CN100475423C - 耐腐蚀焊条及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有耐腐蚀性能的焊条，属于焊接材料领域。焊条包括焊芯和药皮，所述药皮由下述重量百分比的组分组成：碳化钨2～10%、碳化硼或氮化硼2～8%、镍粉2～10%、铜0.30～0.85%、稀土0.2～4.60%、锰氮合金和/或钒氮合金任意比例0.20～2.80%、钼铁0.6～3.2%、大理石25～38%、钛白粉2～8%、萤石1～6%、锰铁3～8%、钒铁0.35～4%、铌铁或钛铁0.35～4%、铬铁余量；其中，锰铁为低碳锰铁或微碳锰铁；铬铁为低碳铬铁或微碳铬铁。本发明焊条具有耐蚀耐磨的性能，且焊条的堆焊层硬度HRC一般大于55，同时焊接性能好，适用母材范围广，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及耐腐蚀焊条，属于焊接材料领域。
背景技术
焊条药皮在焊接过程中分解、熔化后形成气体和熔渣，起到机械保护、冶金处理和改善工艺性能的作用。药皮的组成物有：矿物类(如大理石、氟石等)、铁合金和金属粉类(如锰铁、钛铁等)、有机物类(如木粉、淀粉等)、化工产品类(如钛白粉、水玻璃等)。常用焊条药皮是钛钙型(J422焊条，酸性熔渣)和低氢型(J507焊条，碱性熔渣)。
目前许多工业设备，如冶金需要用水冷却的轧制相关设备、矿山的选矿设备、轮船的推进器、水电站的水轮叶片等等，它们都是处在既有腐蚀性又有较硬磨粒的介质中运转。目前虽有堆642【符合国标TDCrC-1(45)】，堆698【符合国标TD2-CCrW(60)】和堆802，堆812，堆822钴基合金堆焊焊条等可以堆焊在这些易蚀易损设备的表面。但是堆642、堆698均为铸铁堆焊焊条，应用范围狭窄，主要应用于铸铁基材的堆焊，而且其碳含量高，堆焊厚度较薄，否则容易引起大面积的裂纹，导致零部件的快速失效；而堆802，堆812，堆822等钴基合金堆焊焊条虽然耐蚀耐磨性能优良，但价格昂贵，目前价格为450～550元/公斤(直径越小，价格越贵)，应用不广泛。
发明内容
本发明所解决的技术问题是降低耐腐蚀性焊条的成本，并使该焊条广泛应用于多种设备的施焊。本发明为了解决上述问题，提供了一种新的焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述的药皮由下述重量百分比的组分组成：
碳化钨2～10％、碳化硼或氮化硼2～8％、镍粉2～10％、铜0.30～0.85％、稀土0.2～4.60％、锰氮合金和/或钒氮合金任意比例0.20～2.80％、钼铁0.6～3.2％、大理石25～38％、钛白粉2～8％、萤石1～6％、锰铁3～8％、钒铁0.35～4％、铌铁或钛铁0.35～4％、铬铁余量，其中，所述锰铁为低碳锰铁或微碳锰铁，铬铁为低碳铬铁或微碳铬铁；药皮各组分粒度为80～200目。
本发明焊条具有耐蚀耐磨的性能，成本较低，应用广泛，且焊条的堆焊层硬度HRC一般大于55，同时焊接性能好，适用母材范围广。如A3，45#，20Cr，40Cr，ZCrMn13，65Mn等各种碳素钢和合金钢均可施焊，成本大约为150～200元/公斤。尤其在ZCrMn13，65Mn钢材上施焊，不仅提高了耐磨耐蚀性，而且韧性也有所提高。在炼钢厂连铸用连铸辊在堆焊过程中总会产生缺陷，如气孔、夹杂等，需要手工补焊，采用该焊条对攀钢板坯和方坯连铸辊堆焊过程中的缺陷补焊后，耐蚀性和原堆焊材料相当，耐磨性有所提高，保证了连铸辊整体堆焊后的良好耐磨性和耐蚀性，满足了连铸生产的需要。本焊条适于冶金设备、矿山选矿、轮船推进器、水电站的水轮叶片、化工、环保等设备的施焊。
具体实施方式
本发明提供了焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述的药皮由下述重量百分比的组分组成(重量百分数之和为100％)：
