重量來衡量，實驗用Q235鋼作為對比，對比件失重量與測試件失重量之比為該試件的相對耐磨性，實驗得到該焊絲堆焊層的平均耐磨性為13.5-16.5。
【主權項】
1.一種高硬度連鑄輥堆焊修復用自保護藥芯焊絲，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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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。
【專利摘要】一種高硬度連鑄輥堆焊修復用藥芯焊絲，屬于材料加工工程中的焊接技術領域。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％。優點在于，藥芯焊絲采用自保護堆焊方式，連鑄輥堆焊修復過程無需保護氣和焊劑，可顯著降低修復成本，降低工人勞動強度，增加生產效率；該焊絲具有良好電弧穩定性的同時又具有優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】B23K35-368
【公開號】CN104690451
【申請號】CN201510090194
【發明人】牟淑坤, 張飛虎, 金茹, 章軍, 陳延清, 王鳳會, 劉宏
【申請人】首鋼總公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月27日