CN101406997A - 复合双金属热剪刃绿色再制造技术用堆焊焊条 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复合双金属热剪刃绿再制造技术用堆焊焊条，焊条药皮的化学成分为wt％：钛白粉1～2％，大理石30～40％，萤石10～20％，石英3～7％，白土子2～4％，纯碱0～2％，高碳铬铁5～9％，高碳锰铁2～5％，硅铁1～4％，钛铁6～9％，钒铁2～4％，钼铁3～6％，铈氧化物2～4％，镧氧化物2～4％，金属镍5～9％，钨铁4～7％，石墨2～5％。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。采用本发明可以焊前免预热、焊后免热处理或在较低的温度预热和热处理条件下对热剪刃进行堆焊修复及再制造，堆焊金属具有较高的抗开裂性能，现场使用方便。硬度范围为HRC45～55。在免预热和免热处理的情况下，修复后的零部件使用寿命长于原零部件3倍左右。在有预热和热处理的条件下，使用寿命可提高6～8倍。

Description

复合双金属热剪刃绿色再制造技术用堆焊焊条

技术领域

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

背景技术

热剪刃是钢铁企业用来切断热轧钢坯的主要工具。工作时，上、下剪刃在巨大压力作用下将1000℃左右的红热钢坯直接剪断，并通过冷却水迅速冷却剪刃。剪刃工作时承受较大的压应力和撞击力，同时，刃口表面有强烈的热摩擦和热疲劳作用。以上服役条件要求剪刃整体具有较高的屈服强度和较好的冲击韧性，而刃口部分还要求具有较高的红硬性和热疲劳性能。目前，国内使用的热剪刃大多采用淬火+中温回火处理，由于刃口部分高温强度和红硬性不足，生产中很快因刃口磨损或变形而失效，导致剪刃使用寿命很低。

采用堆焊可以修复废旧的热剪刃，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。

热剪刃一般是由含有合金元素的3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo以及5CrW2Si、6Cr2W2Si等制造。整体制造热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热剪刃，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热剪刃，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热剪刃，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

为了能够实现对热剪刃进行堆焊修复及绿色再制造，本发明提供一种复合双金属热剪刃绿再制造技术用堆焊焊条。该焊条的特点是对含碳量较低尺寸小的剪刃在焊前不需进行预热，焊后不用进行热处理的情况下进行堆焊修复，能保证焊后不开裂，并能达到性能要求。

这类用于堆焊修复及绿色再制造双金属热剪刃的特征在于：焊条药皮的化学成分为wt％：钛白粉1～2％，大理石30～40％，萤石10～20％，石英3～7％，白土子2～4％，纯碱0～2％，高碳铬铁5～9％，高碳锰铁2～5％，硅铁1～4％，钛铁6～9％，钒铁2～4％，钼铁3～6％，铈氧化物2～4％，镧氧化物2～4％，金属镍5～9％，钨铁4～％7，石墨2～5％。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℃，以上金属粉末均保温1小时。

热剪刃堆焊焊条设计的原则是根据热剪刃在使用过程中，不仅要求堆焊修复及再制造后的热剪刃在其工作时要具有较高的抗热疲劳性能和耐磨性，而且还要求堆焊后具有较高的抗开裂性能。从提高堆焊金属的抗热疲劳性能和耐磨性角度考虑，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，在工作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、钒可以细化晶粒，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。另外，从发明人过去对堆焊残余应力场的数值模拟研究工作可知，降低马氏体开始转变温度Ms点可以降低堆焊金属的残余应力，从而使中高碳钢零部件在免预热、免热处理的条件下堆焊也不开裂。因此，在堆焊金属中添加金属Ni可以降低Ms点，降低堆焊金属的残余应力。特别是对于母材热影响区，由于其成分不可改变，因此，降低其应力分布显得尤为重要。所以，新型堆焊及再制造用药芯焊丝的设计原则为：1)、保证适当的含碳量，从而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)、加入适量的钨和钼元素，在使用过程中由于加热到高温，使碳化物以钨和钼的碳化物形式在基体上弥散析出，产生二次硬化作用，提高热剪刃的耐磨性；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，提高热剪刃的韧性；5)、加入适量的金属镍粉，以改善堆焊组织，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，使系列堆焊金属的硬度在HRC45-55之间范围。

本发明的有益效果是：采用本发明的堆焊焊条对热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热剪刃恢复了原来的形状和尺寸，并且提高了其使用寿命，修复后的剪刃使用寿命长于原剪刃3倍左右。而对含碳量较高尺寸较大的剪刃仅需要低温预热或热处理，就能保证焊后不开裂，并能达到性能要求，使用寿命可提高6～8倍。真正实现了绿色再制造，对解决我国冶金机械行业所普遍存在的热剪刃进行堆焊修复及绿色再制造这一难题具有重要的工程意义，其市场空间十分广阔。

实施例：

下面公开的是本发明的一个实施例，焊条药皮的化学成分为wt％：钛白粉1.4％，大理石30.6％，萤石14.3％，石英3.6％，白土子2.8％，纯碱0.5％，高碳铬铁6.7％，高碳锰铁3.8％，硅铁2.1％，钛铁7.2％，钼铁5.7％，钒铁2.1％，铈的氧化物2.2％，镧的氧化物2.2％，金属镍7％，钨铁4.7％，石墨3.1％。焊芯采用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热剪刃进行再制造，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。经焊前不用对热剪刃进行预热、焊后不用进行热处理，通过堆焊再制造的热剪刃表面的硬度为HRC48，对其进行机械加工，达到原热剪刃的尺寸要求，在使用过程中，热剪刃表面的温度可以加热到550℃，相当于进行回火处理，其表面硬度可以达到HRC53。经堆焊修复或再制造的热剪刃可以代替经整体铸造生产的热剪刃，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。

Claims (2)

1.一种复合双金属热剪刃绿色再制造技术用堆焊焊条，其特征是：焊条药皮的化学成分为wt％：钛白粉1～2％，大理石30～40％，萤石10～20％，石英3～7％，白土子2～4％，纯碱0～2％，高碳铬铁5～9％，高碳锰铁2～5％，硅铁1～4％，钛铁6～9％，钒铁2～4％，钼铁3～6％，铈氧化物2～4％，镧氧化物2～4％，金属镍5～9％，钨铁4～7％，石墨2～5％；焊芯为H08A钢焊丝；采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7～3.0，波美度为48～50。

2.根据权利要求1所述的复合双金属热剪刃绿色再制造技术用堆焊焊条，其特征是：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℃，上述金属粉末均保温1小时。