碳化钨2～10％、碳化硼或氮化硼2～8％、镍粉2～10％、铜0.30～0.85％、稀土0.2～4.60％、锰氮合金和/或钒氮合金任意比例0.20～2.80％、钼铁0.6～3.2％、大理石25～38％、钛白粉2～8％、萤石1～6％、锰铁3～8％、钒铁0.35～4％、铌铁或钛铁0.35～4％、铬铁余量，其中，所述锰铁为低碳锰铁或微碳锰铁，铬铁为低碳铬铁或微碳铬铁；药皮各组分粒度为80～200目。
根据焊条韧性检测结果，药皮选用下述重量百分比的组分制备而得的焊条韧性性能较好：碳化钨4～8％、碳化硼或氮化硼3～5％、镍粉4～8％、铜0.30～0.85％、稀土0.2～1.60％、锰氮合金和/或钒氮合金任意比例0.20～0.80％、钼铁0.6～1.2％、大理石30～38％、钛白粉4～8％、萤石2～4％、锰铁6～8％、钒铁1～3％、铌铁或钛铁0.35～4％、铬铁余量。
以下述重量百分比的组分制备而成的焊条性能最好：碳化钨4％、碳化硼或氮化硼5％、镍粉5％、铜0.45％、稀土3％、锰氮合金和/或钒氮合金任意比例0.80％、钼铁1.8％、大理石30％、钛白粉4％、萤石3.5％、锰铁4％、钒铁0.7％、钛铁0.45％、铬铁余量。
药皮原料组分中，钛白粉用于增加药皮的塑性，使之易于涂敷，并且可以造渣；大理石用于增强焊条焊接过程中熔渣脱硫和脱磷的能力，同时防止氢和氮对焊缝金属的入侵，改善熔滴过渡形态；而萤石的主要作用是造渣。钛白粉、大理石、萤石是目前最常用的原料，暂时无更合适的替代品。碳化硼可以用氮化硼来替代，钒铁或钛铁均可以用铌铁替代，钒铁和钛铁可以只加入一种，但会使耐磨效果稍差，但没有太大的影响。选用低碳锰铁和低碳铬铁，是因为碳高对耐磨性有利，但对耐蚀性不利，选用低碳锰铁和低碳铬铁正好兼顾耐磨性和耐蚀性。如果选用中碳或高碳锰铁、中碳或高碳铬铁，则耐磨性虽然好，但耐蚀性较差，备件寿命低；如果选用微碳锰铁和微碳铬铁，成本比中碳或高碳锰铁、中碳或高碳铬铁增加，但从技术角度分析，可以在选用其它药皮组分时，选择高限碳含量，同时锰氮合金和/或钒氮合金选用高限(也选择相应的高限氮含量)，这样增加的C和N可以弥补采用微碳锰铁和微碳铬铁带来的耐磨性的损失。
焊条中采用的焊芯为H08A号钢和H08E钢或低碳钢。H08A号钢与H08号钢相比，前者的硫和磷含量低，其它成分两者相同，硫和磷含量低有助于提高堆焊后熔敷金属的抗裂和抗蚀性能，因此在H08A号钢和H08号钢中优选H08A号钢。若选用其它低碳钢，由于其碳的含量与H08A号钢或H08号钢不同，所以需要调整所选用铬铁合金或锰铁合金的碳含量，以保证堆焊后熔敷金属的碳含量和采用H08A号钢或H08号钢作为焊芯的焊条堆焊后熔敷金属的碳含量相同。比如，采用35#号钢作为焊芯，35#号钢的碳含量为0.32％～0.40％，H08A号钢或H08号钢的碳含量为0.05％～12％，前者的碳含量高，因此需要将药皮中的低碳锰铁或低碳铬铁部分或全部改为微碳锰铁或微碳铬铁以抵消由于焊芯中碳含量较高，使焊条堆焊后熔敷金属碳含量增高的可能(具体的数据需要根据焊芯的准确成分和药皮的准确配方计算)。碳含量高，硬度增加，耐磨性增加，但韧性降低，耐腐蚀性能降低；根据不同的焊芯，药皮的组分需要做调整以适应不同的焊芯。因H08A号钢有害元素的含量低，碳含量也低，药皮配方时需要考虑的影响因素较少，而且H08A号钢作为焊条常用焊芯，故本发明焊芯优选H08A号钢。
焊条的制备方法如下：
A、称取下述重量百分比的药皮组分，混合：
碳化钨2～10％、碳化硼或氮化硼2～8％、镍粉2～10％、铜0.30～0.85％、稀土0.2～4.60％、锰氮合金和/或钒氮合金任意比例0.20～2.80％、钼铁0.6～3.2％、大理石25～38％、钛白粉2～8％、萤石1～6％、锰铁3～8％、钒铁0.35～4％、铌铁或钛铁0.35～4％、铬铁余量，其中，所述锰铁为低碳锰铁或微碳锰铁，铬铁为低碳铬铁或微碳铬铁；药皮各组分粒度为80～200目；
B、将步骤A所得混合组分中加入占混合组分总重量4～6％的碳酸氢钠，以钠水玻璃粘合；
C、将步骤B所得的粘合物涂覆在焊芯上，干燥即得。
具体地，钠水玻璃的模数为2.9～3，波美度为46～48°。
而焊条的涂覆方法有很多，如手工搓制，浸涂和利用机械高速挤压涂制(压涂法)等。本发明优选采用压涂法制备，具有生产效率高、速度快，而且焊条药皮厚度均匀、光滑、密实、质量稳定，还可使焊条的压涂、传送、磨头、磨尾、印字、着色、烘干和包装等过程实现完全机械化或自动化。涂覆时药皮重量系数为药皮的重量系数为110～130％，采用哈里为120～200公斤/cm2的液压涂料机将混好的粘合物压制在焊芯上制造成焊条，将该焊条在室温下晾干10～15小时，再放入350℃电炉中烘干；也可先在80℃预热4～6小时再投入炉中烘烤6小时，成品用塑料袋密封包装。
与现在使用的耐磨耐蚀堆焊材料相比，本发明焊条具有以下优点：
1、焊条中C含量较低，通过加入N弥补因C较低造成的硬度损失，同时加入能比Cr优先和C结合的Ti、V、Mo等元素，这样可以减少Cr碳化物的形成，可以将晶界周围的Cr贫化现象降低。N和C一样，容易与Cr反应形成氮化物，但它与聚集在晶界的大块碳化物不同，其析出既小又均匀分布，不会造成Cr的供不应求，不形成敏化区，避免了晶界腐蚀，提高了耐热疲劳性。同时这些析出物有防止晶粒长大和阻碍位错移动的趋势，改善了堆焊金属的高温强度，氮化物与碳化物相比，有较高的抗时效能力。
2、Ti、V、Mo都有较强的细化晶粒和固溶强化能力，两种元素以上加入比单独一种加入时的效果好，V还有较强的沉淀强化能力，它们和Mo、都是强碳化物形成元素，这些碳化物的高温稳定性更好，它们使堆焊金属的晶粒尺寸小，硬度高，耐磨性好，韧性较好。
3、Cu、Re(稀土)和Mo的加入使堆焊合金具有较强的耐蚀能力。对于工作过程中使用水冷却的备件，水中含氯离子，Mo能增加堆焊合金在氯离子介质中的耐腐蚀能力，Cu有较强的抗氧化能力，Re也有较强的抗氧化性能力，当Cu、Re和Cr、Ni、Ti共同加入时，合金的耐蚀性更好。
这些因素使堆焊层不仅耐磨性好，而且耐腐蚀性得到很大提高。
以下通过具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
用H08E作焊芯，药皮原材料配方为：碳化钨(化学纯)7％，碳化硼(化学纯)4％，镍粉(化学纯)6％，铜0.40％，稀土1.2％，钒氮合金0.40％，钼铁1.0％，大理石38％，钛白粉7％，萤石4％，低碳锰铁6％，低碳铬铁余量，钒铁2％，钛铁1％。拌料时加入占总料量5/1000的碳酸氢钠粉末，用模数为2.9～3，浓度为46～48°B的钠水玻璃为粘结剂。药皮重量系数为120％，采用哈里为120～200公斤/cm2的液压涂料机压制成焊条。制出的焊条在室温下晾干10～15小时，再放入350℃电炉中烘干。为了可靠，也可先在80℃预热4～6小时再投入炉中烘烤6小时，成品用塑料袋密封包装。
焊条堆焊层硬度≥HRC 55，防腐蚀性能强；同时焊接性能好，适用母材范围广，如A3，45#，20Cr，40Cr，ZCrMn13，65Mn等各种碳素钢和合金钢均可施焊。
用连铸辊在堆焊过程中总会产生缺陷，如气孔、夹杂等，需要手工补焊，采用本发明焊条对攀钢板坯和方坯连铸辊堆焊过程中的缺陷补焊后，耐蚀性和原堆焊材料相当，耐磨性有所提高，保证了连铸辊整体堆焊后的良好耐磨性和耐蚀性，满足了连铸生产的需要。
以下为按照上述方法及药皮制备而得的焊条及其性能描述。
实施例一
药皮原材料配方为(重量百分数之和为100％)：碳化钨2％、碳化硼3％、镍粉4％、铜0.40％、稀土1.60％、锰氮合金和/或钒氮合金任意比例0.40％、钼铁0.8％、大理石28％、钛白粉4％、萤石5％、低碳锰铁4％、钒铁0.45％、钛铁0.35％、低碳铬铁余量。
然后按上述方法制造成焊条，堆焊层的硬度≥HRC55，在温度为25oC，浓度为30％的碳酸氢钠溶液中，腐蚀率为0.008毫米/年(腐蚀率为小于0.05毫米/年，金属的耐蚀性算优良；腐蚀率为0.05～0.5毫米/年，金属的耐蚀性算良好)，耐磨性较好，耐蚀性好。
实施例二
药皮原材料配方为(重量百分数之和为100％)：碳化钨8％、碳化硼6％、镍粉6％、铜0.60％、稀土2.60％、锰氮合金和/或钒氮合金任意比例2.0％、钼铁2.0％、大理石30％、钛白粉6％、萤石5％、低碳锰铁5％、钒铁2％、钛铁3％、低碳铬铁余量。
然后按上述方法制造成焊条，堆焊层的硬度≥HRC60，在温度为25oC，浓度为30％的碳酸氢钠溶液中，腐蚀率为0.045毫米/年(腐蚀率为小于0.05毫米/年，金属的耐蚀性算优良；腐蚀率为0.05～0.5毫米/年，金属的耐蚀性算良好)，耐磨性很好，耐蚀性好。
实施例三
药皮原材料配方为(重量百分数之和为100％)：碳化钨4％、碳化硼5％、镍粉5％、铜0.45％、稀土3％、锰氮合金和/或钒氮合金任意比例0.80％、钼铁1.8％、大理石30％、钛白粉4％、萤石3.5％、低碳锰铁4％、低碳铬铁18％、钒铁0.7％、铌铁0.45％。
然后按上述方法制造成焊条，堆焊层的硬度≥HRC58，在温度为25oC，浓度为30％的碳酸氢钠溶液中，腐蚀率为0.015毫米/年(腐蚀率为小于0.05毫米/年，金属的耐蚀性算优良；腐蚀率为0.05～0.5毫米/年，金属的耐蚀性算良好)，耐磨性好，耐蚀性好，综合性能好。
Claims (9)
1、耐腐蚀焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述药皮由下述重量百分比的组分组成：
碳化钨2～10％、碳化硼或氮化硼2～8％、镍粉2～10％、铜0.30～0.85％、稀土0.2～4.60％、锰氮合金和钒氮合金两者总共0.20～2.80％、钼铁0.6～3.2％、大理石25～38％、钛白粉2～8％、萤石1～6％、锰铁3～8％、钒铁0.35～4％、铌铁或钛铁0.35～4％，余量为铬铁；
其中，所述锰氮合金和钒氮合金两者之间的比例为任意比例；所述锰铁为低碳锰铁或微碳锰铁；铬铁为低碳铬铁或微碳铬铁。
2、根据权利要求1所述的耐腐蚀焊条，其特征在于，所述药皮由下述重量百分比的组分组成：
碳化钨4～8％、碳化硼或氮化硼3～5％、镍粉4～8％、铜0.30～0.85％、稀土0.2～1.60％、锰氮合金和钒氮合金两者总共0.20～0.80％、钼铁0.6～1.2％、大理石30～38％、钛白粉4～8％、萤石2～4％、锰铁6～8％、钒铁1～3％、铌铁或钛铁0.35～4％，余量为铬铁。
3、根据权利要求1所述的耐腐蚀焊条，其特征在于，所述药皮由下述重量百分比的组分组成：
碳化钨4％、碳化硼或氮化硼5％、镍粉5％、铜0.45％、稀土3％、锰氮合金和钒氮合金两者总共0.80％、钼铁1.8％、大理石30％、钛白粉4％、萤石3.5％、锰铁4％、钒铁0.7％、钛铁0.45％，余量为铬铁。
4、根据权利要求1所述的耐腐蚀焊条，其特征在于，所述的药皮各组分粒度为80～200目。
5、根据权利要求1～4任一项所述的耐腐蚀焊条，其特征在于，所述焊芯为H08A号钢。
6、根据权利要求1～4任一项所述的耐腐蚀焊条，其特征在于，所述焊芯为H08E号钢。
7、根据权利要求1～4任一项所述的耐腐蚀焊条，其特征在于，所述焊芯为低碳钢。
8、权利要求1所述的耐腐蚀焊条的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、称取下述重量百分比的药皮组分，混合：
碳化钨2～10％、碳化硼或氮化硼2～8％、镍粉2～10％、铜0.30～0.85％、稀土0.2～4.60％、锰氮合金和钒氮合金两者总共0.20～2.80％、钼铁0.6～3.2％、大理石25～38％、钛白粉2～8％、萤石1～6％、锰铁3～8％、钒铁0.35～4％、铌铁或钛铁0.35～4％，余量为铬铁；其中，所述锰氮合金和钒氮合金两者之间的比例为任意比例；所述锰铁为低碳锰铁或微碳锰铁；铬铁为低碳铬铁或微碳铬铁；
B、将步骤A所得混合组分中加入占混合组分总重量0.4～0.6％的碳酸氢钠，以钠水玻璃粘合；
C、将步骤B所得的粘合物涂覆在焊芯上，干燥即得。
9、根据权利要求8所述的耐腐蚀焊条的制备方法，其特征在于，步骤B所述的钠水玻璃的模数为2.9～3，波美度为46～48°。
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